假捻器軸承齒輪壓配方法和工裝的改進

鄒友民，曹希新

(湖南長宏鍋爐科技股份有限公司，湖南 衡陽 421007)

1 問題描述

摩擦式假捻器軸承是高速彈力絲機上重要的器材之一，圖1為HN2452C-N1型假捻器主動輪軸承結(jié)構(gòu)示意。假捻器軸承主要由心軸、定位套圈、外圈、齒輪、傳動輪以及軸承內(nèi)部的鋼球、保持架、加油環(huán)和密封圈等組成。

1—心軸；2—定位套圈；3—外圈；4—齒輪；5—傳動輪。圖1 假捻器軸承結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)假捻器軸承齒輪采用手壓機壓配時，先將非成套的假捻器軸承心軸長端放進底座內(nèi)，手拿齒輪放置于假捻器軸承心軸短端上，再用手壓機預壓齒輪至齒輪與心軸端面平齊之后，用齒輪定位套將齒輪壓配到位。為防止齒輪松動，假捻器軸承心軸外圓與齒輪內(nèi)孔過盈配合，且二者間過盈量較大，壓配行程較長，用手壓機壓配時非常困難，效率低，操作工的勞動強度很大。因此，采用油壓機壓配，但因齒輪形狀比較復雜，無法直接在油壓機上裝夾，故必須先將齒輪用手壓機預壓到假捻器軸承心軸短端上后，將其長端放進油壓機底座內(nèi)，啟動油壓機，利用油壓機壓頭將齒輪壓配到位。使用此方法后，雖然大幅降低了操作工的勞動強度，但操作步驟復雜[1]，最糟糕的是壓配完畢檢測時，存在假捻器軸承心軸被油壓機壓彎變形，且部分軸承因壓配過程中外圈和心軸同時受力，致使溝道損傷，存在成套假捻器軸承噪聲超標的問題[2]。此外，用此種方法壓配合格率約為60%，且加工效率低，成本高，無法適應批量生產(chǎn)。因此，研究既能降低勞動強度，又能提高勞動效率和壓配合格率的改進方法尤為重要[3]。

2 改進方法

2.1 齒輪壓配工裝的設計

為了降低操作工的勞動強度，提高假捻器軸承齒輪壓配合格率及加工效率，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，必須用油壓機代替手壓機。但油壓機壓配齒輪時，因底座加工和裝配誤差、油壓機壓頭裝配誤差以及油壓機振動等原因，導致壓配過程中假捻器軸承心軸和外圈易同時受力，從而造成假捻器軸承心軸彎曲，成套噪聲超標等問題，導致軸承報廢。同時，由于齒輪外形比較復雜，無法簡單裝夾，只能先預壓，再進行油壓機壓配，為提高加工效率必須實現(xiàn)一次裝夾完成齒輪的預壓和定位。

經(jīng)大量實驗后，設計并制作出齒輪壓配工裝，如圖2所示。該工裝由壓配底座部分、假捻器軸承浮動裝夾部分及齒輪彈性裝夾部分組成。

1—定位塊；2—油壓機工作臺；3—底座；4—限位調(diào)節(jié)螺母；5—高度調(diào)整環(huán)；6—O型圈；7—浮動缸；8—浮動套；9—齒輪；10—彈簧；11—鋼球；12—連接螺母；13—油壓機頭；14—壓配頭；15—螺釘；16—套環(huán)；17—假捻器軸承。圖2 假捻器軸承齒輪壓配工裝結(jié)構(gòu)

2.1.1壓配底座部分由油壓機工作臺、定位塊及底座組成。安裝時，首先用手將定位塊的小端輕輕旋進油壓機工作臺的中心孔內(nèi)，再將底座大端中心孔套入定位塊的大端。

2.1.2假捻器軸承浮動裝夾部分由浮動缸、浮動套、3個O型圈、高度調(diào)整環(huán)及限位調(diào)節(jié)螺母等組成。安裝時，首先將其中2個O型圈分別裝入浮動缸孔里的密封槽內(nèi)，然后將浮動套按圖2所示，從浮動缸下端壓入。由于浮動套的外徑與浮動缸的內(nèi)徑為大間隙配合，間隙為1 mm，中間用2個O型圈過盈連接，憑借 2個O型圈的自動定心和彈性，使浮動套可在浮動缸內(nèi)徑向任意浮動，而浮動套的臺階可限制其軸向位置。其次，將第3個O型圈(確保浮動套在浮動缸內(nèi)軸向浮動)裝進限位調(diào)節(jié)螺母的臺階內(nèi)孔里，再將限位調(diào)節(jié)螺母擰到浮動缸的內(nèi)螺紋上。最后，將浮動缸小臺階外圓依次穿過高度調(diào)整環(huán)和底座的內(nèi)孔裝配，完成整個假捻器軸承浮動底座部分的組裝。

2.1.3齒輪彈性裝夾部分是由鋼球、彈簧、壓配頭、連接螺母、油壓機頭、螺釘和套環(huán)等組成。其中，壓配頭下端外圓上對稱均勻分布著4個小孔(完全鉆穿)，鉆頭夾角為72°，裝入一個直徑略小于內(nèi)孔的鋼球，鋼球不能完全穿過小孔，露出部分為1 mm。壓配頭的中心內(nèi)孔尺寸大于假捻器軸承心軸尺寸，其端面內(nèi)孔與齒輪的齒頂圓小間隙配合。安裝時，首先將連接螺母穿過壓配頭的大端外圓，再將4顆鋼球和4根彈簧依次裝進壓配頭對稱均勻分布的4個小孔內(nèi)，然后將套環(huán)套入壓配頭的臺階外圓上。擰緊對稱分布的2個螺釘，最后將壓配頭用于定位的小外圓臺階滑進油壓機頭內(nèi)孔里，擰緊連接螺母，即可完成整個齒輪彈性裝夾部分的組裝。

2.2 齒輪壓配工裝設計原理

假捻器軸承采用浮動裝夾，可以很好地避免傳統(tǒng)剛性裝夾時假捻器軸承心軸承受過大的軸向力而出現(xiàn)彎曲變形的問題。同時，由于浮動套可在O型圈的作用下自動定心，且能在徑向和軸向全方位浮動，有效避免假捻器軸承齒輪壓配過程中，心軸和外圈同時受力而造成軸承溝道損傷問題[4]。此外，齒輪采用彈性裝夾，可有效自動定心夾緊，避免壓配過程中齒輪意外掉落，從而實現(xiàn)一次裝夾完成齒輪的預壓和定位，減少加工工序，提高加工效率。

2.3 齒輪壓配工裝使用方法

新設計齒輪壓配工裝的使用方法如下：首先將假捻器軸承心軸長端朝下，放至浮動裝夾的浮動套內(nèi)，心軸長頭端面與定位塊端面平齊，心軸短頭在O型圈和浮動套的浮動作用下自動定心，心軸軸線與壓配頭的內(nèi)孔軸線對齊。然后將齒輪裝進壓配頭端面內(nèi)孔里，齒輪的齒頂圓在彈簧和鋼球的作用下自動定心夾緊。啟動油壓機，壓配頭在油壓機頭的帶動下自行下壓，將齒輪壓配至假捻器軸承齒輪裝配位置，根據(jù)齒輪裝配位置的不同，只需更換不同規(guī)格的高度調(diào)整環(huán)即可。齒輪壓配到位后，松開油壓機開關，壓配頭在油壓機頭的帶動下自動上行，齒輪假捻器軸承壓配完成后取出，更換非成套的假捻器軸承和齒輪即可連續(xù)壓配。

3 結(jié)語

新的齒輪壓配工裝，利用彈性裝夾原理裝夾齒輪和浮動裝夾原理裝夾假捻器軸承，并利用其自動定心功能以確保齒輪軸線與假捻器軸承心軸軸線自動對齊，避免假捻器軸承心軸在壓配過程中彎曲變形；同時由于浮動套可以在浮動缸內(nèi)軸向和徑向自由浮動，可以避免假捻器軸承心軸和外圈同時受力，從而確保假捻器軸承溝道不受損傷。

通過改進假捻器軸承齒輪壓配方法及新齒輪壓配工裝的使用，后續(xù)批量加工的HN2452型假捻器軸承齒輪壓配效率是以前的4倍，大幅減輕了操作工的勞動強度。經(jīng)檢測，假捻器軸承的噪聲和心軸跳動合格率超過99%，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。改進后的齒輪壓配工裝結(jié)構(gòu)合理，調(diào)整及操作方便快捷，加工效率得到提高。

參考文獻：

[1] 陳宏鈞.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 姚穆.紡織材料學[M].3版.北京：中國紡織出版社，2009.

[3] 《機修手冊》第3版編委會.機修手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

[4] 成大先.機械設計手冊[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.