立磨主軸裝置軸承游隙的測量研究與實踐

(中國第二重型機械集團公司 四川 德陽 618000)

一、引言

港陸EZZM58.3+3新型立磨是一種大型粉磨設備，磨產(chǎn)量160t/h，建成后將具備年產(chǎn)110萬噸礦渣微粉生產(chǎn)能力，為目前國產(chǎn)最大規(guī)格礦渣立磨，它集破碎、干燥、粉磨、分級輸送于一體，可將塊狀、顆粒狀及粉狀原料磨成所要求的粉狀物料，可廣泛應用于水泥、電力、冶金、化工、非金屬礦等行業(yè)。由于該項目與前期出產(chǎn)的立磨項目相比，不僅設計結構相對復雜而且裝配精度要求更高。其中“主軸裝置”部分，不僅是整臺立磨設備的關鍵核心部分，而且它的裝配質(zhì)量及進度直接決定著該項目的完工節(jié)點及交貨周期。特別是“B2雙列圓錐滾子軸承”在裝配過程中，需對其進行游隙的測量及計算，并通過修配“中間隔環(huán)”，最終滿足圖樣的各項嚴格技術要求。

二、軸承游隙的測量及計算方法

整個裝配過程完成以后，需對B2圓錐滾子軸承進行游隙測量。軸承游隙又稱為軸承間隙。是指軸承在安裝于軸或軸承箱時，將其內(nèi)圈或外圈的一方固定，然后未被固定的一方做徑向或軸向移動時的移動量，根據(jù)移動方向，可分為徑向游隙和軸向游隙。

在GB4604-93標準中，滾子軸承的軸向游隙共分五組—2組、0組、3組、4組、5組，且依次由小到大排列，其中0組為標準游隙，在通常情況下，均采用“0組”游隙來進行安裝修配。但是，在水泥廠的機械設備中,由于工作環(huán)境為：高溫、高速、低噪聲、低摩擦等特殊條件，所以軸承游隙的大小對軸承在工作中的壽命、溫升、噪聲及振動都有很大影響。為了使這類軸承能夠順利運轉,必須在裝配時將軸承工作游隙進行適當調(diào)整,從而保證軸承在工作中達到正常使用壽命。港陸EZZM58.3+3新型立磨“主軸裝置”上需要配置游隙的軸承為“FAG”提供的B2雙列圓錐滾子軸承，對于圓錐滾子軸承的安裝游隙來講，通常都是指軸向游隙，徑向游隙不進行配制[1]。

(一)軸承軸向游隙的測量方法

在測量B2雙列圓錐滾子軸承游隙前，需等待加熱后的磨輥輪轂冷卻到常溫狀態(tài)，再將其主軸裝置整體翻轉落于方箱上。

①在測量軸承游隙時，需將輥軸表面清理干凈，并在輥軸的外圓垂直面上安裝兩個帶磁性底座的百分表，位置按180°對稱安裝。

②將輥軸沿順時針及逆時針方向進行旋轉，在旋轉時需確保輪轂靜止不動，旋轉數(shù)圈。這樣不僅能使輥軸自動對中，而且還能讓B2雙列圓錐滾子軸承在重力的作用下，下列圓錐滾子的滾面與軸承外圈完全貼合，所有的竄動間隙都集中在上列圓錐滾子軸承(如圖1所示)上。待百分表數(shù)值穩(wěn)定后，將兩個百分表讀數(shù)“歸零”，最后將其位置在輪轂端蓋及輥軸上做好對應標記。

圖1 主軸裝置撐在方箱上B2雙列圓錐滾子軸承支的受力簡圖

③待以上步驟全部完成后，用行車通過輥軸將磨輥體整體平穩(wěn)吊起。并在輥軸保持固定不動的同時，按順時針及逆時針方向各旋轉輪轂數(shù)周，直到百分表完全靜止不動。這時，B2雙列圓錐滾子軸承在重力的作用下，上列圓錐滾子的滾面與軸承外圈完全貼合，所有的竄動間隙都集中在下列圓錐滾子軸承上(如圖2所示)，這時百分表的讀數(shù)就是B2雙列圓錐滾子軸承滾之與軸承外圈的實際竄動量，即軸承的實際游隙大小，同時記錄下百分表的實測數(shù)值。

若兩個百分表的讀數(shù)差值在0.05mm以內(nèi)，則數(shù)值為“真值”符合要求。若兩個百分表的讀數(shù)差值超過0.05mm，則可能是由于圓錐滾子軸承沒有完全到位造成，數(shù)值為“假值”。需重復以上步驟②③，直到獲得“真值”為止。

圖2 主軸裝置起吊后B2雙列圓錐滾子軸承支的受力簡圖

④最后，再將輪轂組裝件平穩(wěn)落于地平臺上。沿順時針及逆時針方向進行旋轉，待兩個百分表對準各自的標記時，它們的讀數(shù)應該再次“歸零”。

若百分表的讀數(shù)未“歸零”,則可能是軸承滾子沒有安裝到位造成，或是百分表在測量過程中產(chǎn)生了位移，從而使測量值不準確，需重復以上②③④所有步驟，直到百分表讀數(shù)“歸零”為止。

⑤以上步驟全部執(zhí)行完后，再重復執(zhí)行步驟③和④至少兩次以上，直到當前數(shù)值與之前所測數(shù)值出現(xiàn)相同為止，并在每次執(zhí)行完步驟③和④后，記錄好讀數(shù)差值。此時的數(shù)據(jù)就是圓錐滾子軸承的實際“軸向游隙”，并將測量結果取平均值。[2]

表1為三組“圓錐滾子軸承B2”所測量出的實測數(shù)據(jù)。

表1 三組“圓錐滾子軸承B2”所測量出的實測數(shù)據(jù)

根據(jù)以上表格數(shù)據(jù)可知，三組“圓錐滾子軸承B2”的軸向游隙為：#001=2.70mm、#002=2.73mm、#003=2.06mm。

(二)軸承游隙的選擇及中間隔圈的修配

1.軸承游隙的選擇：“軸向游隙”是圓錐滾子軸承的重要參數(shù)之一。不同大小的軸承游隙在機械產(chǎn)品運轉過程中所造成的影響也不同，其中影響最為明顯的是工作過程中的振動和噪聲以及軸承發(fā)熱和滾動體壞死。

港陸EZZM58.3+3新型立磨“主軸裝置”中的軸承是采用雙列圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承的組合配置方式。其中，圓錐滾子軸承作為固定端，承受來自輥套的軸向工作推力及徑向工作壓力，圓柱滾子軸承作為浮動端，只承受徑向工作壓力，不承受任何軸向工作推力。磨輥正常工作時，軸向的工作推力往往使雙列圓錐滾子軸承的兩列滾子受力不均勻，且工作狀態(tài)下立磨腔室內(nèi)的溫度也很高，工作時軸承外圈旋轉，內(nèi)圈靜止不動。因此，軸承外圈工作溫度往往會比軸承內(nèi)圈溫度高，導致外圈的熱膨脹量比內(nèi)圈大，所以圓錐滾子軸承的工作游隙比安裝游隙往往要大，這就加劇了圓錐軸承的雙列滾子所受載荷不均勻性，導致所有軸向載荷由一列滾子承受，另一列滾子不承受任何載荷的現(xiàn)象，最終一側內(nèi)、外圈出現(xiàn)有相互脫離的趨勢(如圖3所示)。根據(jù)以上對主軸裝置中的“B2圓錐滾子軸承”的工作環(huán)境及受力分析可知，為了避免在工作狀態(tài)下所產(chǎn)生的振動和沖擊對圓錐滾子的保持架造成損傷，則需要較高的軸向引導精度，所以需對圓錐滾子軸承進行預緊，我們在配制雙列圓錐滾子軸承B2的游隙時需采用“負游隙”，最后并通過計算和修配“中間隔環(huán)”來達到最佳安裝游隙。

圖3 圓錐滾子軸承工作時受力簡圖

2.中間隔環(huán)的拆卸：要配制出最佳的安裝游隙，就必須對中間隔環(huán)的厚度尺寸進行精確測量和修配。由于隔環(huán)是安裝在“雙列圓錐滾子軸承B2”外圈的中間位置，且軸承外圈與磨輥內(nèi)孔均為過盈配合，拆卸極為困難。若稍有不甚，就會導致軸承滾子劃傷或是軸承外圈損壞，從而降低軸承的使用壽命甚至報廢。因此，軸承隔圈的拆卸過程必須小心翼翼且有條不紊的進行，步驟如下：

11由于圓錐滾子軸承B2外圈與磨輥輪轂為過盈配合，且每臺份過盈量的大小均不相同，所以拆卸過程中的受力大小也就不同，為了避免在拆卸過程中損傷軸承外圈。因此，需制做專用拆卸工裝，其中之一如圖4所示。

圖4 拆卸工裝

22拆卸工裝制作好以后，將“主軸裝置”翻轉180度，放置于鑄梁平臺上，支墊平穩(wěn)，并將輪轂端蓋拆下。

33將“工裝隔環(huán)”用M12×60內(nèi)六角圓柱螺釘(GB/T70.1-2000)與圓錐滾子軸承B2的外圈把合緊固，貼合面需保證0.05mm塞尺不入。同時，在軸承外圈內(nèi)側周圈均勻布置滿干冰(所需干冰重量約為10公斤)，待干冰布置好后，再在磨輥輪轂1080mm孔口位置均部放置三個60噸螺旋千斤頂，并保證等高。

44用3根M30×600mm的“等長雙頭螺柱(GB/T953-88)”與工裝隔環(huán)上的3-M30螺孔進行旋合連接。擰緊后，再將“上支撐工裝”穿過3-M30×600mm螺柱落在千斤頂上，調(diào)整適當高度并調(diào)平后，并用M30螺母擰緊。

55待“拆卸工裝安”裝好以后，則可進行拆卸工作。在拆卸過程中，三個螺旋千斤頂作用在“上支撐工裝”上的力必須保持一致，否則就會由于受力不均勻，導致軸承外圈或軸承滾子受到損壞甚至報廢。

因此，在操作時不僅要確保三處螺旋千斤頂?shù)淖饔昧ν?，而且作用力的大小還需保證一致。所以，鉗工在每同時操作一次千斤頂后，都需用深度游標卡尺進行測量其移動量，并且在測量時需采用“米”字形多點測量法，從而確定軸承外圈的位移量是否均勻，若測量時發(fā)現(xiàn)所測數(shù)據(jù)出現(xiàn)有所偏差，則需根據(jù)實際情況進行局部施力調(diào)整，保證位移量一致。若軸承外圈與磨輥輪轂內(nèi)孔的過盈量較大，可在輥軸底部再設置一個60噸的螺旋千斤頂，增加一個向上輔助支撐力，最終確保軸承外圈及中間隔圈的順利取出。

3.中間隔環(huán)的修配：中間隔環(huán)的修配，是整個“主軸裝置”在裝配過程中最為關鍵的環(huán)節(jié)。其隔環(huán)厚度的修配量和修配精度直接決定著軸承游隙的大小及在工作中的使用壽命，因此，首先用外徑千分尺將所拆卸出的中間隔環(huán)厚度尺寸進行精確測量，測量時需采用“米”字形多點測量法，測量后記錄數(shù)據(jù)并計算出平均值，同時在隔環(huán)的一端面做上與圓錐滾子軸承B2相對應的標記，以便后序裝配時混淆導致錯裝，其數(shù)據(jù)如下：

表2 標記數(shù)據(jù)

其平均值為：#001=113.06mm，#002=113.03mm，#003=113.11mm。

接著，根據(jù)以上所測量出的“游隙實測值”、“中間隔環(huán)厚度實測值”以及“預緊量”，預緊量為-0.1至-0.15，取中間值為-0.125，最后通過公式計算出隔環(huán)厚度的修配尺寸(如圖5所示)，計算公式為：中間隔環(huán)厚度=隔環(huán)厚度實測值-游隙實測值-預緊量[5]。計算結果(即隔環(huán)實際配制尺寸)為：1#=110.235mm,2#=110.175 mm,3#=110.925 mm。[3]

圖5 中間隔環(huán)厚度修配示意圖

中間隔環(huán)厚度修配尺寸計算出以后，將零件擺放在平面磨床上對厚度尺寸進行磨削精加工，其尺寸公差需控制在±0.01mm以內(nèi)。

4.待中間隔環(huán)的磨削工序執(zhí)行完以后，將修磨后的中間隔圈，軸承外圈以及端蓋根據(jù)編號一一對應裝入磨輥輪轂中(在裝配軸承外圈時需用干冰冷凍30-40分鐘后再進行裝配)，裝配完以后需重復以上軸承游隙的測量步驟，最終確認安裝完成。

三、結束語

以上就是，港陸EZZM58.3+3新型立磨中關鍵部分“主軸裝置”的裝配及軸承游隙的測量計算方法。該方案的有效實施，不僅極大地提高了裝配質(zhì)量和安裝進度，而且也為后期裝配同類型的立磨產(chǎn)品累計了寶貴經(jīng)驗。

[1]卜炎，實用軸承技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]王先逵，機械裝配工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]羅繼偉，羅天宇，滾動軸承分析計算與運用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.