某船用大型可拆卸式滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)

吳靜波，朱發(fā)新，李玉樂(lè)

(浙江海洋大學(xué) 港航與交通運(yùn)輸工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

1 船用大型滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)介

滾動(dòng)軸承具有互換性好、加工精度高、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在船舶等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了防止保持架因振動(dòng)而產(chǎn)生松脫，目前滾動(dòng)軸承的保持架一般采用不可拆卸的鉚釘連接結(jié)構(gòu)[1]。

在晃蕩、潤(rùn)滑不良、濕度高、溫度高等惡劣的船舶環(huán)境條件下，滾動(dòng)軸承的零部件出現(xiàn)過(guò)度磨損、變形及疲勞斷裂等損壞時(shí)，只能整體更換該滾動(dòng)軸承，造成資源浪費(fèi)，運(yùn)行成本增加等[2-3]問(wèn)題。針對(duì)滾動(dòng)軸承存在的不可拆卸等缺點(diǎn)和不足，設(shè)計(jì)可拆卸式滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，尤其是針對(duì)船用大型滾動(dòng)軸承，具有一定的研究意義[4]。

船用大型滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架4部分組成，內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動(dòng)體是借助保持架均勻的將滾動(dòng)體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動(dòng)體均勻分布，引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起潤(rùn)滑作用[5]。

2 某船用大型可拆卸式滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求分析

針對(duì)傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承均采用不可拆卸的鉚釘連接情況，設(shè)計(jì)1種可拆卸的螺栓連接固定，具體設(shè)計(jì)要求分析如下。

1)要求裝置技術(shù)成熟、適應(yīng)性好。

2)要求裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)要求低。

3)裝置成本低，便于維護(hù)保養(yǎng)。

4)要求裝置有良好的綜合力學(xué)性能，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。

2.2 工作原理

圖1為用AutoCAD軟件設(shè)計(jì)出來(lái)的船用大型可拆卸式滾動(dòng)軸承的整體結(jié)構(gòu)圖，運(yùn)用了可拆卸式螺栓連接結(jié)構(gòu)，具體工作原理分拆卸和安裝2部分進(jìn)行展開。滾動(dòng)軸承在運(yùn)行時(shí)如果發(fā)現(xiàn)軸承有振動(dòng)、漏油或發(fā)出異響的現(xiàn)象，則說(shuō)明滾動(dòng)軸承受損，發(fā)現(xiàn)軸承受損后，可用拉馬或敲擊等方法取出。如軸承位于軸的末端，用小于軸承內(nèi)徑的銅棒或其它軟金屬材料抵住軸端，軸承下部加墊塊，用手錘輕輕敲擊，即可拆下。拆下后，用扳手取下保持架上的螺栓更換受損零件，如圖2所示。更換好后，安裝螺栓和滾動(dòng)軸承，使?jié)L動(dòng)軸承與軸配合。船用可拆卸滾動(dòng)軸承的具體拆卸、安裝方法如下。

1-外圈；2-滾動(dòng)體(球體)；3-可拆卸保持架；4-內(nèi)圈

圖2 螺栓連接式保持架結(jié)構(gòu)圖

1)拆卸。當(dāng)對(duì)軸上滾動(dòng)軸承進(jìn)行拆卸時(shí)，可采用三爪拉馬拆卸。拆卸時(shí)，將螺桿頂尖定位于軸端頂尖孔調(diào)整拉爪位置，使拉爪掛鉤在軸承外環(huán)，旋轉(zhuǎn)旋柄使拉爪帶動(dòng)軸承沿軸向向外移動(dòng)拆除。拆卸后，用六角扳手拆下可拆卸式保持架上的12個(gè)螺母，保持架便會(huì)松動(dòng)，取下滾動(dòng)體與左半保持架及右半保持架放入潤(rùn)滑油中，以免生銹和滲入雜質(zhì)，然后取下內(nèi)圈及外圈即可。

2)安裝。將內(nèi)圈整齊放到外圈里，內(nèi)圈先朝外圈內(nèi)側(cè)一邊緊貼放置，另一邊留下足夠的空間將球體放入，接著用分球器將鋼珠均勻分開。最后安放可拆卸保持架，將左半保持架與右半保持架對(duì)齊安置于滾動(dòng)體之間，分別安裝12個(gè)螺桿與螺母，再用六角扳手鎖緊。安裝好滾動(dòng)軸承后，可采用銅棒和手工鍾擊進(jìn)行安裝。安裝時(shí)，用銅棒沿軸承內(nèi)圈端面周圍均勻用力敲擊，切忌只敲打一邊或用力過(guò)猛，要對(duì)稱輕輕敲打，慢慢裝上，以免安裝傾斜擊裂軸承。

2.3 主要零部件

可拆卸式保持架。該軸承采用的是可拆卸式的左右兩半式保持架，由若干螺栓固定連接。滾動(dòng)軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，保持架要承受很大的離心力、沖擊和振動(dòng)，保持架和滾動(dòng)體之間存在較大的滑動(dòng)摩擦，并產(chǎn)生大量的熱量。力和熱共同作用會(huì)導(dǎo)致保持架故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成保持架燒傷和斷裂。因此，要求保持架材料導(dǎo)熱性好，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，有較小的密度，一定的強(qiáng)度和韌性的配合，較好的彈性和剛度與滾動(dòng)體相近的膨脹系數(shù)以及良好的加工工藝性能。

螺栓連接。螺栓連接時(shí)，若螺栓直徑過(guò)大，螺栓頭部會(huì)發(fā)生干涉，且容易使板料變形；反之，若螺栓直徑過(guò)小，則螺桿強(qiáng)度不足，致使螺栓數(shù)量增多，施工不便。螺桿直徑的選擇主要由板材厚度決定。連接長(zhǎng)度與螺桿長(zhǎng)度有直接關(guān)系，若螺桿過(guò)長(zhǎng)則容易彎曲；而螺桿過(guò)短則無(wú)法連接。連接長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)被連接件的總厚度、螺孔與螺桿直徑間隙及連接工藝方法等因素確定。因此，螺栓連接的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

3 三維實(shí)體建模及干涉檢查

3.1 零部件建模

打開UG三維建模軟件，新建“建?！卑婷妫粍?chuàng)建草圖，按相應(yīng)尺寸繪出基本草圖；退出草圖，利用“拉伸”“旋轉(zhuǎn)”“陣列特征”等實(shí)體建模功能作出三維實(shí)體；對(duì)作出的各三維實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算。圖3為滾動(dòng)體(球體)的建模，主要利用“陣列特性”功能；圖4為內(nèi)圈及外圈的建模，主要利用“旋轉(zhuǎn)”功能對(duì)草圖進(jìn)行實(shí)體建模；圖5為分半式保持架的建模，利用了“拉伸”等功能，再對(duì)其進(jìn)行“鏡像”；圖6為建成的保持架。

圖3 滾動(dòng)體(球體)

圖4 內(nèi)圈及外圈

圖5 分半式保持架

圖6 保持架

3.2 裝配體建模

裝配技術(shù)要求如下。

1)滾動(dòng)軸承標(biāo)有代號(hào)的端面應(yīng)裝在可見(jiàn)方向，以便更換時(shí)查對(duì)。

2)軸頸或殼體孔臺(tái)階處的圓弧半徑應(yīng)小于軸承上相對(duì)應(yīng)處的圓弧半徑。

3)軸承裝配在軸上和殼體孔中后，應(yīng)沒(méi)有歪斜現(xiàn)象。

4)在同軸的2個(gè)軸承中，必須有一個(gè)隨軸熱脹時(shí)產(chǎn)生軸移動(dòng)。

5)裝配滾動(dòng)軸承時(shí)，必須嚴(yán)格防止污物進(jìn)入軸承內(nèi)。

6)裝配后的軸承，須運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、噪聲小、工作溫度一般不宜超過(guò)65 ℃。

打開UG三維建模軟件，新建“裝配”版面；選擇已作出的三維實(shí)體零部件，將各零部件導(dǎo)入；利用“裝配約束”“移動(dòng)組件”“陣列組件”等關(guān)聯(lián)功能進(jìn)行裝配。圖7為按照裝配技術(shù)要求進(jìn)行的保持架裝配，圖8為總裝配圖。

圖7 保持架的裝配

圖8 總裝配圖

3.3 干涉檢查

構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生保持架與內(nèi)圈、外圈、保持架等之間相互干涉的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，對(duì)減少相應(yīng)的損失至關(guān)重要。

操作步驟如下：①打開已裝配好的三維實(shí)體；②點(diǎn)擊菜單，選擇分析選項(xiàng)條，簡(jiǎn)單干涉；③選擇需要檢查的對(duì)象，例如第一體為外圈，第二體為可拆卸式保持架；④如顯示無(wú)干涉面對(duì)話框，說(shuō)明外圈與可拆卸式保持架無(wú)干涉。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所作研究屬于前期理論研究，其設(shè)計(jì)的船用大型滾動(dòng)軸承是否可應(yīng)用到實(shí)船上，還需要進(jìn)一步論證，后期可從運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析、樣機(jī)生產(chǎn)及實(shí)船測(cè)試等方面作進(jìn)一步的研究。