PROTOS卷接機(jī)組連桿軸承拆卸工裝的設(shè)計(jì)

王己鋒，謝詩(shī)輝，邱勇杰

（龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 龍巖 364000）

煙條切割系統(tǒng)是PROTOS卷接機(jī)組中的重要結(jié)構(gòu)，切割采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，連桿中的雙列滿圓柱滾子軸承使用一段時(shí)間后會(huì)磨損，當(dāng)磨損超過(guò)一定程度時(shí)，造成傳動(dòng)精度下降，無(wú)法保證卷煙機(jī)的正常運(yùn)行，需要更換；而軸承一旦損壞只能更換連桿組件，由此造成設(shè)備維護(hù)成本高。

文獻(xiàn)［1］利用杠桿原理設(shè)計(jì)了圓柱滾子軸承裝配工裝，減少了滾道壓痕；文獻(xiàn)［2］介紹了NCF型滿裝圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)，闡述了軸承設(shè)計(jì)方法，并介紹了不同批量所采用的裝配工藝及磨具。而針對(duì)連桿中的軸承拆卸問(wèn)題，相關(guān)資料較少。為此，分析連桿軸承座安裝位置結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套連桿軸承拆卸工裝，以解決軸承的拆卸難問(wèn)題，降低設(shè)備維護(hù)、維修成本。

1 存在問(wèn)題

1.1 結(jié)構(gòu)組成

煙條切割系統(tǒng)主要由刀盤機(jī)構(gòu)、磨刀裝置、喇叭嘴機(jī)構(gòu)等組成［3－4］，其中喇叭嘴機(jī)構(gòu)由彈簧板、喇叭嘴、連桿、曲柄等組成，如圖1所示。喇叭嘴的作用是為刀頭切割濾嘴提供支承，防止濾嘴切割時(shí)因受力而下垂變形。由于刀片在切割時(shí)具有一定的水平分速度，喇叭嘴應(yīng)向煙條方向相應(yīng)移動(dòng)，因此，采用偏心連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)喇叭嘴，實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖1 喇叭嘴機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of bellmouthmechanism

偏心連桿機(jī)構(gòu)（圖2）中的連桿機(jī)構(gòu)包括擋圈、密封圈、隔套、雙列滿圓柱滾子軸承（簡(jiǎn)稱軸承）、連桿和底套［4］。連桿左端用于安裝喇叭嘴，右端用于安裝軸承、密封圈、底套等，并通過(guò)螺栓與底套上的中心螺紋孔鎖緊，固定在曲柄軸上。

圖2 連桿結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of connecting rod

1.2 問(wèn)題分析

軸承與連桿軸承座配合采用基軸制［5］，即以軸承外徑尺寸為基準(zhǔn)，采用φ42 mm P6過(guò)盈配合。軸承經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后發(fā)生磨損，當(dāng)磨損超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)造成高速運(yùn)行的曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度下降，無(wú)法保證卷煙機(jī)的正常運(yùn)行，需要更換［6－7］。而軸承安裝在一個(gè)單面敞開(kāi)的空腔內(nèi)，并且與空腔內(nèi)壁之間為過(guò)盈配合，無(wú)法用一般的拆卸方法進(jìn)行拆卸，軸承一旦損壞只能更換連桿機(jī)構(gòu)。

2 拆卸工裝設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)軸承座安裝位置結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套連桿軸承拆卸工裝，將軸承從連桿的腔體中拉出來(lái)。工裝結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由凸緣、定位套、鎖緊螺釘、定位銷和螺桿組成。拆卸原理為：人力產(chǎn)生扭矩，通過(guò)螺桿和凸緣上的螺母?jìng)鬟f到底套，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為拉力，帶動(dòng)軸承向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸承從連桿中的拆卸。

圖3 拆卸工裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of disassembl tooling

2.1 拉拔力計(jì)算

過(guò)盈配合的拉拔力為

式中：F為拉拔力，N；Ffmax為結(jié)合表面承受的最大單位壓力，N／mm2；df為結(jié)合直徑，42 mm；Lf為結(jié)合長(zhǎng)度，29 mm；μ為摩擦因數(shù)，0.08；δmax為最大過(guò)盈量，0.037 mm；Ca，Ci均為系數(shù)；Ea，Ei分別為包容性和被包容性的材料彈性模量，Ea＝196×103MPa，Ei＝206×103MPa；da，di分別為包容件外徑和被包容件內(nèi)徑，da＝50 mm，di＝35.6mm；ν為泊松比，νa＝0.27，νi＝0.26。

根據(jù)已知參數(shù)，代入（1）～（4）式計(jì)算得到過(guò)盈配合的拉拔力F＝4.5 kN，即理論計(jì)算拉拔力為4.5 kN，實(shí)際拉拔力會(huì)比理論值大得多，因此，設(shè)計(jì)拆卸工裝時(shí)，實(shí)際的拉拔力Fr應(yīng)按理論計(jì)算拉拔力的3倍來(lái)設(shè)計(jì)，得到實(shí)際拉拔力為13.5 kN。

2.2 鎖緊螺釘校核

鎖緊螺釘與底套的M6螺紋孔配合，固定拆卸工裝，鎖緊螺釘材料為低碳合金，性能等級(jí)為10.9。鎖緊螺釘危險(xiǎn)面的拉伸強(qiáng)度條件為［5，7－8］

式中：d1為螺釘危險(xiǎn)截面直徑，mm；Fr為工作拉力，13.5 kN；［σ］為螺釘材料許用應(yīng)力；［σb］為螺釘抗拉強(qiáng)度極限，900 MPa；S為安全系數(shù)，1.3。

根據(jù)已知參數(shù)計(jì)算得d1＝4.4 mm，小于M6螺釘?shù)男?.917 mm，所以選用M6鎖緊螺釘符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 螺桿校核

2.3.1 螺桿直徑確定

梯形螺紋為最常用的傳動(dòng)螺紋，其工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，故螺桿螺紋的類型選為梯形［5，8－9］。對(duì)于梯形螺紋，螺紋中徑d2為

式中：σ為螺桿的抗拉伸強(qiáng)度；τ為螺桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；A為螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積，20.2 mm2；T為螺桿所受扭矩（螺桿所受的扭矩由扳手長(zhǎng)度和操作人施力確定，初步確定扳手有效長(zhǎng)度為100 mm，施力為100 N，得到扭矩為1×104N·mm）；Wτ為螺桿螺旋段的抗扭截面系數(shù)，31.3mm3；［σ］為螺桿材料的許用應(yīng)力；［σb］為螺桿抗拉強(qiáng)度極限，980 MPa；d1為螺桿螺紋小徑，6.2 mm。

計(jì)算得σca＝176 MPa≤［σ］＝［σb］／4＝245 MPa，所以螺桿設(shè)計(jì)的尺寸符合強(qiáng)度要求。

2.4 定位套

根據(jù)連桿腔體尺寸設(shè)計(jì)定位套（圖4），定位套定位面為內(nèi)錐孔，其內(nèi)徑略大于連桿上端外徑，外徑與凸緣盤相同，有4個(gè)定位孔，用于定位螺桿，定位套厚度設(shè)計(jì)為30 mm。需要校核定位套與連桿接觸位置的擠壓強(qiáng)度［8］。

圖4 定位套結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of positioning sleeve

2.5 凸緣

凸緣為圓盤結(jié)構(gòu)（圖5），小端直徑略小于軸承內(nèi)徑，前端裝有2個(gè)定位銷，中心處有一個(gè)階梯內(nèi)孔，通過(guò)螺釘與底套配合固定凸緣，凸緣大端均布4個(gè)M8的螺紋孔。

圖5 凸緣結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure diagram of flange

3 使用方法及效果

軸承拆卸方法如圖6所示，定位套下端壓在連桿上，凸緣通過(guò)鎖緊螺釘與定位銷、底套連接，并且其凸臺(tái)套在定位套上，當(dāng)擰動(dòng)凸緣上的頂桿時(shí)，使底套產(chǎn)生向上的拉力，從而帶動(dòng)軸承向上移動(dòng)。

圖6 軸承拆卸方法示意圖Fig.6 Diagram of disassemblingmethod for bearing

使用拆卸工裝時(shí)，先拆除連桿上的擋圈、密封圈和隔套。軸承拆卸步驟如下：

1）裝上定位套，將其錐孔卡在連桿上端；

2）裝上凸緣，使定位銷對(duì)準(zhǔn)底套上的定位孔，并鎖緊螺釘；

3）裝上頂桿，使其對(duì)準(zhǔn)定位套上的定位孔；

4）交叉均勻擰動(dòng)螺桿，拉出軸承。

使用新的工裝對(duì)車間8臺(tái)設(shè)備的連桿軸承進(jìn)行拆卸，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)現(xiàn)了連桿軸承的拆卸，平均每次拆卸時(shí)間為5.4 min，并且連桿軸承座內(nèi)表面完好，可以重復(fù)使用，只需更換軸承，則每次連桿組件的維護(hù)成本從原來(lái)的25 000元降至300元，減少了備件的損耗量。

表1 工裝使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Tab.1 Data statistics of used disassembling toolingmin

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)連桿軸承難以拆卸的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了專用的拆卸工裝，采用拉拔的方法直接拆卸連桿中損壞的軸承，再更換新的軸承，使連桿可以重復(fù)使用，使得連桿組件的維護(hù)成本大大降低，減少了備件的損耗量，并且拆裝工裝使用方便，平均每次拆卸時(shí)間只需5.4 min。