TUNKERS輥床凸輪結構分析與改進

吳詩強 張義華

摘 要：維持企業的正常運轉，常規意義上的保養和更換，無法從根本上解決潛在隱患或不適應于本單位工況的設計不足。本文主要通過TUNKERS輥床凸輪結構的分析與改進。闡述針對性油路設計的可行性和必要性，給同類產品和設計提供思路和參考。

關鍵詞：發卡;潤滑油路

背景

某焊裝車間某區域，全部采用德國進口TUNKERS高速輥床作為白車身運輸平臺。共計百余套。投入運營后，多次出現輥床坍塌故障。造成了非常嚴重的設備停工和經濟損失。

TUNKERS輥床，采用電機驅動，通過齒輪進行傳動，使分度凸輪帶動凸輪從動件實現上升下降往復運動。進而帶動輥床上升下降。其中，凸輪從動件作為主要的受力部件，承擔了輥床上升下降的載荷沖擊。從動件軸承在分度凸輪上反復滾動，成為主要的疲勞元件。

根據統計，在損壞的從動件中，我們發現90%的凸輪從動件軸承，存在油脂干涸，磨損過度，缺乏潤滑的現象。

1 表面現象

1.1 潤滑不良

在排除人為和環境因素后，我們將問題聚焦在潤滑不良導致。由于凸輪從動件軸承缺乏足夠和良好的潤滑，造成軸承在高速旋轉中，摩擦增大，熱量急劇上升。摩擦產生的熱量進一步改變軸承的強度，同時，高溫使潤滑脂出現燒結，固化。當潤滑脂不足保護軸承，軸承的密封環相繼出現損壞，導致外部雜質進入軸承。在長時間的運行中，形成惡性循環。最終，軸承出現損壞。由于軸承是凸輪從動件的受力件。在高速運行中，受到的沖擊載荷最大，最頻繁。同時，又是輥床上升下降的驅動件（圖中黃色部分），因此，軸承出現損壞，輕則造成設備異響和故障。嚴重則出現輥床坍塌。

2 原因分析：結構因素

分別對凸輪從動件的軸和軸承進行分析，軸承采用的是免潤滑設計。設計者根據要求工況，利用迷宮式密封將潤滑脂密封在驅動結合面，而其油脂又采用不易變質的選型。這樣就可以在既定的工況環境下實現免潤滑免維護。其軸承為美國MCGILL公司MCYRD系列專門用于高速重載。在其他設備的應用并未出現類似故障。

而反觀凸輪從動軸的設計，我們認為有較大缺陷。從動件潤滑油路，采用油杯自動進油，通過從動件底部直接連接從動件頂部，利用從動件的上升下降將油脂涂抹在分度凸輪和軸承外圈上，進而實現潤滑。這樣的設計將軸承的潤滑完全依賴軸承本身。并未對其進行冗余設計。造成設備可靠性降低。而整個凸輪從動件的油路只通過中間孔直接潤滑軸承外表面。并未對軸承內部進行潤滑和維護。進而導致進一步的設備損壞。

3 改進方案

結合以上分析，我們可以看出，凸輪從動件的潤滑方式設計本身就存在較大的不合理。其不合理造成的因素，是由于設計過分依賴單個零件的可靠性。

實施方案，我們對油路進行重新設計，充分利用原有軸承內圈的潤滑孔，將凸輪軸進行重新設計，使潤滑油路先經過軸承內部，然后，潤滑脂再在油壓的作用下被擠壓到軸承外圈上。這樣同時兼顧軸承內部和外部的潤滑。

具體步驟，一，凸輪軸的外圈上車削出一圈厚度為1mm的潤滑槽（在軸承內圈潤滑孔相配合的位置）。二、在潤滑槽上，沿徑向鉆削一個直徑為2mm孔，使其與原有的潤滑油路相連。三，我們將原有的潤滑油路端頭用焊接堵死（在早期試驗中，我們發現，由于原有油路路徑較大，油路無法進入小孔，也無法在軸承內部潤滑脂建立油壓）。

通過試驗，我們的設計能夠實現預期意圖，即油壓直接通過2mm小孔和1mm潤滑槽進入軸承內部，最后由于油壓的存在潤滑脂被從密封環側擠壓出來（裝配到分度凸輪后，由于空間小便被擠壓到軸承上）。功能測試完成。

試驗步驟，由于凸輪從動件是主要受力件，在改進后的凸輪從動件軸，在軸上進行了開孔和開槽，一定程度上，降低了軸的強度，存在斷裂的風險，可能造成輥床坍塌。于是我們利用CATIA 軟件對軸的受力進行有限元分析，在同樣的載荷下（Z向施加10N_m2），受力區域并未發生改變，受力大小變化為2.4%（之前為371 N_m2開槽后為362 N_m2）.發現受力變化為2.4%.而一般的強度設計都是大于20%。因此，強度影響不大。理論上可以實現我們的改進目的。

我們將其安裝到現場進行測試。測試結果完全符合我們預期。

4 結論

（1）潤滑油路的設計，應與實際使用工況相適應。

（3）潤滑油路的設計，應該優先考慮運動部件潤滑，軸承外圈，滾動體都不能缺少潤滑。

參考文獻

[1] 張伯順，我國汽車制造業發展的新及其特點，上海汽車，2004（01）：90145

[2] TUNKERS 升降輥床產品介紹，上海德珂斯機械自動化技術有限公司.

作者簡介：吳詩強，男，1987年出生，航天職業技術學院大專畢業。主要方向為機械改進。

張義華，男，1988年出生，宜賓職業技術學院大專畢業，主要方向為自動化設備。