典型机械设备修理

机械设备修理工艺学主编晏初宏第七章典型机械设备的修理第一节轴与轴承的修理第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整第四节固定联接和壳体类零件的修理第五节卧式车床的修理第一节轴与轴承的修理一、主轴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。(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。(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。第一节轴与轴承的修理图7-3主轴的精度测量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。第一节轴与轴承的修理3)锥孔表面5对表面1、2轴线的径向圆跳动公差为0.005mm。(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。二、传动轴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。三、轴承的修理第一节轴与轴承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回转精度。因此，轴承的精度状态是轴类零件回转精度的重要保证。1.液体动压滑动轴承的修理(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。图7-4普通滑动轴承第一节轴与轴承的修理图7-5机床主轴滑动动压轴承形式(2)油孔的位置及油槽的形式油孔的作用是给轴承与轴之间不断第一节轴与轴承的修理补充润滑油，因此油孔在轴承上的位置很重要。(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。1)主轴轴瓦刮研的方法：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。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。图7-6对开轴瓦刮研1—轴承盖2—上轴瓦3—垫片4—下轴瓦5—轴承座6—双头螺柱7—螺母第一节轴与轴承的修理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。图7-7活动多油楔轴承第一节轴与轴承的修理图7-8短三片瓦活动多油楔轴承工作原理第一节轴与轴承的修理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。第一节轴与轴承的修理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)。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。图7-9带锥面的滑动轴承a)内锥外圆式b)内圆外锥式第一节轴与轴承的修理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，但刮削操作困难、易疲劳。②箱体横放，使轴承锥孔中心线水平，刮削操作方便，但需在研点时附加很大轴向力，且易出现虚假着色斑点。5)内圆外锥式轴承刮研：内圆外锥式滑动轴承如图7-9b所示，其外锥面及所配合的锥孔需配刮才能达到精度要求，因此刮研顺序十分重要。2.滚动轴承的选配与调整第一节轴与轴承的修理(1)主轴部件滚动轴承的选用与配置主轴轴承是主轴部件的重要组成部分，主轴部件的回转精度、刚度、抗振性等工作性能在很大程度上由轴承性能决定，因此轴承必须满足主轴部件的使用要求。1)适应承载能力和刚度的要求：在径向承载能力和刚度方面，线接触的圆柱或圆锥滚子轴承比点接触的球轴承好。2)适应转速的要求：在允许极限转速内选用合适的转速可以减少轴承发热，保持工作精度。3)适应精度的要求：滚动轴承的精度应适应主轴精度要求。第一节轴与轴承的修理4)适应温升和热变形的需要：滚动轴承的温度和温升在《金属切削机床通用技术条件》中规定，机床经一定时间运转后，其温度上升幅度不超过每小时5℃，可认为达到了稳定温度，其稳定温度不超过70℃，温升不超过40℃。(2)滚动轴承的调整和预加负荷把轴承调整到完全消除间隙并且产生一定过盈量的方法称轴承的预紧。1)轴承间隙的调整方法：角接触球轴承间隙的调整的方法如图7-10所示。图7-10角接触球轴承间隙的调整第一节轴与轴承的修理图7-11圆锥孔调心圆柱滚子轴承间隙的调整1—垫圈2—套环2)滚动轴承的预加负荷量：在滚动轴承上预加适当负荷，第一节轴与轴承的修理对提高轴承刚性和回转精度，延长轴承寿命，提高轴承抗振性都有很大好处。第一节轴与轴承的修理表7-1角接触球轴承预加负荷量(单位：N)1720253035404550n＜10001401802203204505806306801000＜n＜2000100120150210300380420450n＞20007090110160230第一节轴与轴承的修理3)轴承预加负荷量的测量方法：轴承预加负荷量的测量方法有感觉法和测量法两种。(3)滚动轴承的选配主轴轴颈和轴承内外圈都有一定的制造误差，在装配时适当选择误差偏向，可降低误差的影响，进一步提高主轴部件的回转精度。图7-12感觉法测量轴承预加负荷量第一节轴与轴承的修理图7-13用杠杆千分表测量轴承预加负荷量1—平板2—圆座体3—套筒4—重物5—水平尺第一节轴与轴承的修理图7-14单轴承选配(4)滚动轴承的定向装配当轴承轴线与主轴轴线在同一平面内时，调节相关零件制造偏差的位置使之部分抵消，第一节轴与轴承的修理可使主轴前端定心表面中心距理想中心偏差最小。图7-15双支承主轴轴承定向装配示意图第一节轴与轴承的修理1)装配前后轴承时，在单个轴承选配后，使前后支承最大径向圆跳动点在同一轴向平面内，位于主轴轴线两侧，则前后轴承误差将叠加；若位于主轴轴线的同侧，则误差将抵消一部分；当δ1(1+l/L)=δ2l/L时，误差相互抵消。2)因为(1+l/L)＞l/L，当轴承径向圆跳动量一定时，将轴承用作前支承比用于后支承对主轴端部的径向圆跳动影响大，因此前轴承比后轴承精度高一等级。(5)滚动轴承的代用随着进口设备的增多，滚动轴承备件有时不能及时供应，为不影响生产，有时需用国产轴承代替进口轴承。1)根据拆下的旧轴承或机床说明书，找到轴承代号，再从“各国轴承型号对照表”中查到相应国产轴承代号。第一节轴与轴承的修理2)根据轴承的结构、尺寸、类型查找国产同类轴承的尺寸和结构，并参考国内同类轴承精度等级确定代用轴承精度等级，安装后要密切注意代用轴承的工作状况。3)若原轴承精度达不到使用要求，可选用高一级精度的轴承代用，但在安装之前要对所安装部位的轴颈尺寸精度作相应的加工或提高，否则不能达到提高轴的回转精度的目的。4)代用轴承的合适与否可通过实践经验方法判断：代用轴承在使用中的温升是否正常；代用轴承在使用一段时间后精度保持性如何；代用轴承在高速运转时，轴的工作性能是否达到规定要求；代用轴承振动噪声是否在正常的范围以内；代用轴承使用寿命是否受到较大影响。第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理一、丝杠螺母副的修理丝杠螺母副是将旋转运动变成直线运动的传动机构。丝杠螺母副在机床上主要用于实现直线进给运动。这种传动方式具有传动平稳性好，具有自锁能力(滚珠丝杠副除外)等优点，也存在摩擦阻力大、润滑不良等缺点。在普通机床上常用的丝杠螺母副大部分是梯形螺纹或矩形螺纹。1.丝杠螺母副的精度检验2.丝杠螺母副的修复图7-16压力校直丝杠第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理(1)丝杠的校直直线度超差的丝杠一般都要进行校直，校直的方法主要采取冷校直法，丝杠冷校直方法主要有压力校直法和锤击校直法两种。图7-17丝杠的锤击校直第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理(2)磨损丝杠的修复丝杠的磨损主要是丝杠齿形的磨损。1)校直丝杠，使其直线度在规定的范围内。2)精修丝杠外径，因丝杠外径是丝杠螺纹加工的基准。3)精车螺纹，在精车前要校核丝杠的强度，根据丝杠允许的最小直径，确定丝杠最大允许加工余量，丝杠修复后，直径减少过多则会影响丝杠强度。(3)磨损螺母的修换因丝杠一般采用调质后的碳素结构钢，硬度和耐磨性较高。二、曲轴连杆机构的修理第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理曲轴连杆机构一般由曲轴、飞轮、连杆、活塞等零件组成，它是动力机械、制冷机械等往复运动机械的重要组成部分。曲轴连杆机构担负着将往复直线运动转化成旋转运动，或者将旋转运动转化成往复直线运动的任务。该机构受力复杂、工作条件恶劣，易于产生损伤和失效。1.曲轴的修理(1)曲轴轴颈磨损的修复曲轴轴颈磨损的修复方法，可根据其磨损程度确定其修复方法。(2)曲轴裂纹的修复曲轴受力复杂，承受交变应力大，在曲拐与曲拐臂的交接处易产生横向裂纹，在油孔处易产生纵向裂纹，横向裂纹危害较大。第二节丝杠螺母副和曲轴连杆机构的修理(3)曲轴变形的修复曲轴使用一段时间后，大部分会产生一定的变形。2.活塞连杆组的修理(1)活塞组件的修理活塞组件包括活塞、活塞环、活塞销等零件。(2)连杆组件的修理连杆是将活塞得到的动力传递到曲轴的构件。图7-18连杆大小头孔平行度检验a)垂直面内平行度b)水平面内平行度1—V形架2、４—心棒3—连杆5—百分表第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整一、分度蜗杆副的失效形式机床上的分度蜗杆副分两类，一类用来传递连续的精确分度运动，如齿轮机床的分度蜗杆副传动，另一类用作静态的间断分度，如坐标镗床的回转工作台和分度头的分度回转。分度蜗杆副精度要求较高，制造周期长，成本高。因此，分度蜗杆副一旦精度超差，采用修复的方法比较经济。二、分度蜗杆副的精度检查分度蜗杆副的精度检测方法主要分为蜗杆副单个要素检测和蜗杆副综合要素检测两种方法。前者是检测蜗杆副中每一零件的各项几何精度，后者是检查蜗杆副啮合过程中分度精度的状况。在设备的维修和使用过程中经常使用的方法是后者。第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整图7-19刻度盘与读数显微镜定位法1—微动蜗杆2—蜗轮3—分度蜗轮轴4—刻度盘5—螺母6—刻度盘支架7—光源8—读数显微镜第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整1.静态综合测量法图7-20经纬仪检测滚齿机工作台分度测量示意图1—读数显微镜2—高精度分度盘3—微调蜗杆4—蜗杆中心线5—经纬仪6—工作台7—平行光管8—支架2.动态综合测量法第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整图7-21磁分度检查仪原理图1、5—磁分度盘2—蜗轮3—蜗杆4、8—磁头6—比相仪7—记录器第三节分度蜗杆副的修理和传动齿轮的修理调整三、分度蜗杆副的修复方法1.机械加工修复方法2.手工修复方法1)将需刮削的蜗轮安装在分度机构上，调整好各项安装精度及间隙，装入蜗杆并调整到啮合位置。2)在分度蜗轮的每个齿上写上序号，并用静态综合