重型臥車主軸軸承失效分析及改進(jìn)

關(guān)志偉

摘 要：本文對重型臥車主軸軸承失效原因進(jìn)行分析，并提出利用動靜壓混合作用技術(shù)改造主軸軸承的有效措施，提升機(jī)床的工作性能和工作質(zhì)量，以此來滿足加工工藝的發(fā)展要求，為改造同類型的重型機(jī)床提供參考性建議。

關(guān)鍵詞：重型臥車；主軸軸承；失效分析；改進(jìn)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.047

0 前言

在工作過程中，其主軸的加工轉(zhuǎn)速要比軸承受載負(fù)荷要求的臨界轉(zhuǎn)速要低得多，無法實現(xiàn)動壓潤滑，造成軸瓦的損壞，機(jī)床工作性能也就很難滿足人們對生產(chǎn)工藝的發(fā)展需求?；诖?，需要從機(jī)床主軸軸承失效的原因入手進(jìn)行軸承的改造。

1 改造前機(jī)床構(gòu)造分析

1.1 機(jī)床的構(gòu)造分析

機(jī)床主軸軸承結(jié)構(gòu)由主軸承、卡盤、軸瓦、推力調(diào)心軸承、推力球軸承、軸承主板以及金屬螺母等部件所組成。重型臥車的主軸承系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 機(jī)床主軸承工作原理

機(jī)床主軸承工作原理是靜壓抬起、動壓工作。即依靠靜壓抬起主軸，進(jìn)而啟動機(jī)床；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到工作需求時，靜壓供油系統(tǒng)關(guān)閉，此時機(jī)床的主軸承完全由動壓來承載。

1.3 軸承失效分析

滑動式軸承的承載能力公式：

式中ηtm代表平均工作溫度tm下的潤滑動力粘度；n代表軸轉(zhuǎn)速；D代表軸承直徑；B代表軸承的寬度；C為承載系數(shù)常數(shù)；Ψ代表相對間隙；P代表主軸承的承載能力。

根據(jù)式（1）進(jìn)行分析，當(dāng)主軸承的承載負(fù)荷越大，對其工件的轉(zhuǎn)速的要求越高。若采用緩進(jìn)磨削、強(qiáng)力磨削工藝時，加工速率均小于1.0 m/s，而工件直徑越大，導(dǎo)致其主軸的轉(zhuǎn)速降低。在這樣的工作條件下，若想滿足工作條件，主軸的實際轉(zhuǎn)速必須要比達(dá)到軸承受載荷時的臨界轉(zhuǎn)速要低，由此便不能實現(xiàn)動壓潤滑工作，使得主軸承處于半摩擦的工作狀態(tài)。

2 軸承改造工藝

利用混合式供壓作業(yè)的方式，可以實現(xiàn)陳舊設(shè)備的改造工程。其工作原理是在原先動壓軸承的受載負(fù)荷的基礎(chǔ)上，建立一個新的靜壓油腔，且靜壓油腔在設(shè)備運(yùn)行的過程中進(jìn)行不間斷性的供油工作，從而實現(xiàn)動、靜壓效應(yīng)的共同作用，形成承載主軸承負(fù)荷壓力的動、靜混合軸承。

這樣對設(shè)備主軸承進(jìn)行改造的好處是：當(dāng)動靜壓混合作用軸承運(yùn)行時，其主軸承的受載負(fù)荷是由靜壓和動壓共同承擔(dān)的，與此同時靜壓油腔在不停供油的情況下也會直接參與到承載過程中。相比未經(jīng)改造的設(shè)備而言，此次改造只是在原軸承的受載荷方向上建立了一個靜壓油腔，并且其主軸承的基本技術(shù)參數(shù)包括軸承的直徑（D）、寬度（B）、主軸的轉(zhuǎn)速（n）、軸承的半徑間隙（h0）等均保持不變，使得整個改造工藝簡單，實用性能強(qiáng)。

2.1 確定靜壓油腔位置

靜壓油腔放置在前軸承下瓦前端，可有有效形成不等封油面的軸承結(jié)構(gòu)；在設(shè)備運(yùn)行的過程中，由于靜壓油腔不斷供應(yīng)壓力，使得封油面動能較大，油膜剛度增加，潤滑油溢出油面，進(jìn)而提高軸承的剛韌度，同時也有效避免了由于油量過低導(dǎo)致設(shè)備液體元件規(guī)格“選擇難”的問題發(fā)生。當(dāng)主軸承在靜壓油腔的作用下，會大大促進(jìn)油流量的增加，從而增強(qiáng)主軸承的承載能力和剛韌性能。

2.2 配刮和確定軸承間隙

對主軸的加工精度進(jìn)行檢查和修復(fù)。由于主軸前后軸頸的圓柱度、同軸度的偏差范圍均小于0.01 mm，且主軸軸頸的頸向幅度也小于0.01 mm，導(dǎo)致其加工精度較高而不易采用特制研磨棒對軸承前后進(jìn)行研磨處理。

而采用主軸自身配刮前、后軸承內(nèi)孔，并實現(xiàn)主軸與軸承的接觸點8-12點/25mm×25mm的規(guī)格要求，其主軸前后軸頸的圓柱度、同軸度在誤差范圍內(nèi)也都小于0.01 mm，并且可以有效避免主軸形變問題的發(fā)生。在上述操作步驟的基礎(chǔ)上，選擇小型軸承間隙的同時并去掉一部分靠近卡盤前端前軸承下瓦，可以提高工作精度。在軸承間隙的配置上，按照0.000 4D（D為軸頸直徑/mm）進(jìn)行確定；并按照此規(guī)格對調(diào)整墊進(jìn)行重新配置。

2.3 確定靜壓油腔具體參數(shù)

在不損害軸承的動壓的前提下，為了最大化發(fā)揮靜壓油腔的的靜壓效應(yīng)，需要盡可能多的增大靜壓油腔的有效承載面積。采用周向雙油腔，可以保證兩各靜壓油腔形成中線夾角ξ = 17.5°，靜壓油腔的周向包角ɑ=25°。既有效避免了兩個靜壓油腔的相互干擾問題，又大大增加了各個靜壓油腔的有效承載面積，從而與動壓油腔形成主軸承的混合承載能力。

3 總結(jié)

實踐證明，經(jīng)過上述的改造措施，重型臥式車床在動靜壓混合軸承的作用下，可以成功運(yùn)行，并且其電動機(jī)的Max工作電流（Imax）僅為電動機(jī)額定電流40%。采用緩進(jìn)磨削工藝，其加工出來的零部件的表面粗糙度由原來的Ra6.3μm降低到了Ra0.8μm，工件的徑、軸雙向的幅度也都小于0.03 mm，其主軸承各項性能也都滿足重型臥車的承載能力大、工作效率高以及加工精度高的工作要求，基于本文對重型臥車的改造措施的探討，可以為改造同類型機(jī)床提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮超，賴朝華，王文靜.重型臥車主軸軸承失效分析及改造[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017（04）：126-128.

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