机械设备修理工艺学资源

第七章典型机械设备的修理第七章典型机械设备的修理机械设备种类繁多，不同机械设备的总体结构与综合性能大不相同，但就其局部结构和单性能而言，却有许多相同之处。从某种角度可以讲，所有机械设备是由有限的几种典型运动副组合而成的，机械零部件是构成机械设备的基本单元。机械设备产生机械放障的主要原因是组成设备的机械零部件出现了故障。因此，机械零部件的修理是机械设备修理的重要工作内容之一。机械零部件的修理包括轴类、轴承类、传动丝杠螺母类、壳体类、曲轴连杆类、分度蜗轮、齿轮类等零件的修理及螺纹联接件的修理，以及过盈配合零件的调整与装配。第七章典型机械设备的修理第一节轴与轴承的修理第七章典型机械设备的修理轴与轴承是机械设备中实现回转运动的零件，它们的主要作用是支承其他零件，承受载荷和传递转矩。轴与轴承间的相对运动，轴上所承受载荷的变化和冲击，易于造成轴的弯曲变形和局部磨损，也造成轴承的损伤和失效。因此，修复轴的尺寸精度，更换和修复轴承，恢复其回转精度是轴和轴承修理的主要工作之一。一、主轴的修理第七章典型机械设备的修理在机械设备的结构中，有各种形式的轴，例如：主轴、传动轴、花键轴、曲轴等。其作用主要是支承零件，传递动力或运动。轴的形式不同，承受的载荷不同，失效的形式也就不同，修理和调整的方法就不一样。主轴是金属切削机床的关键部件之一，在主轴上安装有传递动力的传动装置和装夹工件的夹紧机构。主轴的作用是传递动力，带动刀具或支承工件实现切削运动。主轴精度的高低直接影响所加工零件的精度。因此，主轴一般选择优质碳素钢经机械加工和适当的热处理后制成。要求主轴具有较高的精度，适当的表面硬度和足够的刚性。主轴一般制造成中空结构，其目的在于提高主轴的刚性，减小主轴的惯性，同时便于安装和装夹工件。第七章典型机械设备的修理(1)主轴的主要失效形式图7-1为CA6140型卧式车床的主轴，主轴上各零件的安装方式如图7-2所示将这两图对照从中可以看出，Ф75.25mm(1：12)和Ф105.25(1：12)处为主轴前后轴承的支承轴颈，Ф80mm和Ф90mm为安装空套齿轮的轴颈。动力是由外径为Ф89mm键宽为14mm的矩形花键上安装的滑移齿轮传入主轴。由此可见，主轴的主要失效形式为Ф75.25mm(1：12)和Ф105.25mm(1：12)的轴颈磨损以及莫氏锥孔的磨损及主轴因受外载而产生的弯曲变形。第七章典型机械设备的修理第七章典型机械设备的修理(2)主轴精度测量方法在主轴修理前，首先应检验主轴的精度、表面质量和损伤形式。检验方法如图7-3所示，将主轴支承轴颈用等高V形架支承着，放置在倾斜的平板上。在主轴尾端安装与轴孔配台的堵头，在堵头中心作中心孔，用枷mm的钢球将主轴支承在挡铁上，将百分表的触头靠在主轴各安装轴颈上，然后旋转主轴，分别测得主轴各安装轴颈的形位精度误差。主轴各重要安装面精度要求如下：第七章典型机械设备的修理1)表面1、2的圆度公差为0.005mm。2)表面3、4轴线对表面1、2轴线的同轴度公差为0.005mm。3)锥孔表面5对表面1、2轴线的径向圆跳动公差为0.005mm。第七章典型机械设备的修理(3)主轴的修复若上述精度公差超差，可视其超差程度采取相应的修复方法。当主轴支承轴颈磨损时，可采用修复尺寸法或刷镀的方法修复。若是安装滚动轴承的轴颈，只能用精加工后刷镀的方法修复尺寸；若是安装滑动轴承．轴颈磨损尺寸不大时，可精磨轴颈，配以新轴承，磨损尺寸较大时，只能用涂镀修复尺寸层后再精加工恢复尺寸精度。主轴莫氏锥孔易磨损，在修理时通常采用磨削方法修复表面精度。若经多次修磨后，尺寸超差较大时，一般用镶套的方法修复尺寸。第七章典型机械设备的修理主轴变形时视其变形方式及主轴精度确定修复方法，对于弯曲变形的普通精度主轴，可用校直法修复；对于高精度主轴，一般校直后难以恢复精度，多采用更换新轴的方法。对于主轴的扭转变形若不影响使用，可不予修复。主轴出现隐裂时(探伤发现小裂纹)．可采用修磨裂纹层的方法修复；若出现大裂纹，则应更换。主轴的键槽、花键等部位产生局部损伤时，可采用局部涂复或焊补后重新加工的方法修复。需要指出的是，主轴修复后因为尺寸的变化或应力的残存易使主轴的刚度及稳定性发生变化。在修复后应采取相应措施，避免这些缺陷对主轴使用性能造成不利的影响。二、传动轴的修理第七章典型机械设备的修理在机械设备中，传动轴的作用是支承零件旋转，传递动力及运动。传动轴有细长轴、花键轴、转轴、齿轮轴等。在传动轴上，一般装有齿轮、带轮、离合器。在传动轴的轴颈上台阶面较多，往往存在键槽、沟槽、螺纹、销孔等结构。传动轴一般用滚动轴承支承在箱体或机架上。传动轴的失效形式轴颈的磨损，轴的弯曲，轴上局部定位面或传递转矩面损伤，轴在修理安装时因操作不当而引起的螺纹、轴端的局部变形等。第七章典型机械设备的修理传动轴的修复方法与主轴相仿，不过精度要求较主轴低。对于传动轴的变形。一般采用冷校直法，对于安装轴颈的磨损，可采用刷镀方法，也可用镶套法修复。对于传动轴的局部变形或损伤可采用换位加工或焊补法修复。螺纹的局部变形可用车削加工或手工修锉的方法修复，螺纹的整体变形或螺纹损伤，可采用堆焊后重新车制螺纹的方法修复。轴端的局部塑性变形，可用修磨法修复。上述各种修复方法根根据轴的使用场合、损伤形式及生产现场的工艺情况灵活选定，原则上任何一种失散都是可修复的。在实际情况下，从经济性、可靠性及修理工期角度考虑，有些备件充足且造价不高的轴，多采用更换新件的方法而不是采用修复法。三、轴承的修理第七章典型机械设备的修理轴承是轴与机架(箱体)连接的运动支承零件．在轴或机架(箱体)孔的精度恢复后，轴承的精度直接影响轴的同转精度。因此，轴承的精度状态是轴类零件回转精度的重要保证。轴承滚动轴承滑动轴承球轴承滚子轴承动压滑动轴承静压滑动轴承第七章典型机械设备的修理轴的承载状态与润滑方式决定了轴承的失效形式。在润滑充分的情况下，滚动轴承的主要失效形式为点蚀，而滑动轴承的主要失效形式为磨损；在润滑不良的情况下，滚动轴承和滑动轴承主要的失效形式均为磨损。•1.液体动压滑动轴承的修理第七章典型机械设备的修理液体动压滑动轴承的结构形式单油楔式多油楔式整体式对开式二片瓦式五片瓦式液体动压滑动轴承具有运转平稳，承载能力大，吸振性强等优电．但也有对润滑条件要求高、转速较低时承载能力差等缺点。第七章典型机械设备的修理(1)液体动压滑动轴承的结构形式普通传动轴用的轴承，一般均可用整体式或对开式的标准轴承座，在轴承座内安装轴承，如图7-4所示第七章典型机械设备的修理机床主轴所用的动压滑动轴承．通常称之为主轴轴瓦．图7-5a、b所示为内锥外圆式轴承，在调整轴承间隙时，可分别轴向移动轴或轴承；图7-c所示为内圆外锥式轴承，其上对称切削四条槽，其中一条槽切削通，以张开或收缩切口来调整间隙；图7-d所示为靠薄壁变形而形成的固定多油楔轴承；图75e所示为活动多油楔轴承；图7-5f所示为阿基米德螺线式轴承；图7-5g所示为固定多油楔轴承。这些轴承虽然结构不同，但工作原理却是相类似的。第七章典型机械设备的修理(2)油孔的位置及油槽的形式油孔的作用是给轴承与轴之问不断补充润滑油，因此油孔在轴承上的位置很重要。油糟的作用是保存润滑油，它与油孔相通。对一般卧式轴承，油槽应开在工作承压区的两侧，有些时候考虑到供油方便，也将油孔开在r作承压区的对面，此时油槽应开成螺旋形。由于工作压力方向恰好是油膜厚度最小处．为使其承载能力不减小，油槽和油孔不应置于工作承压区。(3)轴瓦的刮研与调整一般传动轴用的滑动轴承座都是标准的，在修理时更换标准轴承(或轴套)即可。对于机床主轴用轴承，配合间隙要求严格，除专门制作外，还要进行刮研和研磨等加工。第七章典型机械设备的修理主轴轴瓦刮研常用的刀具为曲面刮刀，常见的曲面刮刀有三角刮刀、圆头刮刀、柳叶刮刀等。刮研用的研具多为各种心棒、相配轴径或假轴等。当刮研大型轴瓦、精密轴瓦时，一般都制造假轴作研具，假轴的精度应与相配轴径一致。基本刮削合格后．才能以相配轴径对研精刮。刮削余量多是以轴瓦孔的直径和长度来确定，一般为0.02～0.08mm，轴瓦孔径大，长度大时取最大值。在刮瓦操作时，刀具角度要随时变化，应保持刮刀的切削角度基本致，避免产生振纹和毛刺，保证刮削表l向的精度。1)主轴轴瓦刮研的方法：第七章典型机械设备的修理2)对开式轴瓦的刮研：对开式轴瓦的结构如图7-6所示，这种轴瓦一般用在普通机械传动轴、曲轴和重型机床主轴上。在刮研对开式轴瓦前，将下轴瓦装于轴承座的圆弧内．下轴瓦的台肩靠紧轴承座的两端面，并达到一定的配台要求，一般传动轴为H7/f7，机床主轴为H7/g7或H6/h6，使下瓦外圆与轴承座圆弧紧密配合．用木锤敲击时应昕到实音。刮研前将油孔、油槽等加工好，并用棉纱将油孔口堵塞，防止切屑进入油孔。第七章典型机械设备的修理刮研对开式轴瓦时．研具可用其相配轴，也可用心轴。只有在机床主轴精度要求很高时才做假轴。在研点时．可先在下轴瓦滑动面涂显示剂，装好配刮轴或假轴，均匀紧固轴承盖的螺柱，同时轻轻转动轴，达到适当松紧度。轴在轴瓦内应能轻松转动、松紧适当，松了不易显点，紧了旋转困难且易引起变形，可通过调整垫片的厚度H调整轴与轴瓦的间隙。在刮研显点过程中，一般控制轴瓦结合面附近不得有研点，以防止轴瓦变形时造成“卡帮”，轴瓦口部点数较内部密，以便于存油。在刮研重型承载轴瓦时，有时刮研后还要在轴上按其工作状态适当施加载荷，进一步研点以使轴与轴瓦间的接触情况更适合工作状态。第七章典型机械设备的修理3)活动多油楔轴瓦的刮研：活动多油楔轴承结构如图7-7所示，主要分三片瓦活动多油楔轴承(见图7-7a)和五片瓦活动多油楔轴承(见图7-7b)等形式。每种又分为长轴瓦和短轴瓦，长、短轴瓦的轴承在结构和性能上都有一定区别。短轴瓦活动多油楔轴承的回转精度高且稳定，油膜刚度较好，支承螺钉的球形端面与相配轴瓦背面上的球形凹坑需经配研，使之具有良好的接触状态。第七章典型机械设备的修理短三片瓦活动多油楔轴承，是目前许多磨床砂轮主轴部件上应用最广泛的一种轴承，这种轴承的工作原理如图7-8所示。轴瓦被支承在压力中心b0≈0.4B的位置上，进油口的缝隙h1大于出油口的缝隙h2。当载荷增加时，h2减小量较h1要大，油楔流出边侧的油压增大，使轴瓦绕支承点作逆时针方向摆动，但仍保持最佳间隙比(h1/h2≈2.2)。由于油楔的楔缝减小，使各处的油压都随之增高，但仍以支点处为压力中心。可见，这种活动轴瓦轴承的承载能力可随载荷的增加而提高，同时油楔刚度也随之提高。短三片瓦活动多油楔轴承除了因严重“抱轴”发热而使轴承合金中的铝析出外，一般都可修复使用。修复活动多油楔轴承时要注意以下问题：第七章典型机械设备的修理①拆卸轴承时，注意将每个轴瓦与其成对相配的球头螺钉用线扎在一起，以免装配时调错。②将球头螺钉夹在车床上，以300r/min的速度和W14刚玉研磨剂对轴瓦球面接触部分进行研磨，要求接触率≥70％，表面粗糙度Ra值不大于0.08µm。③刮削轴瓦时，需用圆头刮刀沿轴线45°方向交叉刮削。对研时可以以标准研棒为研具，也可直接用修复后的主轴轴颈作研具，显点精度不少于18～20点/25mm×25mm，显点细密，分布均匀，刮削刀痕应小而深且无棱角，刮研后需再一次超精磨削主轴轴颈。轴瓦进油端应刮出深0.8～1mm，宽3～4mm的封闭进油槽，封闭进油槽应距离轴瓦两端5～6mm。第七章典型机械设备的修理④刮研后需在研棒上涂以W14刚玉研磨剂，将刮好的轴瓦进行研磨以提高接触精度。研磨时注意轴的转动方向与实际方向一致。轴瓦刮研后的安装调整的精度将直接影响主轴的回转精度。短三片瓦活动多油楔轴承的安装调整方法及安装顺序十分重要，有严格的工艺要求(可查阅《机修手册》磨床修理工艺的有关部分)。第七章典型机械设备的修理4)内锥外圆式轴承刮研：内锥外圆式滑动轴承如图7-9a所示，刮研时可用三角刮刀刮削内孔。①箱体竖起，使轴承锥孔中心线处于垂直状态，用轴(或假轴)研点，这种方法因自动定心研点较准确。因此这种刮研易满足精度要求，但刮削操