籠絞機固定頂針裝置的改進設計

錢浩

（滬安電力控股有限公司，江蘇宜興214251）

1 結構簡介

一臺國產籠式絞線機，設計制造并投產于1990年代初期，經歷過多次大修理，具體結構見圖1，圖1為固定頂針結構示意圖。

絞籠內的盤具裝卸結構為一只活動頂針裝置和一只固定頂針裝置；頂針套與搖籃頂針座（圖中未顯示）緊配并用銷釘止動，頂針承受一定的軸向力，同時承載較大的徑向力，可任意旋轉；張力盤和壓板與頂針套之間采用一組滾珠作為運動副，張力盤上開口槽內套入薄鋼帶與摩擦片組合的張力帶；裝電纜盤具時，固定于張力盤上的擋銷插入盤具側面的小孔中，帶動盤具阻尼轉動，通過調整固定于搖籃上的帶張力包帶的蝶形螺母（下方有一只壓縮彈簧），可調節包帶摩擦力大小，實現絞線或成纜所需的張力。

圖1

2 故障現象與分析

問題一：因長期生產運行，張力盤、壓板與頂針套之間的滾珠和滾珠槽均出現嚴重磨損，其原因是原結構設計不合理，與滾珠相配的三個零件的弧形加工精度低，其弧形槽的表面淬火硬度也達不到要求，滾珠組的腔內油脂無密封，油脂容易擠出，造成潤滑不良。

問題二：頂針經常卡住不轉，原因是軸承的配置不合理，單向推力球軸承的緊圈和松圈位置容易裝反，會導致頂針不轉；鎖緊軸承的圓螺母無止動圈，易松動或退出，出現本可避免的故障。

問題三：維護保養不善，滾珠組和頂針軸承未按規定進行清冼、潤滑保養，導致滾珠及運動組件的磨損加劇。

常用的修理辦法：一是擴大圓弧槽直徑和滾珠直徑，滾珠由φ8mm擴至φ12mm，加大張力盤、壓板與頂針套的弧形尺寸并進行淬火處理，但由于零件尺寸小，弧形尺寸精度要求較高，淬火變形較大，裝配后的張力盤均有不同程度的配合不良問題。二是經常成批更換頂針或軸承。

在實際生產操作中，帶上張力時，張力盤經常會卡死，或張力不一致；若放松蝶形螺母，不使用張力，既不符合工藝要求，也會經常出現扭曲、鼓包、外徑大小不一致等產品質量問題，長期帶病運轉，嚴重影響生產的正常運行。

3 外購與改造的選擇

全部外購搖籃架，每只搖籃購置費用約0.5萬，若全部更換,則需10多萬元，原設備廠家已不再生產，全部外委制造加工，報價為18萬元。鑒于此，我們選擇了盡可能利用原有頂針套、張力盤和頂針零件，按改進設計的圖紙，進行改造修理和加工。

4 結構改進設計

改進設計的目標為：（1）提高張力盤的旋轉精度；（2）頂針不會卡死。在此基礎上，選擇結構改進的方案，因故障點都是運動副精度、頂針的結構與工藝設計和軸承標準件的配置問題，張力盤旋轉件改用軸承是最佳選項，同時對頂針結構及軸承配置進行改進設計，具體改進如下。

（1）張力盤運動副的改進：將三件組合的滾珠結構改為標準軸承結構，提高旋轉精度，軸承內外圈均采用過盈配合，軸承內圈一側用一鋼絲擋圈限位，外圈用壓板壓緊，這樣，保證了張力盤的旋轉精度，其次在滾珠組的兩側用O形密封圈，油脂不會溢出。

（2）頂針結構改進：將原來與頂針軸和頂針套孔相配的一只球軸承和一只單向推力球軸承的布置方式改為一只單列圓錐滾子軸承和一只向心球軸承的結構形式，其優點是受力合理、裝配容易，向心球軸承不存在裝配方向的問題，單列圓錐滾子軸承的裝配也不易弄錯；同時，改進頂針軸的功能結構和工藝設計，在軸尾部的中心鉆一注油通道，在軸上的兩軸承之間開設油槽，油槽位置對應著隔圈，在隔圈圓周上鉆6～8個φ4通孔，注油通道尾部螺紋孔處安裝一只黃油嘴或用一螺栓緊固，以備維護保養時加油潤滑。在向心球軸承左側加一擋板，頂住軸承內圈，在擋板與球軸承外圈間設有一只O形密封圈，起油脂密封作用。

圖2

5 加工要求

（1）舊頂針套改制：以與搖籃頂針座相配的外圓和端面作為車削加工的定位基準，將原滾珠槽車平為止，外側端面光平；調頭加工，以剛加工的外圓和端面為夾緊定位基準，車削軸承孔并鑲壁厚3mm的套，軸承孔位置按N7級公差加工；再以鑲套的內孔定位，車削另一側的軸承孔和外圓；軸承孔按N7級公差、裝張力盤軸承位置的外徑按p6級公差控制。

（2）新頂針套：按設計圖紙及技術要求進行加工，公差要求同上。

（3）頂針軸：裝軸承的位置按p6級公差的要求控制，頂針頭作局部淬火處理。

6 檢測與驗收

（1）裝配（不裝張力包帶）后檢測，張力盤的徑向跳動和端面跳動量符合《GB/T1184-1996》7級精度要求；按《GB/T 26171-2010》的原則規定，由慢到快地手動旋轉張力盤30min，旋轉靈活，無卡阻現象；裝上張力包帶，調節蝶形螺母（下壓絲徑1.2mm的壓縮彈簧，以實現彈性張力）以達到各張力盤的張力均勻，生產運行24h，無卡死或張力不一致現象，產品質量完全符合工藝要求。

（2）頂針旋轉自如，無徑向跳動和軸向竄動，密封良好。

7 效益分析

利用原有零件加工改制24套，用新材料加工12套，維修費用只有3萬多元，節約支出10多萬元；更重要的是大大地提高了張力盤和頂針裝置的運行質量。

此裝置經改造后已生產運行一年多，效果良好，從未出現過運行故障。為保證生產的正常運行、提高產品質量奠定了良好的基礎。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2001.