■ 四川中車玉柴發(fā)動機股份有限公司 （資陽 641300） 羅麗梅

1. M1380A曲軸外圓磨床特點及本次改造的主要任務

M1380A曲軸外圓磨床出廠于20世紀70年代初，是曲軸的主要加工機床之一，主要承擔著曲軸外圓精磨的加工任務。但是由于使用年限較久，磨床頭架結構設計相對落后，因而導致磨床運行不平穩(wěn)，精度問題比較明顯。在實際生產過程中，發(fā)現M1380A磨床加工出來的曲軸外圓出現直波紋的現象。影響曲軸出現直波紋的因素有很多，比如砂輪的選擇不合理、砂輪主軸軸承間隙不當等，但在維修過程中逐步排除其他可能之后，分析故障產生的原因發(fā)現，這不是單純的因為零件失效而產生的故障，而是由于磨床精度失準和結構設計不合理造成的，因此，這次的主要任務就是針對M1380A曲軸外圓磨床頭架不合理的地方進行相關改進，希望能消除加工出來的曲軸出現直波紋的現象。

對于磨床來說一般出現的是精度問題，精度問題是設備維修上最難找到故障根源和最難排除的問題，因為導致精度問題的因素有很多而且很難斷定產生地，故唯一的辦法就是從動力輸入端出發(fā)到動力輸出端，對整個結構進行分析、排除，通過反復不斷的分析、試驗和排除來解決精度問題。

2. M1380A床頭箱傳動結構分析

M1380A磨床改進前的頭架結構如圖1所示。

由圖1可以看出，M1380A磨床的傳動原理：由電動機提供動力，經皮帶輪8傳至皮帶輪5，皮帶輪采用的是普通V帶傳動，此傳動特點是當量摩擦系數大，工作面與輪槽粘附好，允許包角小、傳動比大和預緊力小。從這臺磨床性能和使用要求分析，普通V帶傳動是比較合理的。皮帶輪5帶動軸4轉動，軸4是由兩套單列圓錐滾子軸承支撐的，圓錐滾子軸承的特點是可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，其內外輪可以分離，組裝容易，間隙容易調整，亦可施加預壓，在這臺磨床中，由于各齒輪都是斜齒輪，斜齒輪在傳動過程中要受軸向力的作用，故整個傳動結構都使用圓錐滾子軸承，這樣就能保證各齒輪同時承受徑向和軸向載荷。然后，動力經由齒輪2傳至齒輪7，再經由軸13和齒輪14傳至齒輪10，最后齒輪10再帶動轉盤轉動，轉盤帶動工件轉動，在這一個過程中軸9是不產生任何動作的。

圖1 頭架改造前1、3、6、11、12.圓錐滾子軸承 2、7、10、14.齒輪 4、9、13.軸 5、8.皮帶輪

3. M1380A磨床問題分析過程及改進措施

頭架結構設計可能引起出現直波紋現象的原因無非就是傳動過程中傳動不平穩(wěn)和精度問題。因為影響機床精度的因素有很多，比如軸承精度、間隙問題、齒輪嚙合不完全、軸的精度或軸承發(fā)生點蝕，使軸承與軸之間接觸為點接觸，使運動不平穩(wěn)等等，很多小小的細節(jié)都能導致傳動不平穩(wěn)，因此需要耐心分析、查找和排除。

首先，從動力輸入端來分析。動力輸入端是電動機輸出的動力通過兩個皮帶輪將動力輸入到軸4，這里采用的是普通V帶傳動。首先全部重新更換V帶來檢查傳動平穩(wěn)性，發(fā)現直波紋現象無明顯改觀，因此排除V帶本身問題。再來分析帶輪與軸之間的配合性，主要包括孔與軸之間的配合以及鍵與鍵槽之間的配合，從裝配圖中可以看出，頭架結構中的齒輪和軸聯(lián)接、帶輪與軸聯(lián)接都是采用普通平鍵聯(lián)接，這種聯(lián)接方式的特點是鍵在鍵槽中固定良好，適用于高精度、高速或承受變載、沖擊的場合，所以這種聯(lián)接比較穩(wěn)固。對于軸與孔的配合，需要測量實際配合的公差是否在允許的范圍之內，檢查軸與孔是否有磨損，經檢查軸與孔的配合都還良好，也在公差范圍之內，所以排除此因素。其次，檢查皮帶輪的徑向跳動、振擺以及兩皮帶輪之間的直線度等問題，經檢查發(fā)現無明顯徑向跳動現象、無振擺以及兩皮帶輪直線度符合要求，故排除以上影響因素。最后，檢查皮帶的松緊程度是否符合要求，經檢查和調整，將皮帶調整到了合適的程度。經過以上所有檢查步驟后，再來試磨，發(fā)現直波紋現象無明顯改善，因此排除皮帶傳動影響因素。

然后，考慮軸4自身的精度、齒輪2與軸4之間配合情況。經檢查得知軸4精度達到了使用要求，沒有被磨損，軸表面粗糙度基本和原來一致，而且檢測其跳動也沒發(fā)生彎曲和扭曲，故排除。軸4與齒輪2之間同樣采用的是普通平鍵聯(lián)接，檢查其配合性也符合要求，試車檢測排除此因素。

用同樣的方法可以檢測軸13的精度，齒輪7、14、10與軸13、軸9之間配合情況，同樣發(fā)現都符合要求，故也排除這些可能。

接下來，需要檢查各軸承的精度、軸承之間的間隙以及潤滑情況。軸承自身精度是制造商的問題，我們只需要根據要求選擇合適的精度即可，這里的軸承一般都是經過合理的選擇才使用的，故不需再作選擇，只需在合適的地方選用軸承精度等級高一級的軸承即可。對于軸承間隙檢查，從結構圖中可以看出，整個傳動結構中選用的都是圓錐滾子軸承，因為傳動齒輪采用的都是斜齒輪，斜齒輪要承受軸向載荷的作用，因此選用圓錐滾子軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，選用合理。對于圓錐滾子軸承間隙的調整，從其特點可以知道：圓錐滾子軸承的外圈可以分離，安裝時可以通過調節(jié)外圈來調整軸向間隙和徑向間隙，根據結構圖分析可知：圓錐滾子軸承1、3、6和12的間隙調整都是通過調整軸承外的端蓋來調整軸承外圈，從而來調整軸承間隙的，但是兩套圓錐滾子軸承11無法進行間隙調整，在檢查過程中就發(fā)現由于這兩套軸承發(fā)生了磨損，導致齒輪產生軸向竄動，所以需要更換兩套圓錐滾子軸承，但是這樣并不能從根本上解決軸承間隙問題，為了更好地調整軸向間隙，考慮在兩套軸承11之間添加墊圈1來調整軸承間隙（見圖2），這樣就要求兩套軸承變換為背對背裝配，以便很好地調整兩套軸承之間的間隙，墊圈1的厚度是通過實際測量來確定的。

此外，從原結構圖中可以看出，齒輪10是單靠轉盤上的螺釘來固定的，在受軸向力的作用下，齒輪10會產生軸向的竄動，因此我們需要改進此結構。從圖2中可以看出，在這里加了一個帶有外螺紋的端蓋4來固定軸9的軸向移動和帶有內螺紋的端蓋3來固定軸承2的內圈，然后用銷子5將端蓋4與箱體聯(lián)接起來，這樣既能方便齒輪的拆裝，又能保證齒輪不會軸向竄動。

對于軸承的潤滑，機床廠家都有規(guī)定使用的潤滑產品，我們需要保證潤滑良好和潤滑的清潔度。

最后，著重考慮齒輪傳動本身的問題，即各齒輪之間的嚙合情況。

圖2 頭架改造后1.墊圈 2.圓錐滾子軸承 3.帶內螺紋的端蓋 4.帶外螺紋的端蓋 5.銷子

檢測齒側間隙。齒側間隙如果不當的話，會嚴重影響接觸精度，很容易造成輪齒斷裂，因此，對齒側間隙的檢測是相當必要的。檢測齒側間隙的方法有很多，比如：通過理論公式計算出公法線長度和跨齒數，再來跟實際測量出的公法線長度進行比較，或者用壓鉛的方法等。這里采用的是最基本最簡單的方法：固定一個齒輪然后轉動另一個齒輪，用百分表測出轉動齒輪的擺動量，即為兩齒輪的嚙合側隙。經檢測，測量出圖1中的齒輪10、14的側隙超過了使用極限，磨損較嚴重，所以應考慮更換措施，但是由于齒輪10制造成本較高而且制造困難，同時，因為變位齒輪能修復已磨損的舊齒輪，改善小齒輪的強度和傳動嚙合特性，能提高齒輪機構的承載能力，同時還可以避免根切現象，所以這里我們考慮將齒輪10、14成套修改為變位齒輪。

變位齒輪的設計計算過程如下所述。

由機床說明書中齒輪10和齒輪14的零件圖得知，齒輪10的參數為：z1＝22、mn＝6、αn＝20°、han*＝1、cn*＝0.25、β＝18°26′；齒輪14的參數為：z2＝66、mn＝6、αn＝20°、han*＝1、cn*＝0.25、β＝18°26′。

選擇傳動類型：由避免根切的最少齒數計算公式zmin＝17（1－x），得zmin＝17，所以z1＋z2＞2zmin，故可供選用的變位類型有兩種，即高度變位傳動和角度變位傳動中的負傳動。又因為齒輪5、6的中心距是不變的，所以考慮采用高度變位傳動類型。由高度變位傳動的優(yōu)點可知：小齒輪取正變位，提高了小齒輪齒根強度，減小了小齒輪齒面磨損，所以在這種傳動中，小齒輪采用的是正變位，大齒輪采用的是負變位，所以可知xn1＞0，xn2＜0。

接下來選擇兩個齒輪的變位系數：由高度變位傳動的特點可知，xn1＋xn2＝0，xn1＝－xn2≠0，所以xn∑＝0，查閱機械設計手冊分配變位系數得到：xn1＝0.3，故xn2＝－0.3。結合兩齒輪原零件圖已知參數和選擇的相關參數，計算兩齒輪的幾何尺寸，結果如附表所示。

齒輪14、齒輪10幾何尺寸計算結果表

根據以上參數繪制出變位齒輪的零件圖，如圖3、圖4所示。

將齒輪改變?yōu)樽兾积X輪之后，應該再來檢測變位齒輪的嚙合情況，采用著色法來檢測齒輪嚙合的接觸斑點。首先用紅丹來涂抹齒輪14，然后在輕微的制動下，使兩齒輪轉動3～4圈，再來檢測齒輪嚙合的接觸斑點情況，根據一般要求，這里的七級精度齒輪的接觸斑點在齒長方向的百分率應該為60%，沿齒高方向的百分率應該為45%，經過反復檢測和研磨，最終使兩齒輪的接觸斑點達到此要求。

經過此次改造，曲軸出現直波紋的現象明顯得到了改善，大大地提高了曲軸的加工精度。

4. 結語

機床改造是設備維護工作的重要組成部分，要做好設備維護工作，就要掌握好機床改造技術，要靠平時的經驗總結，需要我們多動腦、多動手去掌握好設備方面的每個細節(jié)問題。

圖3 變位齒輪14

圖4 變位齒輪10

[1] 機械設計手冊編寫組．機械設計手冊（中冊）[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1982．

[2] 濮良貴，紀名剛．機械設計[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[3] 東北工學院《機械零件設計手冊》編寫組．機械零件設計手冊（上冊）[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1983．

[4] 申永勝．機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社，2000．