高建罡¹　任肅鉸²

（1.永年縣海翔機械廠；2.邯鄲市冀南輕工機械廠）

1　提出問題

在修理某燃油設備時，需拆卸靠過盈配合安裝在噴油器內(nèi)的油濾（見圖1），拆卸工具（以下簡稱卡簧）靠工作部位先收縮放入，然后靠心棒錐面移動脹開的臺肩掛壓油濾骨架孔內(nèi)的空刀槽端面，通過手動螺旋拉力機構(gòu)，將油濾拉出（見圖2）。因油濾骨架內(nèi)孔直徑僅6mm（見圖3），卡簧的壁厚僅1.3mm（見圖4），并且沿周向均布開設3個軸向脹收用槽。使用中卡簧不僅承受工作需要的拉力負荷，而且承受由于產(chǎn)生拉力的旋轉(zhuǎn)摩擦扭矩負荷，因開口環(huán)抵抗扭矩時剛度強度很低，使用中極易變形及折斷（見圖5），本文試分析其損壞原因并提出改進方案。

圖1

圖2

1.虎鉗；2.軟鉗口；3.噴油嘴；4.螺栓；5.后墊圈；6.六角螺母；7.油濾

圖3

圖4

圖5

2　卡簧的損壞原因

油濾靠過盈配合采用壓入裝配法安裝在噴油器內(nèi)，油濾骨架（被包容件）材料牌號為45鋼，噴油器（包容件）材料牌號為TC4（鈦合金），卡簧材料為60Si2Mn。通過受力分析及理論計算（因篇幅所限，計算過程省略）可以得出，在Z大過盈裝配狀態(tài)下，卡簧薄弱部位承受的拉應力σ＝208.83MPa＜[σ]Ⅲ＝980MPa，卡簧薄弱部位承受的扭轉(zhuǎn)剪應力τb＝917.73MPa＞[τ]Ⅲ＝784MPa，這里的許用應力均摘自彈簧材料及許用應力GB/T1239.1—2009，[σ]Ⅲ＝100kg/mm2＝980MPa，[τ]Ⅲ＝80kg/mm²＝784MPa，是按照Ⅲ類彈簧使用條件制定的許用應力。如按第四強度理論計算，σca＝（σ2＋3τb2）0.5＝（208.832＋3×917.732）0.5＝1 603.21MPa＞σs＝1 176MPa（摘自GB/T1222—2016，σs＝120kg/mm²＝1 176MPa），強度不夠是卡簧折斷的主要原因。

3　改進措施

從使用角度分析，拉力是拆卸油濾時必須的動力，而螺旋機構(gòu)產(chǎn)生的扭矩對拆卸油濾不僅沒用，反而是損壞卡簧的直接原因。必須減小甚至消除摩擦扭矩產(chǎn)生的剪應力，這是使用與改進拆卸工具的努力方向。使用液壓千斤頂做動力，可以徹底擺脫扭矩的影響，但需增加一套液壓機構(gòu)，還需設計框架結(jié)構(gòu)將壓力改變?yōu)槔?，結(jié)構(gòu)復雜；在產(chǎn)生摩擦扭矩的結(jié)合面間增加滾動軸承，變滑動摩擦為滾動摩擦，可以將摩擦扭矩降低至原來的1/10，可以避免卡簧損壞，但需增加軸承和支承件，結(jié)構(gòu)復雜；開口式卡簧“C形槽”改為“O形”徑向圓孔，在孔內(nèi)安裝伸縮圓柱銷的方法實現(xiàn)拆卸功能，比原卡簧式結(jié)構(gòu)承受扭矩的能力增強，可以減小剪應力，因油濾內(nèi)孔直徑僅6mm，設計伸縮銷結(jié)構(gòu)不方便；在不改變原卡簧結(jié)構(gòu)的前提下，將卡簧承受的扭矩“卸荷”，是一個簡便易行的方法。所謂“卸荷”就是通過增加承受扭矩的零件，在卡簧承受拉力負荷時不讓卡簧承受扭矩負荷，按照這個思路，設計了兩種方案（見圖6和圖7）。

圖6

1.軟鉗口；2.噴油器；3.油濾；4.螺栓；5.厚墊圈；6.六角螺母；7.焊接支臂；8.虎鉗

圖7

1.軟鉗口；2.噴油器；3.油濾；4.螺栓；5.厚墊圈；6.六角螺母；7.焊接支臂；8.虎鉗

圖6所示方案僅將原拆卸工具上厚墊圈外圓焊接4個圓棒支臂，圓棒直徑比噴油器上夾持面厚度小0.3mm，這樣將噴油器與支臂一起放入帶有保護鉗口的虎鉗口內(nèi)，調(diào)整好拆卸夾具位置后，虎鉗夾緊噴油器，但支臂沒有夾緊，可沿鉗口移動，當擰動套管形螺母時，就可將部分扭矩卸荷給虎鉗，正是因為支臂與鉗口有間隙，有可能存在Z壞情況是：當卡簧承受扭矩時，卸荷支臂還沒有與虎鉗鉗口接觸，這樣就不能將卡簧承受的扭矩卸荷，所以，卸荷不徹底。圖7所示方案，在原套筒形螺母與厚墊圈接觸端外圓上，增加反扣螺紋，并安裝帶有4條支臂的反扣螺母，使用時，首先調(diào)整反扣螺母與拆卸工具的厚墊圈接觸，然后反向回轉(zhuǎn)90°～180°，使反扣螺母與厚墊圈之間產(chǎn)生縫隙0.375～0.750mm，按圖7所示裝入虎鉗，然后用扳手旋轉(zhuǎn)套筒形螺母，帶卸荷支臂的反扣螺母隨套筒形螺母一起轉(zhuǎn)動，直到支臂與鉗口接觸，當反扣螺母頂壓厚墊圈時，已消除了支臂與鉗口的間隙，徹底將扭轉(zhuǎn)負荷卸載給虎鉗了。由于套筒形螺母兩端?別采用了正反扣螺紋，套筒形螺母轉(zhuǎn)動一周時，左、右兩端相配零件各移動一個螺距，將只有左端相配零件移動變?yōu)樽笥译p向相配零件移動，拆卸效率提高了將近一倍，方便了使用。

按照圖7所示卸荷方案改進與使用后，避免了卡簧的損壞，效果良好。

4　結(jié)論與應用推廣

本文所述卡簧，因截面屬于開口薄壁環(huán)，其承受扭矩能力很低，為此必須將扭矩卸荷，設法讓其不承受扭矩。這與常見的螺釘、螺栓擰緊受力類似，但普通緊固件螺釘與螺栓，其截面面積較大且是實心封閉截面，其承受擰緊力矩能力較強，按規(guī)定使用定力距扳手擰緊時不會損壞。如果螺釘、螺栓桿開有橫孔或槽等，將使截面成為不封閉結(jié)構(gòu)，使用時就必須注意避免開口截面承受扭矩，以免裝配時產(chǎn)生損壞。

來源：金屬加工（冷加工）2018年12期