泥漿泵用大型圓柱滾子軸承保持架的改進

趙紅霞，武鵬彪，呂國新

（西北軸承股份有限公司，寧夏 銀川750021）

泥漿泵用大型圓柱滾子軸承保持架的改進

趙紅霞，武鵬彪，呂國新

（西北軸承股份有限公司，寧夏 銀川750021）

對泥漿泵用大型圓柱滾子軸承插方孔保持架的結(jié)構(gòu)特點及裝配中存在的問題進行了分析, 改進了保持架的兜孔設(shè)計，由原來的鉚釘限位滾子改為保持架兜孔自鎖滾子， 解決了傳統(tǒng)裝配工藝帶來的不足 ,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

泥漿泵：大型圓柱滾子軸承; 保持架 ; 兜孔; 鎖量

1 前言

隨著現(xiàn)代鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，對泥漿泵的性能要求更高，隨之對泥漿泵軸承的性能也就有了進一步的要求。圖1是大型圓柱滾子軸承裝配圖，此類軸承被安裝在石油泥漿泵上，整機在野外作業(yè)，轉(zhuǎn)速在120 r/min,重載，連續(xù)工作，工作溫度一般在40～80℃之間。為了能更好地適應(yīng)市場的需求，我公司對所生產(chǎn)的泥漿泵系列軸承進行了部分優(yōu)化設(shè)計，如對保持架的結(jié)構(gòu)進行了改進。鉚釘進行鉚合。滾子的凹穴深8mm，凹穴直徑φ7.5mm，鉚釘直徑φ5mm，在兜孔面鉚釘露出6mm。當把軸承內(nèi)套裝好后，在軸承徑向方向滾子會受到內(nèi)滾道、外滾道的限位，滾子在兜孔中的最大位移量是0.6mm，滾子的凹穴內(nèi)徑對鉚釘不會產(chǎn)生剪切力，因此鉚釘不會折斷，不會造成

圖1 泥漿泵用大型圓柱滾子軸承裝配圖

2 改進前保持架結(jié)構(gòu)及加工中存在的問題

2.1 改進前保持架結(jié)構(gòu)

圖2為該軸承的保持架，整體結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)一致，機械性能可靠，工作性能穩(wěn)定。在裝配過程中，先將保持架放入外圈，再將滾子由保持架內(nèi)徑方向裝入保持架兜孔中，分別裝入兩面軸承早期失效。鉚釘將保持架與滾子連接時，鉚釘孔是加工在滾動體的回轉(zhuǎn)中心上，并且是在每個兜孔的中心對稱部位。當把滾子裝入兜孔中，鉚釘孔與滾子的凹穴在一條軸線上，鉚釘能夠順利裝入。在鎖緊鉚釘孔時，會在保持架與平臺間加一環(huán)形襯墊，這樣鎖緊鉚釘保持架兜孔處雖然會產(chǎn)生輕微變形，但是，經(jīng)過裝配鎖緊后滾子轉(zhuǎn)動靈活，符合工藝設(shè)計要求，因此一般來說會忽略鎖緊鉚釘時引起保持架發(fā)生的這種輕微變形。

圖2 改進前保持架結(jié)構(gòu)

2.2 加工中存在的問題

2.2.1 產(chǎn)品搬運對質(zhì)量的影響

該保持架在加工過程中工序繁瑣，勞動強度大，每道工序都依靠手工操作機床，其加工工序為：鑄造毛坯→粗車內(nèi)外徑→細車內(nèi)外徑、倒角→細車切離→細車平切離面、倒角→劃線→粗鉆兜孔→粗銑兜孔→精銑兜孔→插兜孔圓角→銑油槽→鉆鉚釘孔→鉆鉚釘沉孔→打毛刺→噴砂→涂油、包裝→入庫。保持架在加工過程中要進行多次搬運，此類產(chǎn)品直徑在600～980mm之間，粗車毛坯重量在30～80kg之間，產(chǎn)品的材質(zhì)是ZCuAL10Fe3（鋁青銅）。多次搬運增加了工人的勞動強度，在搬運過程中極易出現(xiàn)碰卡傷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。為了達到產(chǎn)品外觀質(zhì)量，必須打磨產(chǎn)品碰卡傷表面，造成部分表面過多地被打磨，嚴重影響了產(chǎn)品尺寸的精度，有可能成為影響軸承回轉(zhuǎn)精度的潛在因素。

2.2.2 某些工序影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因

（1）粗鉆孔工序。在產(chǎn)品的每個兜孔要進行粗鉆孔，在同一兜孔內(nèi)粗鉆孔大小不同，操作者要多次調(diào)整鉆孔位置，更換鉆頭，以便給粗銑工序留的銑削量最小，多次裝卡增加員工的勞動強度，多次調(diào)整產(chǎn)品裝夾位置，鉗口會留有細微銅屑，造成端面夾傷。

（2）粗銑兜孔工序。在加工產(chǎn)品時，操作者不停地轉(zhuǎn)動銑床徑向進給手柄和軸向進給手柄，每銑一個兜孔都要松開、夾緊保持架一次，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成以后的產(chǎn)品變形，同時，工人勞動強度大，每班次可銑保持架3件，生產(chǎn)效率低。

（3）精銑兜孔工序。與粗銑兜孔工序相同，只是重新?lián)Q一臺銑床，存在的問題也相同。

（4）插兜孔圓角工序。插每一個兜孔圓角，操作者都要同時移動徑向進給手柄和軸向進給手柄，兩手同時進行操作，以手動形式把握進給量，每一個兜孔有四個圓角。每個兜孔都要松緊保持架四次，在插削加工過程中，保持架受到插刀的沖擊力較大，所插的部位粗糙度達不到工藝設(shè)計要求。另外，加工完一個保持架后，保持架整體變成多邊形的形狀，造成保持架幾何形狀發(fā)生改變，為確保保持架內(nèi)外徑同軸，還必須進行整圓，增加了工作量。

（5）鉆鉚釘孔工序。保持架經(jīng)以上多次工序加工后，需進行整圓，整圓后也存在著變形，原兜孔尺寸垂直度也發(fā)生改變，還必須上銑床重新精銑一次兜孔，經(jīng)人工整圓后，再加工鉚釘孔尺寸至工藝要求。但是，放置一段時間后，原來機械加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放，保持架又恢復整形前的幾何形狀，幾何形狀改變使鉚釘孔的中心徑尺寸隨著發(fā)生了改變，在組裝軸承時鉚釘與滾子凹孔發(fā)生接觸，滾子會磨損鉚釘造成軸承失效。

3 保持架結(jié)構(gòu)及工藝的改進

改進后的保持架結(jié)構(gòu)見圖3。根據(jù)原保持架結(jié)構(gòu)及加工工藝存在的問題，對原保持架的結(jié)構(gòu)進行改進，去掉鉚釘孔，在保持架兜孔上自帶鎖量，組成外組件，依靠保持架自帶鎖量對滾動體進行徑向限位，控制滾動體的回轉(zhuǎn)中心。當保持架去掉鉚釘孔時，滾子的凹穴不用加工，減少滾子加工工序，鉚釘也不用加工，從而大大降低了整套軸承的加工成本。同時，可減少保持架加工工序，減少搬運，避免了潛在的質(zhì)量問題。重新設(shè)計加工工藝路線：鑄造毛坯→粗車內(nèi)外徑端面→精車內(nèi)外徑端面切離→銑成形兜孔→去毛刺→噴砂→涂油包裝→入庫。根據(jù)新的工藝設(shè)計要求，此類產(chǎn)品在數(shù)控加工中心上進行加工，裝有輔助夾具，加工出的產(chǎn)品等分均勻，產(chǎn)品變形量微小，能夠確保產(chǎn)品的尺寸精度。加工中心加工出的產(chǎn)品，鎖量工藝尺寸穩(wěn)定，便于裝配，保持架引導更加順暢，回轉(zhuǎn)更加靈活。對滾子進行限位鎖緊，滾子在保持架的兜孔中徑向自由浮動，給滾子更多的徑向自由移動量。保持架有輕微變形，滾動體能夠自動移到回轉(zhuǎn)中心位置不影響軸承的回轉(zhuǎn)。保持架兜孔部位改成圓角，可消除直角時因應(yīng)力集中的潛在的不利因素，使保持架的幾何精度更加穩(wěn)定。

重新設(shè)計工藝，以銑代插，銑出的保持架兜孔內(nèi)表面粗糙度等級進一步提高，以減小保持架與滾動體之間的摩擦力，達到產(chǎn)品設(shè)計要求，減小各兜孔之間的加工誤差，使軸承受力分布更加均勻。一次裝夾完成兜孔所有的工藝尺寸的加工，減小保持架的變形、多次裝夾及搬運所造成的碰卡傷，減輕工人的勞動強度，縮短加工工期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖3 改進后的保持架結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

通過對泥漿泵用大型圓柱滾子軸承整體保持架的結(jié)構(gòu)改進，減少保持架的加工工序，縮短了加工周期，避免了保持架在多工序加工中的變形量，使保持架能夠按設(shè)計的要求控制滾動體的轉(zhuǎn)動中心，以及自由轉(zhuǎn)動量。滾動體受力均勻，引導保持架轉(zhuǎn)動，使軸承回轉(zhuǎn)更加靈活，保持架對滾動體徑向限位更加可靠，使軸承的使用壽命更加穩(wěn)定，提高軸承產(chǎn)品質(zhì)量，帶來顯著的經(jīng)濟效益。

（編輯：王立新）

Improvement of large cylindrical roller bearing cage used for mud pump

Zhao Hongxia,Wu Pengbiao,Lv Guoxin
(Northwest Bearing Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,China)

Through analysis of the structure characteristics of large cylindrical roller bearing cage used for mud pump and the existing problems in the assembly, design of cage pocket was, improved , from the original rivet limit to the roller to keep the cage pocket hole self - locking roller to solve the problem of traditional assembly process, and improve the quality of products. Key words: mud pump; large cylindrical roller bearing; cage; pocket; locking amount

TH133.33+2

B

1672-4852（2015）04-0005-02

2015-10-23.

趙紅霞（1982-），女，工程師.