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PROTOS卷接機組連桿軸承拆卸工裝的設計

2018-08-04 05:56:26王己鋒謝詩輝邱勇杰
軸承 2018年7期
關鍵詞: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。

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