重型臥式車床主軸箱主要裝配故障類型研究

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1、重型臥式車床主軸箱主要裝配故障類型研究　　摘要：重型臥式車床作為一種特種機床主要應(yīng)用于航空、船舶、核電等領(lǐng)域中的各種大型、重型特種零件的加工。主軸箱在重型機床中負責(zé)動力傳遞，支承回轉(zhuǎn)部件、保證工件的回轉(zhuǎn)精度，其裝配質(zhì)量對于保證機床在大載荷、大切削力加工時的可靠動力供給和穩(wěn)定運行至關(guān)重要?！　￡P(guān)鍵詞：重型臥式車床；主軸箱；裝配故障　　1.重型臥式車床主軸箱結(jié)構(gòu)　　本文以重型臥式車床主軸箱為研究對象，臥式車床主軸箱基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。主電機由彈性聯(lián)軸節(jié)與主軸箱Ⅰ軸連接，通過Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸的傳動軸齒輪逐級減速，最終動力輸送到主軸，各傳動軸都支承在滾動軸承上。此外，主軸箱箱體為全封閉箱形厚

2、壁結(jié)構(gòu)，整體剛度高，固有頻率高，抗震能力強，箱體內(nèi)采用油潤滑?！　?.重型臥式車床主軸箱主要裝配故障及故障特征　　齒輪箱中的故障按照零部件的不同，可以分為齒輪故障、軸故障、軸承故障等。其中齒輪的故障主要有齒面磨損、齒面擦傷、齒面接觸疲勞以及輪齒斷裂；軸承的故障按照發(fā)生位置不同可以分為內(nèi)圈故障、滾動體故障、保持架故障和外圈故障；軸的故障包括軸彎曲和轉(zhuǎn)軸的不平衡和不對中。此外，作為裝配箱體，齒輪箱的主要裝配故障還有輪齒側(cè)隙過大、裝配松動等。4　　而對于重型臥式車床主軸箱裝配來說，由于是新的待出廠機床，所以齒面磨損、軸承失效等故障并不存在，主要故障除了存在上述故障中的幾種之外，還有一些其它裝配

3、完成后所產(chǎn)生的特有故障?？偨Y(jié)起來，主要有電機與Ⅰ軸在安裝時存在軸不對中，箱體內(nèi)各傳動齒輪之間存在不對中，齒輪箱中個別傳動軸的安裝存在裝配松動，兩對嚙合的齒輪的齒側(cè)隙過大。為了后續(xù)更好的研究和診斷故障，首先對于故障產(chǎn)生的原因、故障生成的機理以及故障存在時的特征進行研究與確定?！　?.1連接軸同軸度超差　　重型臥式車床的電機與主軸箱Ⅰ軸之間都是用聯(lián)軸器進行連接，這種傳動結(jié)構(gòu)的安裝過程中會伴隨著連接軸同軸度超差的故障，這種故障通常表現(xiàn)為軸線平行不對中與軸線角度不對中共存。在出現(xiàn)連接軸之間同軸度超差時，從動軸徑向振動頻率為主動軸轉(zhuǎn)頻的兩倍，而且隨著不對中角度的增加，轉(zhuǎn)速變化的幅度也越來越大。此外

4、，當(dāng)不對中現(xiàn)象存在時，一般都是軸線平行不對中和角度不對中同時出現(xiàn)，從動軸徑向振動出現(xiàn)二倍頻，而且不對中現(xiàn)象越嚴重，二倍頻所占的比例和幅值越大，并且一般情況下二倍頻的幅值都要高于一倍頻?！　?.2同軸度超差造成的齒輪不對中4　　在齒輪箱體的加工裝配過程中，常常會出現(xiàn)由于箱體加工誤差造成孔與孔之間的位置精度不滿足要求，而導(dǎo)致裝有嚙合齒輪的兩軸在裝配后不平行從而由于軸線不平行造成齒輪不對中。此外，重型臥式車床主軸箱中有的齒輪是通過花鍵與軸實現(xiàn)連接傳動的。由于軸的同軸度超差以及齒輪加工時的同軸度超差，造成該齒輪與軸會出現(xiàn)裝配不正，造成的齒輪不對中。這兩種現(xiàn)象均會導(dǎo)致齒輪在齒寬方向所承受的載荷不均

5、勻，傳遞動力的平穩(wěn)性下降，也使得齒面上局部區(qū)域載荷增加，這種現(xiàn)象也被稱為“一端接觸”。不對中齒輪會在嚙合頻率處產(chǎn)生帶有邊頻帶的嚙合頻率振動，而且有嚙合頻率的諧波出現(xiàn)，在二倍和三倍嚙合頻率處諧波的峰值還很高，甚至?xí)哂趪Ш匣l的峰值。此外，在各階諧頻的峰值周圍出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象，調(diào)制頻率與該齒輪所在軸的旋轉(zhuǎn)頻率吻合，齒輪不對中的頻譜圖如圖2.1所示?！　?.3嚙合輪齒側(cè)隙過大　　在主軸箱裝配中，會出現(xiàn)裝配后相互嚙合的輪齒齒側(cè)間隙過大。因為齒側(cè)間隙會對齒輪傳動時的載荷變化產(chǎn)生影響，使得動態(tài)特性與以前不一致，而造成齒輪系統(tǒng)振動特性的變化，使得表征振動特點的峰值頻率發(fā)生改變。當(dāng)齒側(cè)間隙過大時，在頻譜圖

6、上除了有嚙合基頻的高次諧波外，還會出現(xiàn)嚙合基頻的分數(shù)倍諧波，其頻譜圖如圖2.2所示?！　?.4軸承座安裝松動　　在傳動軸安裝的過程中，支承軸的軸承是被安裝在箱體中的軸承座上。在安裝過程中，有可能存在由于軸承座連接螺栓安裝不緊造成的軸承座安裝松動情況，一旦出現(xiàn)會導(dǎo)致箱體在工作時伴隨有強烈的振動和噪聲，這樣就不能起到保證傳動穩(wěn)定的作用。盡管這種故障在實際中出現(xiàn)的頻率較以上提到的幾種低，但是鑒于其對正常工況的嚴重干擾，還是需要對其進行準(zhǔn)確診斷來排除?！　≡诎惭b松動出現(xiàn)時，在頻譜圖上除了出現(xiàn)軸轉(zhuǎn)動頻率f這一基本頻率，還會伴隨有2×f，3×f，4×4f等軸轉(zhuǎn)頻的高次諧頻，也會存在f/2，2f/3，

7、f/3等基頻的分數(shù)階頻率成分，而且這些頻率的幅值較正常工作時都有顯著增加，但是還是以旋轉(zhuǎn)基頻為主。所以在診斷這種故障時要對各特征頻率處的幅值綜合分析。　　結(jié)論　　主軸箱在重型機床中負責(zé)動力傳遞，支承回轉(zhuǎn)部件、保證工件的回轉(zhuǎn)精度，其裝配質(zhì)量決定機床的性能。本文分析了裝配中常見的同軸度超差和軸承座安裝松動產(chǎn)生的不利影響，對分析機床振動和噪聲有著積極地意義?！　⒖嘉墨I　　[1]李錄平，韓西京，韓守木，等.從振動頻譜中提取旋轉(zhuǎn)機械故障特征