重型臥車主軸軸承失效分析及改進

關志偉

摘 要：本文對重型臥車主軸軸承失效原因進行分析，并提出利用動靜壓混合作用技術改造主軸軸承的有效措施，提升機床的工作性能和工作質量，以此來滿足加工工藝的發展要求，為改造同類型的重型機床提供參考性建議。

關鍵詞：重型臥車；主軸軸承；失效分析；改進措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.047

0 前言

在工作過程中，其主軸的加工轉速要比軸承受載負荷要求的臨界轉速要低得多，無法實現動壓潤滑，造成軸瓦的損壞，機床工作性能也就很難滿足人們對生產工藝的發展需求。基于此，需要從機床主軸軸承失效的原因入手進行軸承的改造。

1 改造前機床構造分析

1.1 機床的構造分析

機床主軸軸承結構由主軸承、卡盤、軸瓦、推力調心軸承、推力球軸承、軸承主板以及金屬螺母等部件所組成。重型臥車的主軸承系統如圖1所示。

1.2 機床主軸承工作原理

機床主軸承工作原理是靜壓抬起、動壓工作。即依靠靜壓抬起主軸，進而啟動機床；當轉速達到工作需求時，靜壓供油系統關閉，此時機床的主軸承完全由動壓來承載。

1.3 軸承失效分析

滑動式軸承的承載能力公式：

式中ηtm代表平均工作溫度tm下的潤滑動力粘度；n代表軸轉速；D代表軸承直徑；B代表軸承的寬度；C為承載系數常數；Ψ代表相對間隙；P代表主軸承的承載能力。

根據式（1）進行分析，當主軸承的承載負荷越大，對其工件的轉速的要求越高。若采用緩進磨削、強力磨削工藝時，加工速率均小于1.0 m/s，而工件直徑越大，導致其主軸的轉速降低。在這樣的工作條件下，若想滿足工作條件，主軸的實際轉速必須要比達到軸承受載荷時的臨界轉速要低，由此便不能實現動壓潤滑工作，使得主軸承處于半摩擦的工作狀態。

2 軸承改造工藝

利用混合式供壓作業的方式，可以實現陳舊設備的改造工程。其工作原理是在原先動壓軸承的受載負荷的基礎上，建立一個新的靜壓油腔，且靜壓油腔在設備運行的過程中進行不間斷性的供油工作，從而實現動、靜壓效應的共同作用，形成承載主軸承負荷壓力的動、靜混合軸承。

這樣對設備主軸承進行改造的好處是：當動靜壓混合作用軸承運行時，其主軸承的受載負荷是由靜壓和動壓共同承擔的，與此同時靜壓油腔在不停供油的情況下也會直接參與到承載過程中。相比未經改造的設備而言，此次改造只是在原軸承的受載荷方向上建立了一個靜壓油腔，并且其主軸承的基本技術參數包括軸承的直徑（D）、寬度（B）、主軸的轉速（n）、軸承的半徑間隙（h0）等均保持不變，使得整個改造工藝簡單，實用性能強。

2.1 確定靜壓油腔位置

靜壓油腔放置在前軸承下瓦前端，可有有效形成不等封油面的軸承結構；在設備運行的過程中，由于靜壓油腔不斷供應壓力，使得封油面動能較大，油膜剛度增加，潤滑油溢出油面，進而提高軸承的剛韌度，同時也有效避免了由于油量過低導致設備液體元件規格“選擇難”的問題發生。當主軸承在靜壓油腔的作用下，會大大促進油流量的增加，從而增強主軸承的承載能力和剛韌性能。

2.2 配刮和確定軸承間隙

對主軸的加工精度進行檢查和修復。由于主軸前后軸頸的圓柱度、同軸度的偏差范圍均小于0.01 mm，且主軸軸頸的頸向幅度也小于0.01 mm，導致其加工精度較高而不易采用特制研磨棒對軸承前后進行研磨處理。

而采用主軸自身配刮前、后軸承內孔，并實現主軸與軸承的接觸點8-12點/25mm×25mm的規格要求，其主軸前后軸頸的圓柱度、同軸度在誤差范圍內也都小于0.01 mm，并且可以有效避免主軸形變問題的發生。在上述操作步驟的基礎上，選擇小型軸承間隙的同時并去掉一部分靠近卡盤前端前軸承下瓦，可以提高工作精度。在軸承間隙的配置上，按照0.000 4D（D為軸頸直徑/mm）進行確定；并按照此規格對調整墊進行重新配置。

2.3 確定靜壓油腔具體參數

在不損害軸承的動壓的前提下，為了最大化發揮靜壓油腔的的靜壓效應，需要盡可能多的增大靜壓油腔的有效承載面積。采用周向雙油腔，可以保證兩各靜壓油腔形成中線夾角ξ = 17.5°，靜壓油腔的周向包角ɑ=25°。既有效避免了兩個靜壓油腔的相互干擾問題，又大大增加了各個靜壓油腔的有效承載面積，從而與動壓油腔形成主軸承的混合承載能力。

3 總結

實踐證明，經過上述的改造措施，重型臥式車床在動靜壓混合軸承的作用下，可以成功運行，并且其電動機的Max工作電流（Imax）僅為電動機額定電流40%。采用緩進磨削工藝，其加工出來的零部件的表面粗糙度由原來的Ra6.3μm降低到了Ra0.8μm，工件的徑、軸雙向的幅度也都小于0.03 mm，其主軸承各項性能也都滿足重型臥車的承載能力大、工作效率高以及加工精度高的工作要求，基于本文對重型臥車的改造措施的探討，可以為改造同類型機床提供參考。

參考文獻：

[1]馮超，賴朝華，王文靜.重型臥車主軸軸承失效分析及改造[J].制造技術與機床，2017（04）：126-128.

[2]劉以平.重型數控機床精度可靠性建模的研究[D].電子科技大學，2015.