機械工程師論文投稿機床附件頭角接觸軸承

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　　[摘要] 成組角接觸軸承經常使用在精密回轉軸上，比如機床的主軸或附件頭內，當機床使用超出一定年限或由于其它原因引起軸承磨損后，其回轉精度就會下降，造成被加工產品尺寸超差或表面質量不合格。這里介紹一種用手感知角接觸軸承的間隙，用環形墊圈調節軸承預緊的方法，恢復機床附件的回轉精度。

　　[關鍵詞] 角接觸軸承 附件維修 軸承調整

　　1.附件頭當前工作狀態

　　公司于二零零九年購進的一臺落地式鏜床，雖然只使用了兩年，但主軸旋轉時，附件頭內有明顯的沙沙聲。用300毫米長“檢棒”檢查主軸跳動，跳動度竟然有0.25毫米之多。精銑平面時，被加工產品的表面留有明顯的刀紋，表面粗糙度不能達到加工要求;精鏜削φ220H7毫米孔，加工量0.5毫米，加工后孔內表面粗超度6.3以上，尺寸超差0.05毫米。這種種跡象表明，附件的主軸軸承已經出現問題，附件自身的精度已經不能再滿足加工需求，決定對該附件進行檢查維修。

　　2.附件頭結構分析

　　按照機床制造商提供的維修裝配圖，拆解附件頭，抽出附件頭的套筒，心軸和套筒的結構如圖1所示：

　　圖1套筒和心軸的裝配圖

　　軸承ABD為英國原裝成對角接觸軸承，軸承廠家按規定的預加載荷調整，成對成組制造出廠，用戶不需要調整即可安裝使用，三套軸承外圈整體標記有符號“∨”，用來指示其安裝方向和安裝順序。為使軸承能承受更高的軸向載荷，軸承AB的接觸角被選為25度，而且兩軸承串聯配對安裝，其載荷線平行，當機床加工時，兩軸承共同分擔心軸承受的徑向載荷和軸向載荷;軸承D相對軸承AB背靠背安裝，對軸承AB施加預加載荷，平衡心軸所受到的軸向力，限制心軸的軸向位移;C為軸承內外隔圈，通過調整內外隔圈的厚度差，改變軸承的預緊量。

　　軸承EF也為成對角接觸軸承，二者背靠背安裝，其載荷線軸向分開。可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，但每個方向上的載荷只能由一個軸承承受。這種配對方式是一種剛性相對較高的軸承配置方式，可承受傾覆力矩，在精密回轉軸上經常使用。這里EF的主要作用是確定主軸回轉中心，使心軸獲得更高的回轉精度。軸承不承受徑向載荷，所以軸承的接觸角選得比較小，為15度。

　　用千分尺檢查內外隔圈C的厚度，發現其厚度差為零，這是由于軸承ABD為成組角接觸軸承，其安裝后的預緊量為軸承生產商在出廠時指定預緊量。

　　3.檢查附件頭角接觸軸承狀態

　　在套筒拆下后，將其平放，手動旋轉心軸，發現軸承的“沙沙”聲更加明顯，可以聽到軸承滾子同軸承內外圈脫離的聲音;仔細觀察軸承，軸承外圈已經變黑，并有明顯銹蝕的痕跡，軸承內有殘余的切削液，潤滑脂已經乳化，滾子支架殘留的潤滑脂上粘有細小的鐵屑，因此可以斷定軸承已經進水;參考圖1中所示結構，將套筒與心軸分開，然后錐孔向下將心軸樹起放在操作臺上，用雙手扣住軸承ABD的外圈和外隔圈C，將其向上提起，可以感覺到軸承外圈在沿心軸軸線方向上有輕微的串動，用手推動軸承外隔圈，外隔圈可以隨意自由移動，沒有被壓實，因此角接觸軸承沒有被預緊。

　　再檢查圓螺母，圓螺母沒有任何的松動，軸承的內圈是緊實的。所以斷定附件頭的問題在于，軸承進水后軸承潤滑失效，繼續使用一段時間后，軸承磨損嚴重，使角接觸軸承失去預緊，導致附件的心軸回轉精度下降。當附件頭在加工過程中受到翻轉力矩時，心軸擺幅加大，直接影響到加工零件的加工表面質量。

　　用熱風槍將軸承快速烤熱，按照圖1中的安裝順序取下軸承。仔細清洗拆解后軸承，清除殘余潤滑脂和切削液殘留物，用細砂紙和除銹劑去除軸承毛刺和鐵銹，然后仔細檢查軸承的內圈外圈，和每一滾子。雖然軸承已經磨損，但各部分卻沒有任何的傷痕。考慮到附件頭軸承為英國進口原裝軸承，采購費用很高，而且軸承的訂貨、郵寄時間很長，會影響到生產進度，因此打算對這五套軸承的間隙重新檢測調整，再次利用。

　　4.角接觸軸承間隙的檢查與調整

　　角接觸軸承預緊的調整一般通過研磨隔圈，改變軸承內外隔圈的厚度差來實現，考慮到應避免在新軸承到來后對還須對隔圈重新研磨，不對原有隔圈做研磨處理，只在軸承與隔圈之間或軸承與軸承之間添加環形墊圈消除軸承間隙。

　　角接觸軸承的調整首先要確定角接觸軸承的間隙。間隙的測量有兩種方法：1，測量法調整，這種方法較精確，需專業的設備測算，而且操作繁瑣。因此只在專用廠家使用，在設備維修中，由于條件不具備，維修人員很少用;2，手動感覺方式調整，這種方法不需要測量儀器，只憑維修人員的實踐經驗來感知軸承內外圈預緊程度，確定內外隔圈的厚度差或者確定所添加薄片的厚度，這種方法在設備實際維修中應用的比較廣。

　　軸承的預緊程度取決于其承受的負荷和工作溫度。外界條件有差異，軸承的預緊程度在也會隨之有不同的變化。過重的預緊會造成軸承的磨損，過大的預留間隙會降低心軸的回轉精度，作為維修人員，檢測調整過程要仔細認真，處理好二者的矛盾。

　　這里采用的是第二種方法，具體步驟如下：

　　(1)準備檢測和調整過程所用的工具和耗材，主要有塞尺、圓規、剪刀、細砂紙、千分尺、丙酮、除銹劑和不同厚度等級的銅皮。

　　(2)首先，用丙酮將銅皮清洗干凈，然后把銅皮在桌面上鋪平，用膠帶粘牢。測量軸承外圈內外邊緣尺寸，用圓規在銅皮上劃圓，用剪刀剪下，做成環形墊片。主軸的回轉精度要求很高，所以對軸承內外隔圈的平面度和平行度的要求也很高，所以劃圓時應避開銅皮上的褶皺，并且剪刀應鋒利，墊片邊緣不留任何毛刺。用千分尺檢查環形墊圈各處厚度，選用厚度均勻環形墊圈。銅皮有多個厚度等級，可以做一系列環形墊圈備用。

　　(3)用千分尺檢查圖1中軸承內外隔圈C的厚度，發現軸承內外隔圈的厚度差為零(軸承ABD為成對角接觸軸承，這種軸承是軸承廠家按規定預加載荷成對成組制造出廠，用戶不需要調整即可安裝使用，所以其內外隔圈厚度相同)，為避免測量過程中，多零件疊加造成測量結果的累計誤差加大，在檢查調整軸承預緊時，暫時不考慮其存在。再次清洗軸承，特別注意用細砂紙、除銹劑去除軸承內外圈側面的毛刺和鐵銹，加工制作支撐環1、2，并選用角接觸軸承X，將軸承BD按照圖2中的順序擺放，如圖中所示。

　　(4)軸承DB外圈之間不墊入任何環形墊圈，用手向下按住軸承B內圈，意在消除軸承BD外圈之間的間隙，緩慢轉動內圈，另一只手食指觸摸軸承D內圈，感覺軸承D內圈隨軸承B內圈的轉動情況，會發現兩軸承內圈接觸緊實，說明兩軸承之間有間隙，需要在兩軸承外圈之間墊環形墊圈進行調整;

　　(5)同樣的方法，在軸承DB外圈之間墊入環形墊圈。如果兩軸承內圈接觸緊實，說明墊入的環形墊圈厚度不足，需要增加墊圈厚度進行調整;如果軸承D的內圈不隨軸承B內圈的轉動而轉動，說明所墊環形墊圈過厚，需要減少在兩軸承外圈之間環形墊圈的厚度;

　　(6)分多次操作，使得當按住軸承B內圈轉動時，軸承B的內圈剛好能借助兩軸承內圈端面之間的摩擦力，帶動軸承D內圈轉動，則軸承的間隙被調整到最佳狀態。最后得到軸承BD之間所墊環形墊圈的厚度總和為0.13毫米。

　　(7)軸承BD之間墊片厚度確定好后，再按圖3中的順序，將軸承A放到軸承B上，以同樣的方法，確定軸承AB外圈之間應該墊環形墊圈的厚度。最后得到軸承AB之間所墊環形墊圈的厚度總和為0.05毫米。

　　(8)調整墊片的厚度被確定后，將軸承用熱風槍烤熱，按照圖1中的安裝順序，將軸承ABD、隔圈C與心軸重新組裝到一起。安裝的過程中禁止捶擊，防止損傷軸的安裝表面，或者砸傷軸承。附件主軸一般中載工作，速度在800至1500轉/分鐘范圍，而且附件采用循環冷卻油冷卻，軸承的工作溫度在20度左右，因此，軸承內填充的潤滑脂選用復合鋰基脂。

　　閱讀期刊：《機械工程學報》

　　(半月刊)創刊于1953年，是由中國機械工程學會主辦、機械工業信息研究院承辦的機械工程類高學術水平期刊。本刊是中國機械工程領域的頂級學術刊物，主要報道機械工程領域及其交叉學科、新興學科、邊緣學科等領域具有創新性及重要意義的前沿基礎研究、應用研究的最新科研成果。