中心架軸承改造在動(dòng)力部件整體加工上的應(yīng)用

鐘翔

中心架軸承改造在動(dòng)力部件整體加工上的應(yīng)用

鐘翔

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

使用防爆車床進(jìn)行動(dòng)力部件的整體加工，從安全性、一致性、穩(wěn)定性考慮有利于動(dòng)力部件的同軸度保證，從而滿足推力偏心的要求。對(duì)中心架軸承的改造，是建立在動(dòng)力部件整體加工環(huán)節(jié)上的?？紤]到火工品試驗(yàn)的特殊性，需要摸索出一條既滿足整體加工要求，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、連貫性，又能夠避免安全隱患的中心架支撐技術(shù)，以滾動(dòng)摩擦替代滑動(dòng)摩擦的改造技術(shù)。實(shí)踐表明，中心架軸承改造技術(shù)在動(dòng)力部件整體加工上是安全可行的。

中心架；支撐改造；軸承；安全性

推力線偏斜（推力偏心）是為了保證產(chǎn)品發(fā)射之后，能夠形成一個(gè)仰角，從而精確制導(dǎo)的重要手段。通過采取斜切噴管的方式，解決了產(chǎn)品離軌初期的彈道下沉問題。而產(chǎn)品組裝完成之后的動(dòng)力部件推力偏心由加工、裝配形成的動(dòng)力部件推力線偏斜角和整體同軸度保證。

通過加工來控制保證動(dòng)力部件偏斜角、整體同軸度，普通車床中心架根本無法滿足加工要求。因?yàn)樵诩庸で皽y(cè)試和加工過程中，需要利用車床的三爪卡盤裝夾動(dòng)力部件前端，實(shí)現(xiàn)軸向定位，車床中心架支承爪支撐動(dòng)力部件殼體，實(shí)現(xiàn)徑向定位，以軸向轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力部件整體的加工，保證同軸度要求。而現(xiàn)有中心架支承爪一般采用鑄鐵材料制作而成，雖然具有耐磨、減震等特點(diǎn)，但動(dòng)力部件殼體與支承爪之間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的滑動(dòng)摩擦，一方面會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力部件殼體受損，另一方面由于摩擦生熱可能導(dǎo)致火工品燃燒爆炸。因此，中心架軸承改造技術(shù)，重點(diǎn)解決中心架支承爪與動(dòng)力部件殼體滑動(dòng)摩擦問題，同時(shí)改造之后的設(shè)備能夠在保證加工精度的前提下提高效率。

1 軸承改造

1.1 原因分析

查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]，鑄鐵對(duì)鋼的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15，如果動(dòng)力部件殼體直接安裝在鑄鐵支承爪上，會(huì)產(chǎn)生極大的摩擦而導(dǎo)致殼體損傷、變形，另外由于摩擦產(chǎn)生大量的熱不斷積累，最終可能導(dǎo)致火工品燃燒爆炸，存在極大的安全隱患。

1.2 方案設(shè)計(jì)

正常情況下，滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦是降低摩擦系數(shù)、減小摩擦的有效方法。鋼對(duì)軸承的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.002，如果能把支承爪改造成軸承的話，中心架與動(dòng)力部件殼體之間的摩擦力就會(huì)大大減小。根據(jù)這種思路，特意設(shè)計(jì)出了如圖1所示的支承爪。

1—夾頭；2—軸承；3—銷軸。

1.3 軸承選取

由于中心架在整個(gè)加工過程中只起到支承作用，所以在選取軸承時(shí)需要考慮支承爪的加工尺寸大小，因此在設(shè)計(jì)中根據(jù)試選取了深溝球軸承6200，如圖2所示。

圖2 深溝球軸承示意圖（單位：mm）

1.3.1 支承穩(wěn)定性

假設(shè)動(dòng)力部件在理想狀態(tài)下直徑均勻：動(dòng)力部件后端在18.5 mm內(nèi)，外徑設(shè)為90 mm，無跳動(dòng)，除動(dòng)力部件前、后端外，其余部分外徑不大于91 mm?？紤]到動(dòng)力部件后端面結(jié)構(gòu)的特殊性，支撐位置僅為12 mm。選擇的深溝球軸承6200寬=9 mm，滿足支撐條件，在動(dòng)力部件整體加工中，該軸承寬能夠滿足線接觸時(shí)，接觸線段長(zhǎng)度足夠，三向支承穩(wěn)定性較好。

1.3.2 極限轉(zhuǎn)速

查閱手冊(cè)可以得知，深溝球軸承6200極限轉(zhuǎn)速極= 5 000 r/min，外徑尺寸為Φ30 mm。C6136式車床的主軸轉(zhuǎn)速為主軸=120 r/min。中心架支撐的發(fā)動(dòng)機(jī)外徑按Φ100 mm計(jì)算，使用深溝球軸承6200時(shí)，實(shí)際軸承轉(zhuǎn)速0為：

0=π×0×軸/π×軸（1）

式（1）中：0為軸承實(shí)際轉(zhuǎn)速；0為支撐件外徑；軸為主軸轉(zhuǎn)速；軸為軸承外徑。

由此，軸承的實(shí)際轉(zhuǎn)速為0=100×π×120/30π=400 r/min<極=5 000 r/min。

計(jì)算結(jié)果可知，所選用的軸承的實(shí)際轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于它所允許的最高轉(zhuǎn)速，因此極限轉(zhuǎn)速滿足使用要求。

1.3.3 最大載荷

從車床中心架實(shí)際工作狀態(tài)分析，如果是用于軸類零件加工（試驗(yàn)），當(dāng)工件軸徑較粗、剛性較大時(shí)，對(duì)車床的載荷主要分布在三爪卡盤和頂尖處，中心架只承擔(dān)小部分載荷。對(duì)于加工（試驗(yàn)）細(xì)長(zhǎng)類零件，中心架支承爪才會(huì)承受較大的載荷，但是最大載荷不會(huì)超過零件質(zhì)量的1/2。

現(xiàn)校核改進(jìn)后的中心架所承受的最大載荷。

假設(shè)動(dòng)力部件最大質(zhì)量=15 kg，質(zhì)心距前端面 600 mm，長(zhǎng)度為1 200 mm，此時(shí)中心架承受的載荷：=0.5=0.5×15 kg=7.5 kg。

查閱手冊(cè)可知，深溝球軸承可允許的最大靜載荷靜= 0.78 kN=79.5 kg，滿足試驗(yàn)要求。

2 支承爪改造

2.1 方案設(shè)計(jì)

2.1.1 方案一

首先加工軸承槽，然后直接在支承爪支撐面的側(cè)面開一個(gè)銷孔，在軸承槽內(nèi)裝上軸承（軸承的軸線與支承爪的中心線垂直），銷子與孔采用過渡配合H6/k6緊固，如圖3所示。

圖3 支撐爪改造方案一

2.1.2 方案二

首先用線切割技術(shù)去掉部分臺(tái)階，然后加工軸承槽，最后在支承爪夾頭側(cè)面開一個(gè)銷孔，在軸承槽內(nèi)裝上軸承（軸承的軸線與支承爪的中心線垂直），銷子與孔采用過渡配合H6/k6緊固，如圖4所示。

2.2 方案選擇

對(duì)于方案一，由于支承爪的支撐面臺(tái)階較高，如果直接在臺(tái)階上鉆孔，會(huì)出現(xiàn)加工孔難以定位以及加工精度無法滿足相關(guān)要求，最終導(dǎo)致銷子無法正常裝配等問題。

最終通過比較，采用方案二的改造方法，改造之后的中心架如圖5所示。

圖4 支撐爪改造方案二

圖5 中心架改造后示意圖

3 結(jié)論

經(jīng)過改造之后的中心架軸承改造技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用于動(dòng)力部件整體加工中，在后續(xù)的所有加工試驗(yàn)中，裝配試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常有效，整體加工形成的動(dòng)力部件推力線偏斜角均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，效率得到了提高。實(shí)踐表明，改造之后的中心架具有拆卸方便、支撐穩(wěn)定性好、不磨損試驗(yàn)部件、精準(zhǔn)高效、安全性能好等特點(diǎn)。

4 啟發(fā)與展望

中心架軸承改造技術(shù)在動(dòng)力部件整體加工上的應(yīng)用，說明該項(xiàng)技術(shù)在臥式車床加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件具備一定的推廣性。使用滑動(dòng)摩擦中心架雖然可以具備耐磨、減震等特點(diǎn)，但因支承爪滑動(dòng)摩擦的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致中心架支承爪的使用壽命大大縮短，間接對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生影響，所以該項(xiàng)技術(shù)也適用于各類零件加工的車床改造。

空空導(dǎo)彈武器零部件外部形狀多種多樣，對(duì)加工、裝配的精度要求相對(duì)較高，同時(shí)材料復(fù)雜，磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致成本高居不下。使用中心架軸承改造技術(shù)，能有效地提高武器零部件生產(chǎn)的精度、效率，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，中心架軸承改造技術(shù)也將會(huì)受到各大批量加工中心的關(guān)注。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］周超梅，劉麗華，王淑君.公差配合與測(cè)量技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］楊中東，吳鳳林.C605×5000臥式車床中心架的改造設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2007（3）：7，9.

TG51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.013

2095－6835（2021）08－0040－02

鐘翔（1988—），男，大學(xué)本科，工程師，主管工藝師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。

〔編輯：王霞〕