多瓦動壓滑動軸承組合卡死故障分析及排除

徐桂蘭，趙利平，焦小明

(陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000)

《機械制造與自動化》雜志二〇一三年第二期上刊登了作者撰寫的“磨床砂輪架設計制造中若干問題的探討與分析”一文，文中最后提到“設計、制造砂輪架時不僅需從機床整體設計、制造、裝配、潤滑、密封等環節進行詳盡考慮，而且還應從零件的關鍵精度指標上提出合理科學的要求，……。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零件的使用要求與條件，以及裝配工藝與機床精度指標不匹配等問題。”這里所指某磨床正是具有典型三片瓦動壓滑動軸承組合的卡規磨床，該磨床曾一度在空載試運轉中出現冷卻油溫升超差，甚至調整中主軸卡死而不能轉動的嚴重故障。

三片瓦動壓滑動軸承以其良好的性能、較強的自適應能力，在中速、較高速機床中得到了廣泛應用。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計推力軸承來承受砂輪軸的軸向載荷。根據不同的加工情況，主軸的推力軸承可采用滾動軸承或滑動軸承，但其徑向和軸向精度指標在不同精度、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，都會產生一些預想不到的故障。卡規磨床砂輪主軸結構與類似結構磨床(如2M9120A工具磨床)砂輪主軸結構沒有根本區別，如圖1所示，然而2M9120A工具磨床砂輪主軸在裝配調整中卻從未出現相同的故障。

1 故障診斷

針對卡規磨床出現的故障，對其與2M9120A磨床砂輪主軸裝配調整精度及試運轉情況進行跟蹤對比，發現2M9120A磨床的相同主軸結構并沒有冷卻油溫超差、主軸卡死的現象出現，說明這種結構并無根本缺陷，從而排除了結構缺陷的影響因素。

此外，對所有零件的加工精度進行復檢，結果說明零件加工品質全部合格，無超差現象。

檢查磨床主軸裝配過程，發現卡規磨床采用了與2M9120A相同的裝配工藝;再進一步對兩種磨床主軸的裝配精度指標進行分析，證明其使用性能要求與設計精度指標分別對各自磨床合理有效，主軸的精度指標與使用要求并無矛盾，但調查也發現兩種磨床的使用方式和主軸裝配精度指標有所不同:卡規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遠高于其徑向裝配精度，這說明其滑動推力軸承的軸向間隙遠遠小于徑向間隙;而2M9120A磨床的徑向與軸向精度均低于卡規磨床的精度要求，分別只需達到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上的差異，對于主軸裝配精度應與裝配工藝相適應來講，卡規磨床采用與2M9120A磨床相同的裝配工藝應該有所不妥。

2 故障分析

通過以上的初步分析與判斷，進一步研究分析的重點放在裝配工序與主軸裝配精度指標的協調上。根據裝配工藝及操作規程，三片瓦軸承的裝配方法采用定心套調整裝配，滑動推力軸承采用配磨調整墊的方法調整軸肩與軸承之間的間隙，并保證推力軸承的內孔與主軸頸的高精度配合要求(見圖1)。

圖1 典型多瓦動壓滑動軸承組合主軸部件裝配簡圖

對2M9120A磨床的主軸裝配，磨床主軸首先用定心套調整好三片瓦(圖1中標注“軸瓦”所示、以下同)軸承的徑向間隙，然后再配磨調整墊來保證滑動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，說明2M9120A磨床的軸向竄動與徑向間隙的指標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軸承、并由其確定主軸空間位置后，再安裝調整滑動推力軸承，由于滑動推力軸承的軸向間隙大于徑向間隙，因此滑動推力軸承不會改變主軸正確位置，主軸裝配后運轉靈活、平穩。

而對于卡規磨床，其滑動推力軸承的軸向間隙遠遠小于徑向間隙，主軸的軸向裝配精度遠遠高于其徑向裝配精度，因此主軸的正確位置主要應由軸向軸承保證。所以安排主軸裝配工藝時，主軸的空間精確位置應該主要由滑動推力軸承確定，然后再通過調整徑向滑動軸承來適應主軸的裝配位置精度要求，同時保證三片瓦滑動軸承的徑向裝配精度要求:即先配磨裝配軸向滑動推力軸承，后調整裝配徑向動壓軸承。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性較好的特點，調整三片瓦的支承釘補償軸向誤差造成的主軸空間偏差。這一分析與判斷，理論上應該正確無誤，所提出的調整措施應該得力、合理。

3 故障排除及效果

通過以上分析，針對卡規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軸承及軸向滑動推力軸承的裝配順序予以顛倒，即先裝配好滑動推力軸承，保證軸承間隙為0 0.004 mm，然后根據已確定好位置的主軸，再采用定心套裝配三片瓦軸承，調整其徑向間隙仍然為0.010.015 mm，檢查空運轉或手動是否靈活。

經過連續對十件砂輪主軸裝配順序的調整，每件主軸手動試轉轉動靈活，機動空載試運轉2 h，其冷卻油溫升見表1。其結果完全符合砂輪主軸空載試運轉2 h冷卻油溫升低于20℃的技術要求，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，達到了優質、高效、低成本的要求。

表1 主軸溫升表

4 結論

砂輪架作為磨床的最主要部件之一，雖然其結構簡單，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。這兩項精度指標大小，關系到磨床的使用性能、零件加工以及部件、機床的裝配工藝。保證產品品質除了與設計零件品質有關外，很大程度上取決于裝配工藝及方法，如何以最低的成本，簡單的方法完成各種工作及工藝過程，向用戶提供優質產品，做好產品性能、零件加工、裝配工藝的相互配合是非常重要的。

［1］吳宗澤.機械零件［M］.北京:中央廣播電視大學出版社，1986.

［2］機床設計手冊編寫組，機床設計手冊第三冊［M］.北京:北京機械工業出版社，1986.

［3］中國機械設計大典編委會［M］.中國機械工程學會中國機械設計大典(第三卷).南昌:江西科學技術出版社，2002.