進口設備備件中液體靜壓軸承國產化研制探究

汪王照，王孟驥，趙艷瓊

（南京汽車集團有限公司，江蘇 南京 210061）

1 前言

隨著我國的改革開放以及汽車工業的發展，汽車發動機技術有了突飛猛進的進步，發動機缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿五大件制造設備主要有三大系，歐系、美系和日韓系，大家在設備維護過程中都會遇到同樣的一個問題，維修備件昂貴，甚至還有只賣部件不賣零件的窘境，即使能買到零件，價格也是非常了得。同時備件的購買周期也非常長，對企業的資金占用也是一種浪費。隨著國內工業的發展和進步，設備維修部件的整體國產化和零件的局部更換對設備維修成本的貢獻不容小覷，同時，對設備的運行效率也有堅實的支撐。本文就是通過對液態靜壓軸承（以下稱靜壓軸承）國產化研制作為啟發點，引發對備件國產化的思考，同時從技術層面分析其思路的可行性。

2 靜壓軸承的國產化研制

2.1 靜壓軸承的工作原理及現狀背景介紹

靜壓軸承(Hydrostatic Bearing），就是通過潤滑油泵將壓力油送到軸承間隙內，在軸承內強制形成潤滑油膜以實現液體潤滑的滑動軸承。由于靜壓軸承從啟動到停止始終在液體潤滑下工作，具有旋轉精度高、低磨損（理論上無磨損）、油膜剛度大、功耗低、能抑制油膜振蕩等優點，使用壽命長，起動功率小，在極低（甚至為零）的速度下也能應用。理論上是無磨損、無限壽命的設計，在精密磨削機床中被廣泛使用。但在實際使用中，由于油品的干凈程度、黏度、油溫、砂輪的重量、切削力等因素的影響，軸承處于混合潤滑狀態，還是存在不確定的磨損、精度下降、噪聲監測報警等諸多問題，導致需要更換。本文中是以英國LANDIS曲軸主軸頸磨床的靜壓主軸作為研究對象，包括供油系統、節流器和油墊關鍵部件，該軸承屬于恒壓力腔式徑向靜壓軸承。

該備件從國外進口時需要軸和軸承成套訂貨，價格在70萬元左右人民幣，不支持單獨靜壓軸承采購。通過查閱相關技術資料以及靜壓軸承的設計手冊，對主軸的拆解、測繪、使用情況分析研究，原機床軸承的外徑、內徑、寬度等基本尺寸都已經很清楚，我們主要解決以下幾個尺寸：油腔尺寸、封油面尺寸、封油面和軸的配合間隙、節流器的尺寸以及軸承內腔的形狀公差。因為對于靜壓系統中靜壓油的黏度和壓力以及軸的這些參數原機床都已知曉和固定，包括軸的承載能力、軸的剛度、流量和功耗在本文中都不做闡述。

2.2 靜壓軸承的國產化研制

經過測繪，該軸承屬于腔式無回油槽徑向軸承，恒壓型，壓力為55BAR，油品型號：BP BARTRAN HV15，管式節流，對稱等面積圓弧形矩形四油腔結構，見圖1。

圖1

我們要研制該軸的靜壓軸承，需要確定的參數有：軸承的材料選擇、軸承內徑D、軸承寬度B、軸和軸承的半徑間隙ho、封油面的寬度b*、油腔深度Z1、寬度l、管式節流器的尺寸(長度lc、直徑dc)以及軸承內徑的形狀公差等要求。通過測繪對比設計手冊，確定最終參數，然后試制測試。滿足使用要求即可。

根據測繪，已知軸的直徑D’=?139.6mm≈D，根據設計手冊

圖2

D=139.6+0.035×2=139.67

徑向軸承的寬徑比B*=B/D取值范圍在0.5～1.5，所以該軸承寬度范圍B=（0.5～1.5）D=0.5×139.67～1.5×139.67=69.835～209.505，且實際測量B=D=139.7，符合設計規范。

軸承的內孔的形狀誤差包括圓度和圓柱度，其精度誤差△≦（1/3～1/10）ho。我們取值0.005mm。

軸承的材料選擇，靜壓軸承由于軸和軸承沒有直接接觸，一般采用組織均勻，無砂眼、縮孔的鑄鐵或者銻銅鑄鐵。考慮到軸承在工作過程中會產生瞬時超載，熱變形和潤滑油突然中斷的可能，為了使軸承損壞的危險性降至最小，軸承的材料可采用ZQSn6-6-3、ZQSn8-14、ZCuPb30等鑄造青銅或鑄造黃銅，在我們制造選用材料時為了進一步耐磨性、耐腐蝕性和較高的硬度以及良好的鑄造性能和切削加工性能，我們采用了鑄造錫青銅ZQSn10-1。通過精鏜或磨削達到工藝要求，最通過研磨進一步提高其表面光潔度和降低形狀公差。

2.3 靜壓軸承的日常使用和維護建議

（1）一定要保證靜壓油的清潔，使用一年后應更換主軸油和粗精濾芯（精度等級10um，控制在5um更好）。

（2）補充油時一定要經過精密過濾。

（3）更換主軸皮帶輪時，一定要在泵站工作的狀態下進行。即主軸在靜壓油浮起的狀態下進行。這樣不損傷主軸和動靜壓軸承。

（4）砂輪主軸工作前觀察泵站壓力和磨頭靜壓是否在規范范圍內。

（5）設備停機時，一定要先停掉磨頭電機，待砂輪停穩后，再關掉泵站，否則容易損傷磨頭。

（6）換泵站上的任何零部件，一定要先卸掉高壓進油軟管接頭，更換完零件后，油路自我循環15～20min后方可將進油管接上磨頭，這樣就保證了進入磨頭的主軸油是經過精過濾的超潔凈主軸油。這樣做可以延長靜壓主軸的使用壽命。

3 進口設備常見維修備件國產化實例介紹

靜壓軸承的國產化的研制只是國產化的一個著眼點，在進口設備的實際運行維護中，機械備件的損壞主要體現在易損備件上，如絲杠、滑塊、軸承、軸體、輥道、回液泵、支撐板、支撐銷等，像軸承類涉及精度以及壽命要求，國產軸承與歐美以及日本的產品比較還是有很大的差距，主流產品如SKF、INA、FAG、NSK等，不建議替換。下面是我們在實際工作中的幾個國產化實例介紹。

3.1 絲杠

絲杠在實際使用中有幾個參數是我們主要考慮的，絲杠的精度、螺母安裝尺寸、兩端軸頸及鎖緊件尺寸、承載強度，其次就是螺紋的頭數和滾珠循環方式。我們在實際工作中采用南京工藝裝備公司的產品，絲杠有兩種功能，一種用于傳動，精度要求低，國產替代完全可行。另一種屬于定位絲杠，精度要求高，在國內精度等級能夠達到P2等級。在我們工作中，普通的加工中心P4級精度就可以滿足要求，對一些精密磨床采用P3等級。滾珠循環方式可以采用內滾道和外滾道兩種，對于多頭采用內滾道循環的，由于結構緊湊，承載力要大，在國內相對而言制作就比較困難了。根據安裝空間的要求選擇自己需要的產品。至于兩端軸頸和螺母法蘭的加工精度就目前國內機加工的能力隨處都可以加工。所以對于發動機加工設備的絲杠國產化率能達到70%以上。

3.2 回液泵類國產化

我國泵類產品分通用泵和專用泵兩大類，新中國成立至20世紀80年代，隨著我國工業的發展，制造和應用各類型的泵已經形成，諸如農業排灌泵、給水排水泵、礦山泵、采油泵、機床冷卻液泵等，受當時技術和生產條件所限，多數泵的體積偏大，功效低，能耗高。但這些泵耐用、通用性較好，介質可以是水也可以是油，冷熱不分。通俗叫作通用泵，近30年隨著社會經濟和科學技術的發展，水泵技術隨之發展，我國機械加工制造業引進許多國外現代化生產線等重要裝備，由于它的結構、外形、安裝方式、進出口方位等都是按機床整體要求來進行設計的，稱為機床專用泵，國內的通用泵配不上，機床專用泵與我國現行通用泵相比，設計和制造質量有許多不同，通用泵用來抽送沒有腐蝕、不含氣體、不含雜質的液體。而機床專用泵需要輸送含有金屬鐵屑的冷卻液，泵體和葉輪受磨損嚴重，其材料也不能用普通鑄鐵，須選用合金鑄鐵、耐磨鑄鐵或鑄鋼。另外，受結構影響一般結構都設計精巧，泵體只能采用精密鑄造，不能砂鑄。合金鋼件還必須進行熱處理，加工工藝復雜，產品質量要求高。

目前，我們對機床回液泵采用國內浦江泵業產品替代，安裝方式、安裝空間、機械性能、流體性能、壽命都能很好地滿足要求，更重要的是可以購買易損件進行零件更換維修，對今后的維護成本有很大的幫助，同時售后服務也能得到很大的保障。

3.3 機械零件國產化

在設備實際運行中，傳動件以及定位元件都存在不確定的磨損或損壞，這些零件如定位銷、定位塊、定位卡爪、傳遞軸、傳動齒輪、靜壓軸承套等。從設備原產家購買周期長、價格貴。國內的機械加工都不存在問題，主要是國外一般都不提供詳細的圖紙，關鍵在于產品的測繪和材料的選擇以及熱處理、加工過程中的質量保證。通過我們10余年的實際經驗，這些工作完全可以實現國產自主化。

4 結語

在10余年的設備備件國產化和同質化替代過程中，通過科學的分析和大膽的嘗試，很好地解決了備件進口價格高、供貨周期長的難題，更重要的是培養了設備維護工程師的技術能力和研究興趣。隨著我國制造能力的進步，設備備件的國產化范疇會越來越廣，質量也會越來越好，也會帶動我國機床行業新的發展模式和突破。