導讀：在機械行業，螺栓、軸承、齒輪這三大最主要機械元素應用最廣泛，關於螺栓，本人的線上課
《德國工程師協會螺栓設計計算學科—VDI2230》以及其線下課《沒有PPT，100%純乾貨，德國螺栓VDI2230導則學習的最佳方式》對螺栓進行了系統全面的講解，輔之以工程實例，初步收到很好的效果。但是，關於軸承和齒輪（鏈輪）這兩個需要通過過盈配合與軸壓配的零部件，DIN7190完美地解決了壓配問題，而且已經取得了非常突出的成果，被歐美國家的相關用戶廣泛採納。本文就是介紹DIN7190的內容框架和在工程總的應用範圍，結合工程實際中遇到的問題。本著拋磚引玉的目的，以期與廣大工程師同仁深入探討、鑽研。
一、過盈配合聯接方式輪和轂都是機械傳動中的常見且重要的零部件，其聯接方式雖然多種多樣，如：平鍵聯接、滑鍵連接、花鍵聯接、銷聯接、法蘭盤螺栓聯接等，但是在高速、重載或是對安全係數要求比較高的場合，只有過盈配合聯接是唯一的選擇。因為過盈配合聯接有其獨有的特點：
結構簡單、不會在軸和孔聯接處形成應力集中，不會削弱軸和轂的強度，所傳遞的極限轉矩和軸向力都可以通過計算精確控制，設計計算安全係數精確，傳動鏈具有自保護功能，加工製造方便成本低等。因此在高鐵、地鐵等軌道交通驅動齒輪箱以及風電齒輪箱上得到廣泛應用。如圖1齒輪箱軸承與軸的聯接，圖2某高速試驗檯驅動軸帶輪聯接，圖3風力發電機脹套聯接。
圖1齒輪箱軸承與軸的聯接
圖2某高速試驗檯驅動軸帶輪聯接
圖3風力發電機脹套聯接過盈配合
根據配合面的形狀又分為柱面配合和錐面配合。柱面配合加工製造最簡單，但是安裝沒有錐面便捷，它一般分為熱裝和冷壓：熱裝就是利用金屬零件熱脹冷縮效應，把轂的內孔加熱使其膨脹大於軸的外徑，然後安裝到位，轂在冷卻後牢牢地抱在軸上。或是用液氮或乾冰冷卻軸，然後將其穿到轂的配合孔內，待軸恢復到常溫後就與轂緊緊配合上。此種方式適用於齒輪箱箱體開口較大並且軸上有與轂軸向貼合的定位結構的情況。這種配合軸轂配合所傳遞的扭矩或軸向力的能力在設計之後就是固定不變的，如圖4齒輪與軸的聯接。
圖4齒輪與軸的聯接
錐面配合加工製造相對稍複雜，但是安裝非常方便。一般只有冷壓而不進行熱裝。是利用錐面錐角形成的分力，通過控制軸相對於轂在軸向方向的相對位移來獲得軸和轂沿著徑向方向的貼合力。此種方式適用於箱體開口非常小的情況，不需要軸上有與轂貼合的定位結構。錐面配合的突出優點是所傳遞的扭矩或軸向力的能力是可以通過調整軸和轂之間軸向相對位移隨時進行調節的，如圖5所示。因此，在工程實踐中，柱面配合和錐面配合都有各自的應用。
圖5
二、過盈配合聯接所涉及到的計算內容過盈配合聯接雖然有無可匹及的有點，但是需要進行精確的理論計算，而無法也不能像設計鍵聯接那樣通過經驗公式進行簡單計算或是按照參數表格進行選取了。過盈配合計算所涉及的知識點有理論力學、材料力學、彈塑性力學，比較複雜。德國標準DIN7190把此內容進行了歸納並給處計算方法和公式。DIN7190分為上、下兩冊。DIN7190-1集中論述了圓柱面過盈配合，而DIN7190-2則分析了圓錐面過盈配合。對於柱面配合，進行設計計算時，需要計算的參數有：軸向貼合力、軸向承載能力的裕量、傳遞工作扭矩限值、軸和轂失效的安全係數、軸和轂的上下偏差數值、材料的選擇，軸徑和轂的外輪廓尺寸是否合理、轂的寬度、軸和轂配合粗造度、壓裝力、極限轉速、熱裝的加熱溫度等。
圖6
圖7
對於錐面配合，除了要計算上述參數外，還需要計算軸轂的相對軸向位移變化量，即壓入距離。甚至是對於由於非惰輪的齒輪傳動造成的偏心軸向力以及軸或轂上所開的油孔的影響也可以精確設計計算。
三、過盈配合計算在設計、大修、故障分析中的應用不僅僅在設計過盈配合的時候需要詳細計算，而且在大修和故障分析時候，DIN7190也是必不可少的利器。因為，如果在設計之初就考慮到轂拆卸和大修的因素，完全可以通過設計使得轂（軸承內圈或齒輪、帶輪、聯軸器）大修之後依然獲得良好的性能，可見過盈配合這門學科應用之廣。由於DIN7190只涉及到柱面配或錐角小於自鎖的摩擦角的錐面配合，對於大角度的錐面配合沒有提及，DIN7190的基礎上，進一步提高，對應用於大錐角的情況進行詳細講解，如脹套等應用如圖8所示，保證關於壓配問題無知識死角，融會貫通。
圖8
四、我的個人介紹螺栓設計老張，13年的機械設計經驗，車輛工程專業，碩士學歷學習或工作經歷：高級工程師，著名齒輪箱研發設計專家，師從德國齒輪箱大師Jürgen-Linder和Michael,Bachmann，為其三個關門弟子之一。案例：曾在德國一家3萬人的機械行業知名工作4年，其中在德國巴登符騰堡州此公司總部工作2年。獲得德國專家頒發的優秀證書。擅長螺栓計算VDI 2230,過盈壓配DIN 7190, NX(UG)+Teamcenter軟件,軌道交通齒輪箱設計。曾成功設計過多款高鐵、地鐵齒輪箱，曾為企業制定設計導則，曾為企業解決螺栓失效問題。
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關鍵字: 原汁原味的德系SUV 工程師 實例
