CW61125E主轴箱Ⅰ轴故障分析

zpc64

摘  要：CW61125E、CW61100、S1-148等车床，皮带轮与主轴箱第Ⅰ轴联结处花键经常压溃。以CW61125E为例，分析这一故障，提出改进措施。
& i2 w- h. g6 ~) j    关键词：主轴箱Ⅰ轴 花键 压溃 许用挤压应力   
" F- ~# m+ k& }     一、简述
6 h8 i) ?) A/ ]" u4 N/ H    几台CW61125E、CW61100、S1-148等车床用于曲轴粗车、精车、开档、曲柄倒角等工序。这些车床皮带轮与主轴箱第Ⅰ轴的花键联结处，经常压溃。以CW61125E车床为例，分析该故障。
    二、故障分析
    花键压溃后，常采用的修理方法是购买第Ⅰ轴，皮带轮上镶花键套。但是装上后使用不久，花键又压溃。要找出造成这一故障的真正原因，必须对花键联结处强度进行计算分析。
  d# J0 R  D6 v: B6 M4 |" I    1.花键联结的强度计算
- }/ i* }8 X) l8 E( k# y5 @    根据花键联结的受力情况，首先假定电机为满负荷，以电机输出功率及转矩来校核花键联结处的强度。计算时，假定载荷在花键的工作面上均匀分布，各齿面上压力的合力N作用在平均直径dm处，即传递的转矩T=zN·dm/2，并引入系数ψ，来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键联结的强度条件为：
# e& F! n* v9 U1 B+ B9 K4 a

2.花键压溃原因分析
    由以上计算结果σP=10.52MPa及表1来分析，可以发现造成花键压溃的因素有三点：
    （1）花键在第Ⅰ轴上轴向未固定，有窜动，则该联结由静联结变为动联结。由表1可知，动联结花键许用压力[p]比静联结许用挤压应力[σp]小得多。

2）花键套内孔未达到热处理要求。第Ⅰ轴上外花键表面已淬火处理；花键套是用曲轴料头加工的，曲轴料头已调质处理，但是由于工件直径大，花键套心部仍可认为未经热处理，由表1可知，未经热处理花键许用挤压强度很低，易造成花键的压溃。
: p& ]2 ]  ~) A2 w' T, I1 |    （3）花键配合精度等级低，装配后各齿受力不均，或者键侧间隙过大，承受扭矩时造成冲击，使花键压溃。

    3.第Ⅰ轴装配结构分析
$ P4 `) H: t' y+ Y  g    针对花键压溃的（1）因素，分析第Ⅰ轴装配结构，皮带轮通过圆螺母锁紧、圆螺母通过止动垫圈与第Ⅰ轴的联结放松，皮带轮另一端由轴用弹性挡圈轴向定位。弹性挡圈的厚度为2mm，而轴上槽宽为3mm，在装配时，圆螺母很难调整，可能发生两种情况：
% k: g: @$ ~+ F2 g* h8 l" J    （1）圆螺母调整过紧，使皮带轮挤压弹性挡圈，轴上弹性挡圈槽磨损，导致弹性挡圈挤压轴承，造成弹性挡圈断裂，轴承烧坏。S1-148车床曾经出现过第Ⅰ轴温升高，弹性挡圈断裂，轴承烧坏的故障。圆螺母调整过紧，也可能造成供油铜套与第Ⅰ轴中心不重合，第Ⅰ轴温升高，导致铜套抱轴。CW61125E车床第Ⅰ轴曾发生过两次抱轴。
' P  z5 z4 N" H7 p6 i' M! P    （2）圆螺母未调紧，皮带轮与弹性挡圈之间存在间隙。因为花键上承受的载荷大，曲轴加工为断续切削，由于受冲击力作用，内、外花键之间的间隙不断增大。又因花键轴向未固定，且几根皮带张力不均匀，这样花键就由静联结变为动联结，造成花键许用挤压应力降低，导致花键压溃。
& K9 [1 a9 X$ {# }% c; i7 s, z  h6 J    三、改进措施
    1.改进花键套的加工工艺
9 `9 `8 Q7 X3 O# _3 X    加工花键套时，对加工工艺进行改进。粗车内孔后再进行调质，并提高调质硬度，以提高花键抗挤压强度。
% X* E" \) S+ D6 p2 {    2.改进第Ⅰ轴的装配结构
' \, g5 W# h+ @6 n, T" U9 n    购买的第Ⅰ轴存在两个问题，即花键套定位用的弹性挡圈槽宽为3mm，而这种规格的弹性挡圈只有2mm厚，且弹性挡圈容易断裂，导致皮带轮无法轴向固定；第Ⅰ轴锁紧皮带轮的螺纹太短，只能采用单圆螺母锁紧，受冲击载荷时，容易导致螺母倒牙。应采取下述改进措施：
) N1 z/ U0 `0 K1 h! ]5 C& k* u1 d/ {    焊接修复第Ⅰ轴；将弹性挡圈槽加宽为4mm，用半环套及半环，代替弹性挡圈固定皮带轮，防止其轴向窜动；将Ⅰ轴螺纹加长，采用双螺母锁紧皮带轮，防止螺母倒牙。
% c- d9 K* R3 \# |    提高外花键的键宽加工精度等级，采用花键铣刀加工，提高花键的加工精度，以便花键各齿受力均匀。
    四、改进后的效果
    对S1-148车床进行改进后，运行至今未出现花键压溃现象，又对两台CW61100，两台CW61125E进行了改进，效果良好。