延長FOCKE FXS725 煙包輸出裝置傳動軸使用壽命的研究

馬 娜，徐 澤，楊紹榮

（紅塔集團大理卷煙廠，云南 大理671000）

FXS725 煙包輸出裝置在725 小盒包裝機尾部，在實際生產中煙包輸出裝置的傳動軸使用壽命只有半年左右，且傳動軸成本較高，導致維修成本居高不下。鄧聯新等通過更換材料、改善熱處理工藝、穩定工藝操作延長了膨脹干燥機螺桿軸的使用壽命[1]，本文提出重新計算并調整齒形帶張緊頻率和更換支承軸承型號來減小傳動軸及其支承軸承的受力，延長其使用壽命。

1 工作原理

FXS725 煙包輸出裝置的工作原理如圖1 所示，在吸風室表面上連續運動的輸送帶通過真空使煙包吸附在輸送帶上，并將合格的煙包輸送至下游機，不合格的煙包向下掉落進入剔除站[2]。其中輸送帶分別通過齒型帶輪驅動，而齒型帶輪則通過一根雙面齒型帶由主動輪驅動，而經常損壞的傳動軸正是用于齒型帶輪的傳動。

圖1 FXS725 煙包輸出裝置結構及工作原理圖

2 問題分析

通過對FXS725 煙包輸出裝置損壞的傳動軸進行分析，傳動軸磨損部位都在軸承安裝位置，說明傳動軸磨損是由于軸承失效后與傳動軸產生了相對運行而引起的，而軸承失效是由于軸承載荷過大及軸承選型不合理導致的，因此減少軸承載荷和合理選擇軸承型號是解決問題的關鍵。

為了減少煙包輸出裝置磨損問題導致的煙包卡阻故障，降低煙包輸出裝置維修成本，急需設計出一套延長傳動軸使用壽命的方案。

3 問題解決

3.1 減小軸承載荷

軸承載荷過大主要原因是齒形帶張緊頻率過大，導致齒形帶對繞過傳動軸時產生應力過大。

通過研究發現，FXS725 煙包輸出裝置輸出載荷并不大，并且工藝生產對于輸出煙包的排列間隙要求不高，而廠家提供的在圖2 中A 點測量齒形帶張緊頻率為131 Hz，存在齒形帶張緊頻率偏高情況。結合實際生產需要，通過查找相關機械設計手冊[3]，根據同步帶跨度長度計算公式、齒形帶張緊力計算公式和皮帶張力與皮帶固有頻率計算公式，對齒形帶張緊頻率進行重新計算：

式（1）（2）（3）中：t為跨度長度，中心距離CD1=190 mm，CD2=220 mm；D為大滑輪直徑，120 mm；d為小滑輪直徑，40 mm；T為皮帶張力，N；Ti為初始張力，122.59 N；Y為補償系數，10.9；Lp為皮帶長度，1 075 mm；m為單位長度質量，0.102 kg/1.075 m=0.095 kg/m；f為振動頻率，Hz。

得出該處振動頻率在45.2 Hz 左右即可滿足頻率為（50±5%）Hz，以達到降低齒形帶張緊力，減少傳送軸及其支承軸承負載的目的。

齒形帶張緊頻率測量位置如圖2 所示。

圖2 齒形帶張緊頻率測量位置圖

3.2 合理選擇軸承類型

傳動軸、軸承受力分析[4]如圖3 所示。

圖3 傳動軸、軸承受力分析圖

從圖3 可以看到，兩個支承軸承在運行過程中主要是受到徑向載荷，而軸向只承受輕微的軸身重力。改進前設備使用深溝球軸承，用于承受徑向和軸向同時作用的聯合負荷，而在本結構中如此設計屬于軸向承載能力過剩，徑向負荷承載能力不足，徑向承載安全系數過小。為了增加徑向承載安全系數，改進成一個滾針軸承加一個深溝球軸承，安裝在同一根軸上的方案，如圖4 所示。

圖4 軸承選型改造圖

其中，滾針軸承和球軸承共同支承傳動軸，徑向負荷靠滾針軸承和球軸承共同承受，軸向負荷由球軸承承受，這樣設計在徑向就有了足夠的承載能力，既能滿足較大的徑向負荷，同時又能適應較小的軸向負荷，不僅保證在徑向有足夠的安全系數，而且在軸向也不會承載能力過剩，還滿足了設備空間狹小的結構特點。

3.3 改造前后傳動軸使用壽命對比

改造前每年每臺FXS 包裝機平均更換4 根傳動軸，傳動軸使用壽命在半年左右，改造后1 年3 個月，改造后的設備才出現傳動軸磨損情況，改造后傳動軸的使用壽命提高了2.5 倍，改進效果顯著。

4 結語

該研究解決了由于傳動軸及其支承軸承負載過重導致傳動軸使用壽命過短的問題，減少了因傳動軸磨損引起的煙包卡阻故障，降低了煙包輸出裝置的維修成本。同時，減少了傳動軸更換次數，減少了設備修理次數，提升了設備的有效作業率。此改進方案實施簡單方便，改進效果顯著，實施成本合理，具有廣泛的應用價值。