多瓦動(dòng)壓滑動(dòng)軸承組合卡死故障分析及排除

徐桂蘭，趙利平，焦小明

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽 712000)

《機(jī)械制造與自動(dòng)化》雜志二〇一三年第二期上刊登了作者撰寫的“磨床砂輪架設(shè)計(jì)制造中若干問題的探討與分析”一文，文中最后提到“設(shè)計(jì)、制造砂輪架時(shí)不僅需從機(jī)床整體設(shè)計(jì)、制造、裝配、潤(rùn)滑、密封等環(huán)節(jié)進(jìn)行詳盡考慮，而且還應(yīng)從零件的關(guān)鍵精度指標(biāo)上提出合理科學(xué)的要求，……。又如某磨床砂輪架主軸徑向與軸向精度高低顛倒反向，導(dǎo)致的主軸裝配卡死故障(另有文章介紹)，就是沒有考慮到主軸的具體裝配情況和各個(gè)零件的使用要求與條件，以及裝配工藝與機(jī)床精度指標(biāo)不匹配等問題。”這里所指某磨床正是具有典型三片瓦動(dòng)壓滑動(dòng)軸承組合的卡規(guī)磨床，該磨床曾一度在空載試運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)冷卻油溫升超差，甚至調(diào)整中主軸卡死而不能轉(zhuǎn)動(dòng)的嚴(yán)重故障。

三片瓦動(dòng)壓滑動(dòng)軸承以其良好的性能、較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，在中速、較高速機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。由于該軸承不能承受軸向載荷，因此，通常情況下，磨床砂輪主軸在軸端或者軸肩需要設(shè)計(jì)推力軸承來承受砂輪軸的軸向載荷。根據(jù)不同的加工情況，主軸的推力軸承可采用滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，但其徑向和軸向精度指標(biāo)在不同精度、不同性能的磨床中差異較大。磨床加工及裝配中，如果不注意這些差異或者注意不夠，都會(huì)產(chǎn)生一些預(yù)想不到的故障。卡規(guī)磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)與類似結(jié)構(gòu)磨床(如2M9120A工具磨床)砂輪主軸結(jié)構(gòu)沒有根本區(qū)別，如圖1所示，然而2M9120A工具磨床砂輪主軸在裝配調(diào)整中卻從未出現(xiàn)相同的故障。

1 故障診斷

針對(duì)卡規(guī)磨床出現(xiàn)的故障，對(duì)其與2M9120A磨床砂輪主軸裝配調(diào)整精度及試運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行跟蹤對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2M9120A磨床的相同主軸結(jié)構(gòu)并沒有冷卻油溫超差、主軸卡死的現(xiàn)象出現(xiàn)，說明這種結(jié)構(gòu)并無根本缺陷，從而排除了結(jié)構(gòu)缺陷的影響因素。

此外，對(duì)所有零件的加工精度進(jìn)行復(fù)檢，結(jié)果說明零件加工品質(zhì)全部合格，無超差現(xiàn)象。

檢查磨床主軸裝配過程，發(fā)現(xiàn)卡規(guī)磨床采用了與2M9120A相同的裝配工藝;再進(jìn)一步對(duì)兩種磨床主軸的裝配精度指標(biāo)進(jìn)行分析，證明其使用性能要求與設(shè)計(jì)精度指標(biāo)分別對(duì)各自磨床合理有效，主軸的精度指標(biāo)與使用要求并無矛盾，但調(diào)查也發(fā)現(xiàn)兩種磨床的使用方式和主軸裝配精度指標(biāo)有所不同:卡規(guī)磨床主軸軸向裝配精度為00.004 mm，徑向裝配精度要求在0.010.015 mm之間，磨床主軸的軸向裝配精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其徑向裝配精度，這說明其滑動(dòng)推力軸承的軸向間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于徑向間隙;而2M9120A磨床的徑向與軸向精度均低于卡規(guī)磨床的精度要求，分別只需達(dá)到0.015 mm和0.020.04 mm，且其徑向要求高于軸向要求。分析這種裝配精度指標(biāo)上的差異，對(duì)于主軸裝配精度應(yīng)與裝配工藝相適應(yīng)來講，卡規(guī)磨床采用與2M9120A磨床相同的裝配工藝應(yīng)該有所不妥。

2 故障分析

通過以上的初步分析與判斷，進(jìn)一步研究分析的重點(diǎn)放在裝配工序與主軸裝配精度指標(biāo)的協(xié)調(diào)上。根據(jù)裝配工藝及操作規(guī)程，三片瓦軸承的裝配方法采用定心套調(diào)整裝配，滑動(dòng)推力軸承采用配磨調(diào)整墊的方法調(diào)整軸肩與軸承之間的間隙，并保證推力軸承的內(nèi)孔與主軸頸的高精度配合要求(見圖1)。

圖1 典型多瓦動(dòng)壓滑動(dòng)軸承組合主軸部件裝配簡(jiǎn)圖

對(duì)2M9120A磨床的主軸裝配，磨床主軸首先用定心套調(diào)整好三片瓦(圖1中標(biāo)注“軸瓦”所示、以下同)軸承的徑向間隙，然后再配磨調(diào)整墊來保證滑動(dòng)推力軸承的軸向間隙，這種裝配順序并沒有造成類似故障出現(xiàn)，說明2M9120A磨床的軸向竄動(dòng)與徑向間隙的指標(biāo)要求與裝配工序相符合。

分析該裝配工藝，由于其徑向精度高于軸向精度要求，故采取先裝三片瓦徑向滑動(dòng)軸承、并由其確定主軸空間位置后，再安裝調(diào)整滑動(dòng)推力軸承，由于滑動(dòng)推力軸承的軸向間隙大于徑向間隙，因此滑動(dòng)推力軸承不會(huì)改變主軸正確位置，主軸裝配后運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、平穩(wěn)。

而對(duì)于卡規(guī)磨床，其滑動(dòng)推力軸承的軸向間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于徑向間隙，主軸的軸向裝配精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其徑向裝配精度，因此主軸的正確位置主要應(yīng)由軸向軸承保證。所以安排主軸裝配工藝時(shí)，主軸的空間精確位置應(yīng)該主要由滑動(dòng)推力軸承確定，然后再通過調(diào)整徑向滑動(dòng)軸承來適應(yīng)主軸的裝配位置精度要求，同時(shí)保證三片瓦滑動(dòng)軸承的徑向裝配精度要求:即先配磨裝配軸向滑動(dòng)推力軸承，后調(diào)整裝配徑向動(dòng)壓軸承。這樣由于主軸軸向精度要求高，主軸的位置精度主要由滑動(dòng)推力軸承來保證，如果主軸裝配中心線與殼體兩孔中心線垂直度要求較差，可以通過三片瓦軸承的自適應(yīng)性較好的特點(diǎn)，調(diào)整三片瓦的支承釘補(bǔ)償軸向誤差造成的主軸空間偏差。這一分析與判斷，理論上應(yīng)該正確無誤，所提出的調(diào)整措施應(yīng)該得力、合理。

3 故障排除及效果

通過以上分析，針對(duì)卡規(guī)磨床砂輪主軸裝配工藝，在不改變其他裝配工藝過程、操作方法的情況下，只將裝配徑向三片瓦滑動(dòng)軸承及軸向滑動(dòng)推力軸承的裝配順序予以顛倒，即先裝配好滑動(dòng)推力軸承，保證軸承間隙為0 0.004 mm，然后根據(jù)已確定好位置的主軸，再采用定心套裝配三片瓦軸承，調(diào)整其徑向間隙仍然為0.010.015 mm，檢查空運(yùn)轉(zhuǎn)或手動(dòng)是否靈活。

經(jīng)過連續(xù)對(duì)十件砂輪主軸裝配順序的調(diào)整，每件主軸手動(dòng)試轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，機(jī)動(dòng)空載試運(yùn)轉(zhuǎn)2 h，其冷卻油溫升見表1。其結(jié)果完全符合砂輪主軸空載試運(yùn)轉(zhuǎn)2 h冷卻油溫升低于20℃的技術(shù)要求，圓滿排除了主軸卡死、溫升超差的故障，并且沒有增加任何成本，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的要求。

表1 主軸溫升表

4 結(jié)論

砂輪架作為磨床的最主要部件之一，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其精度要求較高。不同磨床工作性能和工作方式雖然各異，但砂輪架主軸部件裝配精度卻具有基本一致的要求—徑向和軸向裝配精度要求。這兩項(xiàng)精度指標(biāo)大小，關(guān)系到磨床的使用性能、零件加工以及部件、機(jī)床的裝配工藝。保證產(chǎn)品品質(zhì)除了與設(shè)計(jì)零件品質(zhì)有關(guān)外，很大程度上取決于裝配工藝及方法，如何以最低的成本，簡(jiǎn)單的方法完成各種工作及工藝過程，向用戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，做好產(chǎn)品性能、零件加工、裝配工藝的相互配合是非常重要的。

［1］吳宗澤.機(jī)械零件［M］.北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，1986.

［2］機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第三冊(cè)［M］.北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

［3］中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會(huì)［M］.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典(第三卷).南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.