高建罡¹　任肃铰²

（1.永年县海翔机械厂；2.邯郸市冀南轻工机械厂）

1　提出问题

在修理某燃油设备时，需拆卸靠过盈配合安装在喷油器内的油滤（见图1），拆卸工具（以下简称卡簧）靠工作部位先收缩放入，然后靠心棒锥面移动胀开的台肩挂压油滤骨架孔内的空刀槽端面，通过手动螺旋拉力机构，将油滤拉出（见图2）。因油滤骨架内孔直径仅6mm（见图3），卡簧的壁厚仅1.3mm（见图4），并且沿周向均布开设3个轴向胀收用槽。使用中卡簧不仅承受工作需要的拉力负荷，而且承受由于产生拉力的旋转摩擦扭矩负荷，因开口环抵抗扭矩时刚度强度很低，使用中极易变形及折断（见图5），本文试分析其损坏原因并提出改进方案。

图1

图2

1.虎钳；2.软钳口；3.喷油嘴；4.螺栓；5.后垫圈；6.六角螺母；7.油滤

图3

图4

图5

2　卡簧的损坏原因

油滤靠过盈配合采用压入装配法安装在喷油器内，油滤骨架（被包容件）材料牌号为45钢，喷油器（包容件）材料牌号为TC4（钛合金），卡簧材料为60Si2Mn。通过受力分析及理论计算（因篇幅所限，计算过程省略）可以得出，在Z大过盈装配状态下，卡簧薄弱部位承受的拉应力σ＝208.83MPa＜[σ]Ⅲ＝980MPa，卡簧薄弱部位承受的扭转剪应力τb＝917.73MPa＞[τ]Ⅲ＝784MPa，这里的许用应力均摘自弹簧材料及许用应力GB/T1239.1—2009，[σ]Ⅲ＝100kg/mm2＝980MPa，[τ]Ⅲ＝80kg/mm²＝784MPa，是按照Ⅲ类弹簧使用条件制定的许用应力。如按第四强度理论计算，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），强度不够是卡簧折断的主要原因。

3　改进措施

从使用角度分析，拉力是拆卸油滤时必须的动力，而螺旋机构产生的扭矩对拆卸油滤不仅没用，反而是损坏卡簧的直接原因。必须减小甚至消除摩擦扭矩产生的剪应力，这是使用与改进拆卸工具的努力方向。使用液压千斤顶做动力，可以彻底摆脱扭矩的影响，但需增加一套液压机构，还需设计框架结构将压力改变为拉力，结构复杂；在产生摩擦扭矩的结合面间增加滚动轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，可以将摩擦扭矩降低至原来的1/10，可以避免卡簧损坏，但需增加轴承和支承件，结构复杂；开口式卡簧“C形槽”改为“O形”径向圆孔，在孔内安装伸缩圆柱销的方法实现拆卸功能，比原卡簧式结构承受扭矩的能力增强，可以减小剪应力，因油滤内孔直径仅6mm，设计伸缩销结构不方便；在不改变原卡簧结构的前提下，将卡簧承受的扭矩“卸荷”，是一个简便易行的方法。所谓“卸荷”就是通过增加承受扭矩的零件，在卡簧承受拉力负荷时不让卡簧承受扭矩负荷，按照这个思路，设计了两种方案（见图6和图7）。

图6

1.软钳口；2.喷油器；3.油滤；4.螺栓；5.厚垫圈；6.六角螺母；7.焊接支臂；8.虎钳

图7

1.软钳口；2.喷油器；3.油滤；4.螺栓；5.厚垫圈；6.六角螺母；7.焊接支臂；8.虎钳

图6所示方案仅将原拆卸工具上厚垫圈外圆焊接4个圆棒支臂，圆棒直径比喷油器上夹持面厚度小0.3mm，这样将喷油器与支臂一起放入带有保护钳口的虎钳口内，调整好拆卸夹具位置后，虎钳夹紧喷油器，但支臂没有夹紧，可沿钳口移动，当拧动套管形螺母时，就可将部分扭矩卸荷给虎钳，正是因为支臂与钳口有间隙，有可能存在Z坏情况是：当卡簧承受扭矩时，卸荷支臂还没有与虎钳钳口接触，这样就不能将卡簧承受的扭矩卸荷，所以，卸荷不彻底。图7所示方案，在原套筒形螺母与厚垫圈接触端外圆上，增加反扣螺纹，并安装带有4条支臂的反扣螺母，使用时，首先调整反扣螺母与拆卸工具的厚垫圈接触，然后反向回转90°～180°，使反扣螺母与厚垫圈之间产生缝隙0.375～0.750mm，按图7所示装入虎钳，然后用扳手旋转套筒形螺母，带卸荷支臂的反扣螺母随套筒形螺母一起转动，直到支臂与钳口接触，当反扣螺母顶压厚垫圈时，已消除了支臂与钳口的间隙，彻底将扭转负荷卸载给虎钳了。由于套筒形螺母两端?别采用了正反扣螺纹，套筒形螺母转动一周时，左、右两端相配零件各移动一个螺距，将只有左端相配零件移动变为左右双向相配零件移动，拆卸效率提高了将近一倍，方便了使用。

按照图7所示卸荷方案改进与使用后，避免了卡簧的损坏，效果良好。

4　结论与应用推广

本文所述卡簧，因截面属于开口薄壁环，其承受扭矩能力很低，为此必须将扭矩卸荷，设法让其不承受扭矩。这与常见的螺钉、螺栓拧紧受力类似，但普通紧固件螺钉与螺栓，其截面面积较大且是实心封闭截面，其承受拧紧力矩能力较强，按规定使用定力距扳手拧紧时不会损坏。如果螺钉、螺栓杆开有横孔或槽等，将使截面成为不封闭结构，使用时就必须注意避免开口截面承受扭矩，以免装配时产生损坏。

来源：金属加工（冷加工）2018年12期