一种轴承的拆装工具.pdf

中国科技信息 2024 年第 6 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-60-两星推荐当今社会，科技迅速发展，各种新型设备层出不穷，设计理念也越来越先进，设备结构也越来越复杂。先进的设备在提高工作效率的同时，也给设备的维修工作带来了挑战。对于一些高、精、尖设备，其结构设计巧妙、复杂，需要进行维修时，常因为空间狭小等制约因素造成维修困难。创新驱动发展。烟草行业同样高度重视创新对行业发展的驱动作用。目前行业内通过对故障的科学分析、对设备结构的精心研究、创新性的自行设计科学实用的维修工具，来提高工作效率已经成为解决烟草设备问题的一个主流思路。本文研制了一种狭小空间内滚针轴承的快速拆装工具，为行业解决此类问题提供参考。背景FX-2 型硬盒包装机组由德国 FOCKE 公司设计制造，是国内主流包装机型之一。此机型创新采用双通道设计理念，运转平稳、整机故障率低，产品质量较稳定，操作灵活、简便，运行效率高。但在实际维修工作中，因其超前的设计理念，部分核心部件或周边部件需要维修时，需要拆卸周边所有的零部件，工作量巨大。如果不拆解设备，则维修困难。例如753 小盒透明纸包装机美容烙铁驱动连杆滚针轴承的更换就是一个非常显著的例子。在生产过程中我们发现经过一段时间的运行，753 盒装透明纸包装机有时会出现提升器挤烟的故障，并且美容烙铁的行程明显不对，设备运行伴有异响、频报美容烙铁驱动电机故障。此问题发生的主要原因是美容烙铁的驱动电机轴承故障，或是 753 美容烙铁驱动连杆滚针轴承磨损造成。当滚针轴承损坏时，由于磨损后的驱动连杆滚针轴承与驱动轴的配合精度降低，经一系列连杆传动后，顶部美容烙铁行程改变，发生窜动，动作不到位，影响设备运行。当电机输出轴轴承损坏时，需要对电机输出轴的轴承进行更换。如果是驱动电机故障，则需要对驱动电机进行更换并同步更换驱动连杆的滚针轴承。存在问题每次对此部位进行维修工作时，由于驱动连杆配合的传动轴贯穿整个包装机内部，其连带零部件极多，无法将驱动摆杆拆下对滚针轴承进行更换，只能在有限的狭小空间内利用锤头等常规工具对滚针轴承进行拆装；如果采用一些特殊行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度李 龙 王 彬 刘明春山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂 卷包车间李龙（1987），山东青岛，郑州大学机械工程及自动化专业，本科，包装机械维修工。在烟草包装专业领域内工作多年，主要从事超高速包装设备（ZB48 机型、FX-2机型）的运维工作。在工作中积累了大量的维修经验及操作技巧。并且根据设备实际，开展了很多超高速设备的创新项目，QC 项目曾获国优，并获得专利多项。一种轴承的拆装工具李 龙 王 彬 刘明春-61-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 6 期两星推荐手段将滚针轴承拆下，则极易造成驱动摆杆轴承孔的损伤；安装时操作困难，并且容易造成次生损坏。为了达到装配精度要求，常常需要重复拆装多次，造成备件损耗大，维修时间长，劳动强度高，配合精度难以保证等问题，严重影响工作效率。1：加热器轴 2：驱动摆杆 3：伺服电机 4：驱动连杆美容烙铁驱动装置由一个伺服电机（3）、一个偏心支承的驱动连杆（4）和被夹在加热器轴（1）上的驱动摆杆（2）组成，驱动小透明包装机输出侧的所有美容烙铁或预封烙铁。伺服电机（3）通过偏心支承的驱动连杆（4）驱动摆杆（2）。驱动摆杆（2）使加热器轴（1）一直处于变换方向的运动中。该运动的角度范围通过驱动连杆（4）的偏心位置从结构上进行了规定。通过加热轴（1）采用夹紧联接使输出范围内加热组件的驱动连杆被驱动。其中，驱动连杆（4）与驱动摆杆（2）通过螺栓连接。驱动摆杆（2）中装配有滚针轴承。驱动连杆（4）和驱动摆杆（2）中的轴承均属于易损件。当需要更换轴承时虽然驱动摆杆（2）松开紧固螺栓后可在加热器轴（1）上滑动，但是由于结构限制，螺栓无法取下。若想取下驱动摆杆对滚针轴承进行更换则需要对外围部件进行全部拆装。整个拆装工作耗时至少需要一天时间，并且工作量大、工作过程烦琐。很明显，通过拆卸掉驱动摆杆更换滚针轴承的方法是不现实的。一种轴承快速拆装工具研制过程由于通过拆除驱动摆杆进行滚针轴承更换的方法不适合，所以考虑通过创新手段研制一种轴承的拆装工具，来实现对滚针轴承的快速拆装。现 使 用 滚 针 轴 承 型 号 为 HK2020 型，尺 寸 为202620。滚针轴承与安装套口采用压入法装配，配合方式为过盈配合。通过查阅机械设计手册，内嵌式轴承采用压入法装配并拆卸时，其最大压入力、压出力计算公式为：最大压入力：Fi=fdlpmax；最大压出力：F0=1.5 fdlpmax；式中：f配合面上摩擦系数；d配合的公称直径，mm；l配合长度，mm；pmax最大径向压力，Mpa；其中：pmax=max/d（C1/E1+C2/E2）103；式中：max标准过盈配合最大过盈量；d配合的公称直径；E1，E2分别为被包容件与包容件材料的弹性模量，Mpa；C1被包容件刚性系数；C1=d2+d12/（d2-d12）-1；C2包容件刚性系数；C2=d2+d22/（d22-d2）-2；d1，d2分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm；1，2分别为被包容件与包容件材料的泊松比。对于钢，=0.3。通过测量零部件尺寸，确定配合公称直径 d=26mm，被包容件内径 d1=20mm，包容件外径 d2=35mm，对于钢与钢的连接配合取=0.3，将以上数据代入公式可求得 C1，C2：C1=d 2+d12/（d 2-d12）-1=3.59；C2=d 2+d 22/（d 22-d2）-2=3.16；查阅材料力学手册，对于钢材的弹性模量 E 取值2.06105MPa，对于标准过盈配合最大过盈量取值约为max=0.03，可求得最大径向力 pmax：pmax=max/d（C1/E1+C2/E2）103=5.65MPa；对于压入法装配无润滑时摩擦系数 f 取值 0.1，通过测量零部件尺寸确定配合长度 l=20mm，配合公称直径d=26mm，进而可求得压入力 Fi，压出力 F0：压入力：Fi=fdlpmax=922.5N；压出力：F0=1.5fdlpmax=1 383.8N。首先对拆装滚针轴承理论上所需力的大小计算，并对轴承受力情况进行有限元模拟分析，保证拆装时轴承的安全性，为工具的研制提供必要的数据支撑，然后确定方案并对方案进行分解。经过对分解方案进行对比分析，最后确定最终方案。狭小空间滚针轴承快速拆装工具包括：T 型取出圆盘、锥形导引头、支撑圆筒、T 型安装圆盘、螺栓。（一）设计 T 型取出圆盘A：引导柱体 B：压力圆盘考虑到滚针轴承取出时要求受力均匀，将底部圆盘设计成 T 型带螺纹孔的圆盘。引导柱体 A 轴径设为 20mm，可以插入到滚针轴承内部；压力圆盘 B 直径设为 25.9mm，图 1 传动示意图中国科技信息 2024 年第 6 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-62-两星推荐圆盘直径略小于滚针轴承外径 26mm，则可以顺利通过驱动摆杆孔。中间加工M6的螺纹孔，用于螺栓对滚针轴承的牵引。这样因为引导柱体 A 的支撑作用，可以恰好将滚针轴承镶嵌其周围，并与压力圆盘三者紧密配合在一起。在工作过程中，即不会发生偏移，又不会碰到摆杆通孔侧壁，保证在滚针轴承的取出过程中不会损伤摆杆孔。（二）设计锥形导引头A：牵引椎体 B：引导柱体此工具设计形状类同 T 型取出圆盘。为了起导引作用，将牵引椎体 A 设计成一定的锥度。中心加工 6.5 的孔，用于螺栓的通过。引导柱体 B 轴径设置为 20，以与滚针轴承内壁紧密配合。因此，滚针轴承可镶嵌在引导主体 B 周围，并与牵引椎体 A 配合，在拆卸、装配时都能利用牵引椎体作图 7 锥形导引头图 6 T 型取出圆盘图 5 螺栓式轴承拆装工具最终方案图 4 工具分解方案用顺利进出摆杆孔。（三）设计支撑圆筒支撑圆筒设计为圆筒状。在底部加工一个 6.5，深10mm 的孔，起定心作用。定心孔的设定至为重要，定心孔图 3 轴承安装的应力、应变、位移有限元模拟分析图 2 轴承拆卸的应力、应变、位移有限元模拟分析-63-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 6 期两星推荐引导柱体同样置于滚针轴承内，将圆桶支架筒口朝右，扣在锥形导引头牵引椎体上。2.将长螺栓穿过支撑圆筒中心的孔连接到后部 T 型取出圆盘的螺纹孔，然后用扳手转动螺栓，拉动后部 T 型取出圆盘向前做直线运动，从而带动滚针轴承向前运动，直至将滚针轴承完全拉出，拉出的滚针轴承落入扣在摆杆通孔前端的支撑圆筒中。在此过程中，锥形导引头，滚针轴承，T 型取出圆盘三者配合成为一体，由于锥形导引头的导向作用和支撑圆筒中心定位孔的定心作用，在螺栓牵引作用下落入支撑圆筒中。整个过程不会发生任一零件与摆杆孔壁的磕碰。（二）滚针轴承装配将锥形导引头引导柱体置于滚针轴承内。将 T 型安装圆盘置于滚针轴承另一端，引导柱体置于滚针轴承另一侧。三者配合成一体，置于驱动摆杆孔右侧处，左侧放置支撑圆筒。用长螺栓穿过支撑圆筒连接到 T 型安装圆盘底部的螺纹孔，然后转动螺栓。则锥形导引头、滚针轴承、T 型安装圆盘一起向摆杆孔内移动。由于 T 型安装圆盘压力圆盘直径大于摆杆孔孔径，当压力圆盘与摆杆端面平齐时即停止，此时整个滚针轴承完全压入到摆杆通孔内。此套滚针轴承快速拆装工具应用于美容烙铁驱动摆杆滚针轴承更换后，进行了对比实验。以下为 4 名维修人员进行了不使用滚针轴承维修工具和使用滚针轴承维修工具的滚针轴承更换对比。表 1 更换轴承用时及耗材对比表不使用快速拆装工具使用快速拆装工具用时（分钟）耗材（个）用时（分钟）耗材（个）刘文超1103270崔阳1264320张康1074400李军1242290平均值116.753.25270经过多次实践证明，此维修工具操作简单，易于掌握，可将维修平均时间由 2 小时缩短为 0.5 小时，且装配精度明显提高，极大地降低了维修人员的劳动强度和备件损耗，达到了预期效果。结语美容烙铁驱动摆杆滚针轴承拆卸安装维修工具的设计及应用，以较低的工具制作成本，有效解决了 753 美容烙铁驱动摆杆滚针轴承的更换难题。并在维修过程中达到了简化拆卸流程、缩短拆卸时间、减少次生损坏的需求，实现了较大的效率提高和效益改善，为行业内同机型的维修工作提供了参考。可以保证当锥形导引头进入摆杆孔后滚针轴承定位准确，暨能保证装配要求。支撑圆筒内壁的筒径要大于 T 型取出圆盘的压力圆盘直径。这样在取出时，可以使滚针轴承和 T 型取出圆盘一起进入支撑圆筒筒内。（四）设计 T 型安装圆盘A：引导柱体 B：压力圆盘T 型安装圆盘中心加工有 M6 的螺纹孔，压力圆盘 B 直径尺寸要大于摆杆通孔直径。引导主体 A 按精度要求略小于滚针轴承内圈尺寸。其他要求同 T 型取出圆盘相同。安装滚针轴承时，将此圆盘放置在摆杆内侧，作为滚针轴承装配时的螺栓旋转受力件，通过螺栓转动带动 T 型安装圆盘推动滚针轴承向摆杆孔前进。整个过程，由于锥形导引头的引导作用和支撑圆筒的定心作用，可以保证滚针轴承准确精密的被压入到摆杆孔内，达到配合精度要求。（五）螺栓的选用根据工具及驱动摆杆滚针轴承配合尺寸的需求，需选用螺栓长度大于 60mm 的 M6 螺栓配合工具使用。在此，因为要与支撑圆筒的孔配合起定心作用，我们把靠近螺栓头的部位留出 10mm 不加工螺纹。一种狭小空间滚针轴承快速拆装工具的使用方法（一）滚针轴承取出当需要对滚针轴承进行拆除时，将驱动摆杆夹紧螺栓松开，使驱动摆杆可以在轴上自由地沿轴向滑动及径向转动，使驱动摆杆处在最佳操作位置，以方便操作。1.将锥形导引头牵引椎体水平置于驱动摆杆左侧，引导柱体插入滚针轴承内，将 T 型取出圆盘置于驱动摆杆右侧，图 10 定心螺栓图 9 T 型安装圆盘图 8 支撑圆筒