PROTOS卷接機組連桿軸承拆卸工裝的設計

王己鋒，謝詩輝，邱勇杰

（龍巖煙草工業有限責任公司，福建 龍巖 364000）

煙條切割系統是PROTOS卷接機組中的重要結構，切割采用曲柄連桿機構，生產過程中發現，連桿中的雙列滿圓柱滾子軸承使用一段時間后會磨損，當磨損超過一定程度時，造成傳動精度下降，無法保證卷煙機的正常運行，需要更換；而軸承一旦損壞只能更換連桿組件，由此造成設備維護成本高。

文獻［1］利用杠桿原理設計了圓柱滾子軸承裝配工裝，減少了滾道壓痕；文獻［2］介紹了NCF型滿裝圓柱滾子軸承結構，闡述了軸承設計方法，并介紹了不同批量所采用的裝配工藝及磨具。而針對連桿中的軸承拆卸問題，相關資料較少。為此，分析連桿軸承座安裝位置結構，設計了一套連桿軸承拆卸工裝，以解決軸承的拆卸難問題，降低設備維護、維修成本。

1 存在問題

1.1 結構組成

煙條切割系統主要由刀盤機構、磨刀裝置、喇叭嘴機構等組成［3－4］，其中喇叭嘴機構由彈簧板、喇叭嘴、連桿、曲柄等組成，如圖1所示。喇叭嘴的作用是為刀頭切割濾嘴提供支承，防止濾嘴切割時因受力而下垂變形。由于刀片在切割時具有一定的水平分速度，喇叭嘴應向煙條方向相應移動，因此，采用偏心連桿機構帶動喇叭嘴，實現往復運動。

圖1 喇叭嘴機構示意圖Fig.1 Diagram of bellmouthmechanism

偏心連桿機構（圖2）中的連桿機構包括擋圈、密封圈、隔套、雙列滿圓柱滾子軸承（簡稱軸承）、連桿和底套［4］。連桿左端用于安裝喇叭嘴，右端用于安裝軸承、密封圈、底套等，并通過螺栓與底套上的中心螺紋孔鎖緊，固定在曲柄軸上。

圖2 連桿結構示意圖Fig.2 Structure diagram of connecting rod

1.2 問題分析

軸承與連桿軸承座配合采用基軸制［5］，即以軸承外徑尺寸為基準，采用φ42 mm P6過盈配合。軸承經過長時間運轉后發生磨損，當磨損超過一定限度時，會造成高速運行的曲柄連桿機構傳動精度下降，無法保證卷煙機的正常運行，需要更換［6－7］。而軸承安裝在一個單面敞開的空腔內，并且與空腔內壁之間為過盈配合，無法用一般的拆卸方法進行拆卸，軸承一旦損壞只能更換連桿機構。

2 拆卸工裝設計

針對上述問題，根據軸承座安裝位置結構，設計了一套連桿軸承拆卸工裝，將軸承從連桿的腔體中拉出來。工裝結構如圖3所示，主要由凸緣、定位套、鎖緊螺釘、定位銷和螺桿組成。拆卸原理為：人力產生扭矩，通過螺桿和凸緣上的螺母傳遞到底套，轉矩轉換為拉力，帶動軸承向上移動，實現軸承從連桿中的拆卸。

圖3 拆卸工裝結構示意圖Fig.3 Structure diagram of disassembl tooling

2.1 拉拔力計算

過盈配合的拉拔力為

式中：F為拉拔力，N；Ffmax為結合表面承受的最大單位壓力，N／mm2；df為結合直徑，42 mm；Lf為結合長度，29 mm；μ為摩擦因數，0.08；δmax為最大過盈量，0.037 mm；Ca，Ci均為系數；Ea，Ei分別為包容性和被包容性的材料彈性模量，Ea＝196×103MPa，Ei＝206×103MPa；da，di分別為包容件外徑和被包容件內徑，da＝50 mm，di＝35.6mm；ν為泊松比，νa＝0.27，νi＝0.26。

根據已知參數，代入（1）～（4）式計算得到過盈配合的拉拔力F＝4.5 kN，即理論計算拉拔力為4.5 kN，實際拉拔力會比理論值大得多，因此，設計拆卸工裝時，實際的拉拔力Fr應按理論計算拉拔力的3倍來設計，得到實際拉拔力為13.5 kN。

2.2 鎖緊螺釘校核

鎖緊螺釘與底套的M6螺紋孔配合，固定拆卸工裝，鎖緊螺釘材料為低碳合金，性能等級為10.9。鎖緊螺釘危險面的拉伸強度條件為［5，7－8］

式中：d1為螺釘危險截面直徑，mm；Fr為工作拉力，13.5 kN；［σ］為螺釘材料許用應力；［σb］為螺釘抗拉強度極限，900 MPa；S為安全系數，1.3。

根據已知參數計算得d1＝4.4 mm，小于M6螺釘的小徑4.917 mm，所以選用M6鎖緊螺釘符合設計要求。

2.3 螺桿校核

2.3.1 螺桿直徑確定

梯形螺紋為最常用的傳動螺紋，其工藝性好，牙根強度高，對中性好，故螺桿螺紋的類型選為梯形［5，8－9］。對于梯形螺紋，螺紋中徑d2為

式中：σ為螺桿的抗拉伸強度；τ為螺桿扭轉切應力；A為螺桿螺紋段的危險截面面積，20.2 mm2；T為螺桿所受扭矩（螺桿所受的扭矩由扳手長度和操作人施力確定，初步確定扳手有效長度為100 mm，施力為100 N，得到扭矩為1×104N·mm）；Wτ為螺桿螺旋段的抗扭截面系數，31.3mm3；［σ］為螺桿材料的許用應力；［σb］為螺桿抗拉強度極限，980 MPa；d1為螺桿螺紋小徑，6.2 mm。

計算得σca＝176 MPa≤［σ］＝［σb］／4＝245 MPa，所以螺桿設計的尺寸符合強度要求。

2.4 定位套

根據連桿腔體尺寸設計定位套（圖4），定位套定位面為內錐孔，其內徑略大于連桿上端外徑，外徑與凸緣盤相同，有4個定位孔，用于定位螺桿，定位套厚度設計為30 mm。需要校核定位套與連桿接觸位置的擠壓強度［8］。

圖4 定位套結構示意圖Fig.4 Structure diagram of positioning sleeve

2.5 凸緣

凸緣為圓盤結構（圖5），小端直徑略小于軸承內徑，前端裝有2個定位銷，中心處有一個階梯內孔，通過螺釘與底套配合固定凸緣，凸緣大端均布4個M8的螺紋孔。

圖5 凸緣結構示意圖Fig.5 Structure diagram of flange

3 使用方法及效果

軸承拆卸方法如圖6所示，定位套下端壓在連桿上，凸緣通過鎖緊螺釘與定位銷、底套連接，并且其凸臺套在定位套上，當擰動凸緣上的頂桿時，使底套產生向上的拉力，從而帶動軸承向上移動。

圖6 軸承拆卸方法示意圖Fig.6 Diagram of disassemblingmethod for bearing

使用拆卸工裝時，先拆除連桿上的擋圈、密封圈和隔套。軸承拆卸步驟如下：

1）裝上定位套，將其錐孔卡在連桿上端；

2）裝上凸緣，使定位銷對準底套上的定位孔，并鎖緊螺釘；

3）裝上頂桿，使其對準定位套上的定位孔；

4）交叉均勻擰動螺桿，拉出軸承。

使用新的工裝對車間8臺設備的連桿軸承進行拆卸，統計結果見表1。實現了連桿軸承的拆卸，平均每次拆卸時間為5.4 min，并且連桿軸承座內表面完好，可以重復使用，只需更換軸承，則每次連桿組件的維護成本從原來的25 000元降至300元，減少了備件的損耗量。

表1 工裝使用統計數據Tab.1 Data statistics of used disassembling toolingmin

4 結束語

針對連桿軸承難以拆卸的問題，設計了專用的拆卸工裝，采用拉拔的方法直接拆卸連桿中損壞的軸承，再更換新的軸承，使連桿可以重復使用，使得連桿組件的維護成本大大降低，減少了備件的損耗量，并且拆裝工裝使用方便，平均每次拆卸時間只需5.4 min。