錠子磨損分析及改進(jìn)方法

白尚志

(山西晉中三鑫紡織專件有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

錠子對紗線進(jìn)行加捻、卷繞，是以兩點(diǎn)為支承的細(xì)長回轉(zhuǎn)軸為主體的組合件，在粗紗機(jī)和環(huán)錠細(xì)紗機(jī)、捻線機(jī)上都有使用[1]。其以細(xì)長多錐的錠桿與錠盤組成回轉(zhuǎn)體，以軸承為上支承，錠底為下支承，承載著紗管作變載荷回轉(zhuǎn)運(yùn)動；在高速轉(zhuǎn)動過程中，由于錠桿與軸承、錠尖與錠底的接觸表面發(fā)生磨損，會導(dǎo)致錠子磨損失效[2]。因此，錠子質(zhì)量與紗線品質(zhì)、工作環(huán)境噪聲、生產(chǎn)效率等密切相關(guān)。

筆者選用2套4211型廢舊錠子為樣本，其使用時(shí)間為3 a、錠速為18 kr/min，通過對其外觀及磨損量等進(jìn)行觀察分析，結(jié)合陀螺旋轉(zhuǎn)規(guī)律，從錠子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向提出改進(jìn)方法。

1 錠子磨損調(diào)查

錠桿下端的錠尖60°圓錐臺的高度由3.2 mm磨損至2.5 mm，磨損量為0.7 mm；磨損時(shí)形成約90°的“肩膀”，肩膀以下磨損出φ0.7 mm～φ1.1 mm不等的小圓錐臺，俗稱“葫蘆頭”；圓錐下部(錠桿下端圓錐)磨損出1個(gè)新的圓錐，且直徑減小0.1 mm～0.3 mm；錠底錐孔(與錠桿圓錐配合的錐孔)磨損明顯，錐孔底部出現(xiàn)了1個(gè)與葫蘆頭形狀相似的凹坑或錐孔(見圖1)；其中1套廢舊錠子存在錠盤與錠座接觸并磨損明顯。

2 錠子磨損情況分析

2.1 摩擦磨損規(guī)律

1—錠座；2—錠桿。圖1 錠底錐孔磨損

兩個(gè)物體相互接觸且作相對運(yùn)動即可發(fā)生摩擦磨損，摩擦磨損與兩個(gè)物體的接觸面積、相對運(yùn)動的線速度以及正壓力相關(guān)；在接觸面積和相對運(yùn)動的線速度一定的情況下，正壓力越大則磨損越嚴(yán)重；當(dāng)保持相對運(yùn)動的線速度和正壓力不變時(shí)，接觸面積越小則磨損越嚴(yán)重；當(dāng)接觸面積和正壓力固定時(shí)，線速度越大則磨損越嚴(yán)重，反之則磨損會較緩慢；若相對運(yùn)動的線速度為零時(shí)，磨損為零或極其緩慢，有潤滑的摩擦則磨損情況即會減緩[3]。

2.2 陀螺旋轉(zhuǎn)規(guī)律

圖2 用手捻動陀螺在水平面上打轉(zhuǎn)

錠桿轉(zhuǎn)動和陀螺的旋轉(zhuǎn)相似，用手捻動陀螺旋轉(zhuǎn)后，其總是在水平面上打轉(zhuǎn)，如圖2所示。這是因?yàn)槭帜韯拥耐勇菔褂弥行木€總是不能與水平面相垂直，陀螺的下支承球面與水平面的接觸點(diǎn)偏離了陀螺旋轉(zhuǎn)中心線，因而接觸點(diǎn)的摩擦力方向改變，使陀螺在接觸點(diǎn)像車輪一樣向前滾動，不能停留在原地而總在打轉(zhuǎn)。

使陀螺在水平的紙面上旋轉(zhuǎn)，然后掀起紙的一邊以形成斜坡，當(dāng)掀起的斜坡接觸到陀螺時(shí)，陀螺不是順著斜坡F的方向滑到坡底，而是順著F′的方向移動(見圖3所示)；將紙圍成1個(gè)圈，便形成了1個(gè)鍋底狀坑，當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)到鍋底狀坑中時(shí)則會迅速跑出到坑外的平面上旋轉(zhuǎn)(如圖4所示)；如果在鍋底狀坑邊緣筑壁(如圖5所示)，將陀螺旋轉(zhuǎn)在此坑中，陀螺迅速跑到坑邊緣、貼著坑壁打轉(zhuǎn)，當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)，陀螺會跳過坑壁跑出坑外。其原因均與摩擦力和摩擦力方向有關(guān)。

圖3 陀螺在斜坡上運(yùn)動軌跡

圖4 陀螺在鍋底狀坑中旋轉(zhuǎn)軌跡

圖5 陀螺在鍋底狀坑邊緣筑壁旋轉(zhuǎn)軌跡

陀螺旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象表明，旋轉(zhuǎn)物體與靜止物體相接觸時(shí)，旋轉(zhuǎn)物體總是向著接觸點(diǎn)摩擦力的反方向運(yùn)動[4]。

2.3 錠子磨損原因分析

2.3.1錠子磨損原因

圖6為錠子設(shè)計(jì)的理想運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。錠桿順著圓錐狀錠底的斜坡滑到錐底最低點(diǎn)，錠尖中心最低點(diǎn)和錠底最低點(diǎn)的接觸為點(diǎn)接觸，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)該點(diǎn)的線速度為零。錠桿圓錐與錠底圓錐孔之間存在間隙，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相互不接觸，理論摩擦損失為零。

圖6 錠子設(shè)計(jì)的理想運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

根據(jù)舊錠子磨損情況和陀螺旋轉(zhuǎn)規(guī)律可知錠桿轉(zhuǎn)動時(shí)不是呈理想狀態(tài)，而是受錠帶沿周向的拉力、管紗和桿盤質(zhì)點(diǎn)偏移產(chǎn)生的徑向離心力以及圖4和圖5中錠桿、錠底接觸點(diǎn)摩擦力的作用下，錠桿偏離錠底中心，錠桿圓錐貼著錠底錐孔的壁搖擺旋轉(zhuǎn)。

如圖7所示，錠桿在搖擺旋轉(zhuǎn)時(shí)，錠桿轉(zhuǎn)動和錠桿搖擺旋轉(zhuǎn)的方向相反，錠桿和錠底初始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的真正接觸點(diǎn)為A點(diǎn)和B點(diǎn)，也是初始轉(zhuǎn)動時(shí)的接觸摩擦點(diǎn)，即產(chǎn)生磨損的起始點(diǎn)。

圖7 錠桿實(shí)際轉(zhuǎn)動狀態(tài)

初始摩擦磨損點(diǎn)(A、B點(diǎn))對于錠桿中心線，處于不同直徑的圓周上。錠桿同一轉(zhuǎn)速下，離中心近的地方線速低，離中心遠(yuǎn)的地方線速高；線速不同，磨損程度不同，即：線速低，磨損緩慢；線速高，則磨損加快。A點(diǎn)線速低，磨損較慢；B點(diǎn)線速高，磨損較快。當(dāng)線速低于錠桿使用材料的極限值(φ1.1 mm×π×18 kr/min=62 m/min)時(shí)，磨損極其緩慢。不同的磨損程度便產(chǎn)生了不同直徑的圓錐臺，因此圓錐臺直徑大小與錠桿轉(zhuǎn)速有關(guān)，錠桿轉(zhuǎn)速越高圓錐臺直徑就越小，反之則越大。

同時(shí)，考察使用情況相同的2套錠子，配合間隙小的1套，圓錐臺直徑為0.7 mm；配合間隙大的1套，圓錐臺直徑為1.1 mm，表明圓錐臺直徑大小還與錠桿圓錐與錠底錐孔的配合間隙有關(guān)。

錠桿的搖擺旋轉(zhuǎn)使錠桿順著圓錐狀錠底的斜坡爬上了一個(gè)高度H(見圖7)，錠桿圓錐與錠底錐孔的配合間隙越大則錠桿爬得越高。錠桿與錠底在圖7的A點(diǎn)不斷磨損，以至錠桿不斷下降，將錠底磨損出新的孔坑。H逐漸減小至0，之后繼續(xù)磨損直至錠桿整個(gè)下端面全面與錠底接觸磨損，隨著磨損的積累其接觸面積逐漸增大，壓強(qiáng)也隨之下降，則相應(yīng)磨損也越來越緩慢。

2.3.2錠桿搖擺旋轉(zhuǎn)的影響

錠桿搖擺旋轉(zhuǎn)是錠子產(chǎn)生摩擦磨損的主要原因，由錠底圓錐狀坑和錠桿圓錐與錠底錐孔之間存在的間隙引起，以致會出現(xiàn)錠子振動、鉆孔效應(yīng)、錠子能耗上升及潤滑困難等問題。

2.3.2.1錠子振動

錠桿搖擺旋轉(zhuǎn)是錠子的振動源。錠桿圓錐與錠底錐孔配合間隙越大，錠桿搖擺旋轉(zhuǎn)的幅度越大、產(chǎn)生的振動幅度越大。用于檢測時(shí)感到麻手和擺頭的問題，一方面來自錠桿彎曲所引起的振動，而最主要的振動則來自錠桿的搖擺旋轉(zhuǎn)。

2.3.2.2鉆孔效應(yīng)

錠桿定心旋轉(zhuǎn)時(shí)，錠尖頂點(diǎn)線速度為零；搖擺旋轉(zhuǎn)時(shí)，錠尖頂點(diǎn)作畫圈運(yùn)動；由于存在運(yùn)動速度，因而摩擦磨損就不可避免。搖擺幅度越大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度(即線速)越大。錠子運(yùn)轉(zhuǎn)初期，錠尖頂點(diǎn)與錠底并不接觸，以后隨著磨損而使錠桿下降，兩者才開始接觸磨損。頂點(diǎn)承受著桿盤、管紗的全部質(zhì)量，其接觸面積小、壓強(qiáng)大使磨損情況十分嚴(yán)重。與此同時(shí)，錠底中心處的磨損加劇，特別是錠底原材料中心疏松級別差時(shí)則抵抗不住錠尖圓錐臺的摩擦，從而產(chǎn)生錠尖鉆孔效應(yīng)。

2.3.2.3錠子能耗上升

錠尖錐角原來的60°圓錐臺被磨損出約90°“肩膀”，與錠底鍋底狀坑吻合，是由摩擦產(chǎn)生，此時(shí)錠子能耗會有明顯的上升；之后，磨損情況加劇、桿盤繼續(xù)下沉，以致錠盤與錠座開始接觸摩擦，錠子能耗急劇上升。

2.3.2.4潤滑困難

高速旋轉(zhuǎn)的物體上加潤滑油，油液總是從線速低的中心地帶被甩到線速高的外沿。潤滑油極少能進(jìn)入錠尖速度低的部位。特別是磨損后期，錠桿和錠底磨合至全面接觸，油液進(jìn)入該區(qū)域更加困難，其磨損形式多為接觸磨損，摩擦磨損加劇。

3 改進(jìn)措施

通過對錠桿與錠底的非正常磨損情況分析，應(yīng)變滑動摩擦為滾動摩擦，使錠桿定心旋轉(zhuǎn)、避免搖擺，錠桿旋轉(zhuǎn)使頂點(diǎn)真正實(shí)現(xiàn)線速度為零。為實(shí)現(xiàn)錠桿定心，可在錠底部位采用可插拔滾柱軸承；因?yàn)闈L柱軸承的接觸是滾動接觸、線速為零，可有效降低磨損，能夠長期保證錠桿的定心旋轉(zhuǎn)。

錠底面設(shè)計(jì)為平面式(如圖8所示)，其工藝性好、結(jié)構(gòu)簡單、潤滑液容易進(jìn)入底部區(qū)域。同時(shí)選擇更好更耐磨的材料作錠底，可有效避免錠底原材料中心疏松的缺陷。

圖8 平面錠底

4 結(jié)語

錠子長期使用中存在嚴(yán)重磨損問題，根據(jù)陀螺旋轉(zhuǎn)規(guī)律進(jìn)行分析說明錠桿的搖擺旋轉(zhuǎn)是錠子產(chǎn)生摩擦磨損的主要原因，由錠底圓錐狀坑和錠桿圓錐與錠底錐孔之間存在的間隙引起，從而造成錠子振動、鉆孔效應(yīng)、能耗上升及潤滑困難等問題。

在錠底部位采用與上軸承一樣的可插拔滾柱軸承，或錠底面設(shè)計(jì)為平面式，不僅工藝性好、結(jié)構(gòu)簡單、潤滑液容易進(jìn)入底部區(qū)域，而且能長期保證錠桿的定心旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)零線速，有效降低錠子磨損。