某精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承故障分析與對(duì)策研究

吳芳

（馬鞍山方圓精密機(jī)械有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

某精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承故障分析與對(duì)策研究

吳芳

（馬鞍山方圓精密機(jī)械有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

回轉(zhuǎn)支承屬于近幾十年來所興起的新型機(jī)械零部件，它能夠承受綜合載荷的大型軸承，工業(yè)實(shí)用性較高。本文主要分析了某軍工設(shè)備所安裝的精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩大及異響故障的原因并制定了解決對(duì)策。

精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承；故障分析；對(duì)策

精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承主要應(yīng)用于軍工、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能、醫(yī)療器械等，與普通回轉(zhuǎn)支承相比，其承載能力、使用壽命顯著提高。由于精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承加工工藝復(fù)雜且精密度高，出現(xiàn)故障后往往需要系統(tǒng)分析查找原因并制定解決方案。

1 故障描述

某軍工企業(yè)用于雷達(dá)的φ1000mm精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承，在安裝調(diào)試時(shí)出現(xiàn)力矩偏大，安裝時(shí)內(nèi)圈安裝螺栓完全緊固后，螺栓預(yù)緊力矩為280N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大或有死點(diǎn)，更換另一臺(tái)回轉(zhuǎn)支承安裝后沒有類似問題，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩在200N·m（設(shè)計(jì)值為低溫狀態(tài)不大于250N·m）以下。另有一臺(tái)φ1000mm精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承，在安裝調(diào)試中滾道接觸處轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出非周期性異常響聲，響聲隨著轉(zhuǎn)速提高增大。

2 故障復(fù)現(xiàn)

2.1 人工力矩試驗(yàn)

對(duì)安裝調(diào)試中出現(xiàn)故障的5臺(tái)精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承在沒有負(fù)載及螺釘預(yù)緊的情況下，采用拉力器進(jìn)行人工力矩測(cè)試，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩均不超過180N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無(wú)死點(diǎn)，符合運(yùn)轉(zhuǎn)力矩要求，其中有一臺(tái)在堵塞處有異響。

2.2 低溫力矩試試驗(yàn)

將故障回轉(zhuǎn)支承的外圈放置于低溫力矩試驗(yàn)臺(tái)上，并在外圈與試驗(yàn)臺(tái)安裝平面之間，三處近似等分地墊0.07mm厚紙片，用力矩扳手按280N·m的力矩?cái)Q緊試驗(yàn)臺(tái)和回轉(zhuǎn)支承的連接螺釘，檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，均小于200N·m。

內(nèi)圈、外圈均安放在工裝上，外圈緊固并在外圈上施加1t的壓力。采用彈簧稱拉動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)力矩。力矩范圍值為86～110Nm，均勻、無(wú)死點(diǎn)。

在外圈連接平面間近似等分三處墊上總厚度約為0.25mm的紙片，用力矩扳手按280N·m的力矩試驗(yàn)臺(tái)和回轉(zhuǎn)支承的連接螺釘，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承的運(yùn)轉(zhuǎn)力矩變化波動(dòng)范圍增大，基本上符合轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的要求。

隨著時(shí)間進(jìn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)力矩不平穩(wěn)，最大值為250N·m，最小值為183N·m，變動(dòng)區(qū)間范圍為67N·m。僅有一點(diǎn)變動(dòng)稍大，其余部分較平穩(wěn)。可見安裝面跳動(dòng)在0.2mm以上時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)力矩會(huì)有明顯變化。

通過對(duì)上下連接平面模擬不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，可知此次出現(xiàn)故障回轉(zhuǎn)支承在連接外圈安裝平面時(shí)，連接平面的平面度對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩有影響，但效果不顯著。若采用上下平面均用螺釘連接的情況，無(wú)論連接平面的平面度是否合格，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩均很大。

2.3 拆卸檢查情況

（1）外觀檢查。拆卸前進(jìn)行檢查，表面完整，空轉(zhuǎn)（無(wú)載荷運(yùn)轉(zhuǎn)）正常，齒部無(wú)磨損，表面淬火層完整，均符合要求。

（2）滾道內(nèi)部檢查。拆卸后，回轉(zhuǎn)支承滾道的表面粗糙度檢查結(jié)果為合格，僅有一臺(tái)異響，堵塞為后配加工，其余滾道表面粗糙度均符合要求。靜態(tài)下，把回轉(zhuǎn)支承放置于機(jī)床定位面上，檢測(cè)滾道接觸角處的圓跳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈跳動(dòng)普遍較大?？梢娀剞D(zhuǎn)在加工過程中工件變形較大，滾道圓度等級(jí)較低。

2.4 故障機(jī)理分析

（1）原材料及附件分析。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)原材料、鋼球、錫青銅隔離塊、潤(rùn)滑油、密封條等配件進(jìn)行檢測(cè)，材料成分、性能均符合設(shè)計(jì)要求。

（2）加工工藝分析。回轉(zhuǎn)支承外齒圈熱處理工藝通常對(duì)滾道淬火后，不進(jìn)行回火，待齒輪進(jìn)行淬火后再進(jìn)行整圈回火，效率較高。然而，零件淬火后有較大的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力存在，若不及時(shí)消除這些應(yīng)力，將形成應(yīng)力集中。對(duì)上述力矩大的故障件進(jìn)行拆卸并分別將工件在車磨機(jī)床上對(duì)滾道進(jìn)行校圓，結(jié)果顯示外圈滾道整圈跳動(dòng)基本在0.02mm以內(nèi)，而內(nèi)圈滾道跳動(dòng)在0.03～0.06mm?；剞D(zhuǎn)支承在立車需要用夾具進(jìn)行裝夾。傳統(tǒng)的立車裝夾方法是將回轉(zhuǎn)支承套圈工件平放在機(jī)床工作臺(tái)上，利用螺旋壓板機(jī)構(gòu)來裝夾內(nèi)孔（外圓）或者上端面的方式完成。一次只能完成內(nèi)孔或者外圓的加工。重新裝夾后需要再次校圓，兩次裝夾會(huì)加大加工過程中的累計(jì)誤差。經(jīng)過分析，φ1000mm精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈工件相對(duì)比較薄，工件在等高墊上加工時(shí)，容易受力不均勻，導(dǎo)致滾道變形，不能很好的保證其滾道圓度。

（3）滾道檢測(cè)方法分析?；剞D(zhuǎn)支承內(nèi)外滾道中心直徑采用測(cè)量桿進(jìn)行檢測(cè)，其原理見圖1。測(cè)量桿一端固定，另一端移動(dòng)，移動(dòng)部分連接百分表，帶復(fù)位彈簧，兩端通過鋼球與滾道接觸。測(cè)量前與游標(biāo)卡尺進(jìn)行校準(zhǔn)，確定測(cè)量桿的定形尺寸，再用測(cè)量桿檢測(cè)滾道中心直徑，通過百分表讀出滾道中心尺寸與該定形尺寸的代數(shù)差，該代數(shù)差與測(cè)量桿的定形尺寸之和即為被測(cè)滾道中心尺寸。滾道測(cè)量桿用游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)，而標(biāo)定的游標(biāo)卡尺本身精度等級(jí)偏低，影響滾道中心直徑的檢測(cè)精度。

圖1 回轉(zhuǎn)支承滾道中心直徑檢測(cè)原理

（4）質(zhì)量管理分析。通過對(duì)φ1000精密回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)質(zhì)量故障的問題，反映出在制造過程中質(zhì)量管理及技術(shù)支持上尚存在著疏忽，須進(jìn)行徹底關(guān)閉，在此類產(chǎn)品的制造過程中，須進(jìn)一步完善相關(guān)管理制度。

2.5 故障原因定位

通過對(duì)φ1000精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承的拆檢、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩試驗(yàn)、原附材料分析、加工工藝分析、滾道檢測(cè)方法分析以及質(zhì)量管理體系分析。對(duì)φ1000回轉(zhuǎn)支承故障原因定位分析如下：第一，滾道精度低是異響和力矩大的主因。第二，管理上存在不完善，存在疏忽。第三，滾道接觸角的圓跳動(dòng)精度控制不足。

2.6 解決方案

（1）優(yōu)化加工工藝。為了調(diào)整組織，使零件具有良好的加工性能和使用性能，將淬火后的零件及時(shí)地進(jìn)行回火。這樣才能保證在對(duì)滾道淬火之后的工序的加工具有很好的加工性能?；剞D(zhuǎn)支承內(nèi)外圈滾道在數(shù)控立車上加工，為了使工件在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上固定，可以采取3點(diǎn)、4點(diǎn)、6點(diǎn)、8點(diǎn)均布夾緊的方式。有文獻(xiàn)[2]研究表明：3點(diǎn)和4點(diǎn)裝夾熱變形誤差較大，6點(diǎn)和8點(diǎn)裝夾熱變形誤差較小，在滿足加工精度的條件下，選擇6點(diǎn)裝夾。

圖2所示即為設(shè)計(jì)的新型工裝，采用6個(gè)均布的專業(yè)夾具通過固定螺釘與立車工作臺(tái)相連，工件一次安裝定位夾具后，可以完成工件上端面和滾道面（內(nèi)孔面）的精加工，采用此種裝夾方式可以有效地減小變形及由于二次裝夾產(chǎn)生的誤差。

圖2 精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承新型專用夾具

（2）改進(jìn)滾道檢測(cè)手段。數(shù)字式滾道直徑檢測(cè)用測(cè)量桿校準(zhǔn)裝置（圖3），用于測(cè)量桿定形尺寸的比對(duì)校準(zhǔn)，工作平臺(tái)上的活動(dòng)擋板沿滾動(dòng)導(dǎo)軌在水平方向上移動(dòng)通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)，達(dá)到水平直線精密定位的目的。通過標(biāo)定光柵零位得出兩擋板間距，對(duì)測(cè)量桿定形尺寸進(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。

圖3 數(shù)字式測(cè)量桿校準(zhǔn)裝置工作

（3）改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量管理。在質(zhì)量管理及技術(shù)支持上尚存在著漏洞，須進(jìn)行徹底關(guān)閉，在此類產(chǎn)品的制造過程中，進(jìn)一步完善相關(guān)管理制度，強(qiáng)化過程控制。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承加工工藝復(fù)雜，出現(xiàn)故障后必須系統(tǒng)地從原材料、工藝、測(cè)量方法等方面系統(tǒng)分析查找原因，在保證原材料符合要求的前提下，優(yōu)化加工工藝，提升檢測(cè)水平是解決問題的主要方法。

[1]孫麗媛.機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2]汪世益，滿忠偉，方勇.回轉(zhuǎn)支承加工裝夾布點(diǎn)與熱變形誤差分析[J].建筑機(jī)械，2010,07：96-99.

[3]王志偉.基于直線電機(jī)和光柵測(cè)量系統(tǒng)的精確定位平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版）.2004.24(6).38~41.

U653.921

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