TUNKERS輥床凸輪結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)

吳詩強 張義華

摘 要：維持企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)，常規(guī)意義上的保養(yǎng)和更換，無法從根本上解決潛在隱患或不適應(yīng)于本單位工況的設(shè)計不足。本文主要通過TUNKERS輥床凸輪結(jié)構(gòu)的分析與改進(jìn)。闡述針對性油路設(shè)計的可行性和必要性，給同類產(chǎn)品和設(shè)計提供思路和參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)卡;潤滑油路

背景

某焊裝車間某區(qū)域，全部采用德國進(jìn)口TUNKERS高速輥床作為白車身運輸平臺。共計百余套。投入運營后，多次出現(xiàn)輥床坍塌故障。造成了非常嚴(yán)重的設(shè)備停工和經(jīng)濟損失。

TUNKERS輥床，采用電機驅(qū)動，通過齒輪進(jìn)行傳動，使分度凸輪帶動凸輪從動件實現(xiàn)上升下降往復(fù)運動。進(jìn)而帶動輥床上升下降。其中，凸輪從動件作為主要的受力部件，承擔(dān)了輥床上升下降的載荷沖擊。從動件軸承在分度凸輪上反復(fù)滾動，成為主要的疲勞元件。

根據(jù)統(tǒng)計，在損壞的從動件中，我們發(fā)現(xiàn)90%的凸輪從動件軸承，存在油脂干涸，磨損過度，缺乏潤滑的現(xiàn)象。

1 表面現(xiàn)象

1.1 潤滑不良

在排除人為和環(huán)境因素后，我們將問題聚焦在潤滑不良導(dǎo)致。由于凸輪從動件軸承缺乏足夠和良好的潤滑，造成軸承在高速旋轉(zhuǎn)中，摩擦增大，熱量急劇上升。摩擦產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步改變軸承的強度，同時，高溫使?jié)櫥霈F(xiàn)燒結(jié)，固化。當(dāng)潤滑脂不足保護(hù)軸承，軸承的密封環(huán)相繼出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致外部雜質(zhì)進(jìn)入軸承。在長時間的運行中，形成惡性循環(huán)。最終，軸承出現(xiàn)損壞。由于軸承是凸輪從動件的受力件。在高速運行中，受到的沖擊載荷最大，最頻繁。同時，又是輥床上升下降的驅(qū)動件（圖中黃色部分），因此，軸承出現(xiàn)損壞，輕則造成設(shè)備異響和故障。嚴(yán)重則出現(xiàn)輥床坍塌。

2 原因分析：結(jié)構(gòu)因素

分別對凸輪從動件的軸和軸承進(jìn)行分析，軸承采用的是免潤滑設(shè)計。設(shè)計者根據(jù)要求工況，利用迷宮式密封將潤滑脂密封在驅(qū)動結(jié)合面，而其油脂又采用不易變質(zhì)的選型。這樣就可以在既定的工況環(huán)境下實現(xiàn)免潤滑免維護(hù)。其軸承為美國MCGILL公司MCYRD系列專門用于高速重載。在其他設(shè)備的應(yīng)用并未出現(xiàn)類似故障。

而反觀凸輪從動軸的設(shè)計，我們認(rèn)為有較大缺陷。從動件潤滑油路，采用油杯自動進(jìn)油，通過從動件底部直接連接從動件頂部，利用從動件的上升下降將油脂涂抹在分度凸輪和軸承外圈上，進(jìn)而實現(xiàn)潤滑。這樣的設(shè)計將軸承的潤滑完全依賴軸承本身。并未對其進(jìn)行冗余設(shè)計。造成設(shè)備可靠性降低。而整個凸輪從動件的油路只通過中間孔直接潤滑軸承外表面。并未對軸承內(nèi)部進(jìn)行潤滑和維護(hù)。進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)一步的設(shè)備損壞。

3 改進(jìn)方案

結(jié)合以上分析，我們可以看出，凸輪從動件的潤滑方式設(shè)計本身就存在較大的不合理。其不合理造成的因素，是由于設(shè)計過分依賴單個零件的可靠性。

實施方案，我們對油路進(jìn)行重新設(shè)計，充分利用原有軸承內(nèi)圈的潤滑孔，將凸輪軸進(jìn)行重新設(shè)計，使?jié)櫥吐废冉?jīng)過軸承內(nèi)部，然后，潤滑脂再在油壓的作用下被擠壓到軸承外圈上。這樣同時兼顧軸承內(nèi)部和外部的潤滑。

具體步驟，一，凸輪軸的外圈上車削出一圈厚度為1mm的潤滑槽（在軸承內(nèi)圈潤滑孔相配合的位置）。二、在潤滑槽上，沿徑向鉆削一個直徑為2mm孔，使其與原有的潤滑油路相連。三，我們將原有的潤滑油路端頭用焊接堵死（在早期試驗中，我們發(fā)現(xiàn)，由于原有油路路徑較大，油路無法進(jìn)入小孔，也無法在軸承內(nèi)部潤滑脂建立油壓）。

通過試驗，我們的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期意圖，即油壓直接通過2mm小孔和1mm潤滑槽進(jìn)入軸承內(nèi)部，最后由于油壓的存在潤滑脂被從密封環(huán)側(cè)擠壓出來（裝配到分度凸輪后，由于空間小便被擠壓到軸承上）。功能測試完成。

試驗步驟，由于凸輪從動件是主要受力件，在改進(jìn)后的凸輪從動件軸，在軸上進(jìn)行了開孔和開槽，一定程度上，降低了軸的強度，存在斷裂的風(fēng)險，可能造成輥床坍塌。于是我們利用CATIA 軟件對軸的受力進(jìn)行有限元分析，在同樣的載荷下（Z向施加10N_m2），受力區(qū)域并未發(fā)生改變，受力大小變化為2.4%（之前為371 N_m2開槽后為362 N_m2）.發(fā)現(xiàn)受力變化為2.4%.而一般的強度設(shè)計都是大于20%。因此，強度影響不大。理論上可以實現(xiàn)我們的改進(jìn)目的。

我們將其安裝到現(xiàn)場進(jìn)行測試。測試結(jié)果完全符合我們預(yù)期。

4 結(jié)論

（1）潤滑油路的設(shè)計，應(yīng)與實際使用工況相適應(yīng)。

（3）潤滑油路的設(shè)計，應(yīng)該優(yōu)先考慮運動部件潤滑，軸承外圈，滾動體都不能缺少潤滑。

參考文獻(xiàn)

[1] 張伯順，我國汽車制造業(yè)發(fā)展的新及其特點，上海汽車，2004（01）：90145

[2] TUNKERS 升降輥床產(chǎn)品介紹，上海德珂斯機械自動化技術(shù)有限公司.

作者簡介：吳詩強，男，1987年出生，航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院大專畢業(yè)。主要方向為機械改進(jìn)。

張義華，男，1988年出生，宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院大專畢業(yè)，主要方向為自動化設(shè)備。