中心架軸承改造在動力部件整體加工上的應用

鐘翔

中心架軸承改造在動力部件整體加工上的應用

鐘翔

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

使用防爆車床進行動力部件的整體加工，從安全性、一致性、穩定性考慮有利于動力部件的同軸度保證，從而滿足推力偏心的要求。對中心架軸承的改造，是建立在動力部件整體加工環節上的。考慮到火工品試驗的特殊性，需要摸索出一條既滿足整體加工要求，保證數據的準確性、連貫性，又能夠避免安全隱患的中心架支撐技術，以滾動摩擦替代滑動摩擦的改造技術。實踐表明，中心架軸承改造技術在動力部件整體加工上是安全可行的。

中心架；支撐改造；軸承；安全性

推力線偏斜（推力偏心）是為了保證產品發射之后，能夠形成一個仰角，從而精確制導的重要手段。通過采取斜切噴管的方式，解決了產品離軌初期的彈道下沉問題。而產品組裝完成之后的動力部件推力偏心由加工、裝配形成的動力部件推力線偏斜角和整體同軸度保證。

通過加工來控制保證動力部件偏斜角、整體同軸度，普通車床中心架根本無法滿足加工要求。因為在加工前測試和加工過程中，需要利用車床的三爪卡盤裝夾動力部件前端，實現軸向定位，車床中心架支承爪支撐動力部件殼體，實現徑向定位，以軸向轉動來實現動力部件整體的加工，保證同軸度要求。而現有中心架支承爪一般采用鑄鐵材料制作而成，雖然具有耐磨、減震等特點，但動力部件殼體與支承爪之間會產生嚴重的滑動摩擦，一方面會導致動力部件殼體受損，另一方面由于摩擦生熱可能導致火工品燃燒爆炸。因此，中心架軸承改造技術，重點解決中心架支承爪與動力部件殼體滑動摩擦問題，同時改造之后的設備能夠在保證加工精度的前提下提高效率。

1 軸承改造

1.1 原因分析

查閱《機械設計手冊》[1]，鑄鐵對鋼的滑動摩擦系數為0.15，如果動力部件殼體直接安裝在鑄鐵支承爪上，會產生極大的摩擦而導致殼體損傷、變形，另外由于摩擦產生大量的熱不斷積累，最終可能導致火工品燃燒爆炸，存在極大的安全隱患。

1.2 方案設計

正常情況下，滾動摩擦代替滑動摩擦是降低摩擦系數、減小摩擦的有效方法。鋼對軸承的滾動摩擦系數為0.002，如果能把支承爪改造成軸承的話，中心架與動力部件殼體之間的摩擦力就會大大減小。根據這種思路，特意設計出了如圖1所示的支承爪。

1—夾頭；2—軸承；3—銷軸。

1.3 軸承選取

由于中心架在整個加工過程中只起到支承作用，所以在選取軸承時需要考慮支承爪的加工尺寸大小，因此在設計中根據試選取了深溝球軸承6200，如圖2所示。

圖2 深溝球軸承示意圖（單位：mm）

1.3.1 支承穩定性

假設動力部件在理想狀態下直徑均勻：動力部件后端在18.5 mm內，外徑設為90 mm，無跳動，除動力部件前、后端外，其余部分外徑不大于91 mm。考慮到動力部件后端面結構的特殊性，支撐位置僅為12 mm。選擇的深溝球軸承6200寬=9 mm，滿足支撐條件，在動力部件整體加工中，該軸承寬能夠滿足線接觸時，接觸線段長度足夠，三向支承穩定性較好。

1.3.2 極限轉速

查閱手冊可以得知，深溝球軸承6200極限轉速極= 5 000 r/min，外徑尺寸為Φ30 mm。C6136式車床的主軸轉速為主軸=120 r/min。中心架支撐的發動機外徑按Φ100 mm計算，使用深溝球軸承6200時，實際軸承轉速0為：

0=π×0×軸/π×軸（1）

式（1）中：0為軸承實際轉速；0為支撐件外徑；軸為主軸轉速；軸為軸承外徑。

由此，軸承的實際轉速為0=100×π×120/30π=400 r/min<極=5 000 r/min。

計算結果可知，所選用的軸承的實際轉速遠低于它所允許的最高轉速，因此極限轉速滿足使用要求。

1.3.3 最大載荷

從車床中心架實際工作狀態分析，如果是用于軸類零件加工（試驗），當工件軸徑較粗、剛性較大時，對車床的載荷主要分布在三爪卡盤和頂尖處，中心架只承擔小部分載荷。對于加工（試驗）細長類零件，中心架支承爪才會承受較大的載荷，但是最大載荷不會超過零件質量的1/2。

現校核改進后的中心架所承受的最大載荷。

假設動力部件最大質量=15 kg，質心距前端面 600 mm，長度為1 200 mm，此時中心架承受的載荷：=0.5=0.5×15 kg=7.5 kg。

查閱手冊可知，深溝球軸承可允許的最大靜載荷靜= 0.78 kN=79.5 kg，滿足試驗要求。

2 支承爪改造

2.1 方案設計

2.1.1 方案一

首先加工軸承槽，然后直接在支承爪支撐面的側面開一個銷孔，在軸承槽內裝上軸承（軸承的軸線與支承爪的中心線垂直），銷子與孔采用過渡配合H6/k6緊固，如圖3所示。

圖3 支撐爪改造方案一

2.1.2 方案二

首先用線切割技術去掉部分臺階，然后加工軸承槽，最后在支承爪夾頭側面開一個銷孔，在軸承槽內裝上軸承（軸承的軸線與支承爪的中心線垂直），銷子與孔采用過渡配合H6/k6緊固，如圖4所示。

2.2 方案選擇

對于方案一，由于支承爪的支撐面臺階較高，如果直接在臺階上鉆孔，會出現加工孔難以定位以及加工精度無法滿足相關要求，最終導致銷子無法正常裝配等問題。

最終通過比較，采用方案二的改造方法，改造之后的中心架如圖5所示。

圖4 支撐爪改造方案二

圖5 中心架改造后示意圖

3 結論

經過改造之后的中心架軸承改造技術已經運用于動力部件整體加工中，在后續的所有加工試驗中，裝配試驗數據均正常有效，整體加工形成的動力部件推力線偏斜角均滿足設計指標，效率得到了提高。實踐表明，改造之后的中心架具有拆卸方便、支撐穩定性好、不磨損試驗部件、精準高效、安全性能好等特點。

4 啟發與展望

中心架軸承改造技術在動力部件整體加工上的應用，說明該項技術在臥式車床加工細長軸類零件具備一定的推廣性。使用滑動摩擦中心架雖然可以具備耐磨、減震等特點，但因支承爪滑動摩擦的磨損相當嚴重，從而導致中心架支承爪的使用壽命大大縮短，間接對零件的加工精度產生影響，所以該項技術也適用于各類零件加工的車床改造。

空空導彈武器零部件外部形狀多種多樣，對加工、裝配的精度要求相對較高，同時材料復雜，磨損嚴重，從而導致成本高居不下。使用中心架軸承改造技術，能有效地提高武器零部件生產的精度、效率，有效保證產品質量，降低成本，提高市場競爭力。因此，中心架軸承改造技術也將會受到各大批量加工中心的關注。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］周超梅，劉麗華，王淑君.公差配合與測量技術［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］楊中東，吳鳳林.C605×5000臥式車床中心架的改造設計［J］.機械管理開發，2007（3）：7，9.

TG51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.013

2095－6835（2021）08－0040－02

鐘翔（1988—），男，大學本科，工程師，主管工藝師，研究方向為機械設計制造及自動化。

〔編輯：王霞〕