论文部分内容阅读
[摘 要]大型滚动轴承装配是装配过程中的一大难点，影响装配效率和装配精度，本文以铁姆肯轴承装配为研究对象，介绍了大型滚动轴承安装的工艺方法，关键控制点等内容。
[关键词]大型滚动轴承、轴承安装、工艺方法、关键控制
中图分类号：U260.331+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0283-02
我单位是以生产超重型矿用车为主的厂家，大型滚动轴承是产品上的关重件，轴承内径在150mm-750mm之间，外径在250mm-990mm之间，宽度在60mm-160mm之间。在产品使用过程中，由于安装原因，轴承的精度、寿命和性能未能完全达到使用要求，严重影响了产品质量，在经济上造成了巨大损失。对此，我公司通过研究轴承装配过程中各个重要工艺环节来提高轴承装配质量。
1 轴承装配的工艺方案
根据图纸要求，有一部分轴承为内圈紧配合，外圈松配合，另一部分轴承为内圈松配合，外圈紧配合。由于轴承过盈量较大，不能通过人工敲击法和压装进行装配，只能采用热装和冷装两种工艺方案。
2 热装轴承工艺控制方法
2.1 加热前的准备工作
（1）复检直径，凸台、圆角和倒角等配合尺寸，对重要件应作好复检尺寸记录。
（2）用干净的油洗净，去除轴承上的防锈剂，除去防锈剂的轴承，易生锈，不能放置太久，而且应该及时用润滑脂进行润滑。
（3）首件加热出炉后应对配合尺寸进行复检，确保尺寸满足装配要求。
（4）加热温度不宜过高，满足装配要求即可，轴承加热温度不得大于120℃。
（5）热装前看好图纸和工艺，不要漏掉热装前先装的相关件，例如挡圈和垫片等
（6）对热装有位置要求的零件，在事先作好标记。
2.2 热装温度的确定
按计算公式T=（Δ1+Δ2）/dα+t确定轴承内圈加热温度，计算结果如下：
T=（Δ1+Δ2）/dα+t=（0.0485+0.300）/479.425×0.000011+20℃=86℃
（式中，T-零件所需的热装温度℃；α-被加热件的线膨胀系数（根据轴承材料线膨胀系数取0.000011））；Δ1-配合件的最大过盈量mm；Δ2-热装时的间隙mm；一般取配合直径的0.9-1.4‰；d-配合直径mm；t-室温，一般可取20℃。
根据与铁姆肯轴厂商沟通情况，轴承加热温度不能超过120℃。超过120℃时，一方面会使润滑脂流出，另一方面轴承钢中残余奥氏体会向马氏体转变，导致轴承外圈圆周加长，引起工作时振动。
2.3 加热过程控制措施
（1）为使轴承不直接接触油槽底部，最好考虑将轴承放在金属网台上，或将轴承吊起来。
（2）将轴承加热到比所需温度高20℃左右，以便操作过程中不至发生内圈变冷，难于安装。
（3）油液应清干净，避免污染轴承。
（4）控制加热时间和保温时间
a.零件的加热时间与零件的结构、壁厚、材质和加热方法有关，一般可按零件的壁厚考虑，经验数据是每厚10mm需15min的加热时间，根据零件结构尺寸加热时间定为120min。
b.保温时间与壁厚有关，经验数据是每厚10mm需保温5min，根据零件结构尺寸保热时间定为40min。
2.4 组装过程控制
（1）加热零件取出后，必须用内卡钳或热装样板测量孔的胀量，当内卡钳或样板通过时才能进行热装。否则要延长加热时间，直至胀量达到要求为止 ，其中测量杆的尺寸L按下式计算：
L=d+Δ1+Δ2=479.425+0.097+0.5=480.022mm
（式中，L=热装尺寸，mm；d-配合直径，mm； Δ1-配合件的最大过盈量mm；Δ2-热装时的间隙mm；）
（2）加热零件孔的胀量达到要求后要立即进行热装，动作要快而准确，一次装到底，中途不得停留，如果发生故障，不许强迫装入，排除再热装。
2.5 组装后的过程控制
轴承安装后，随着热量外散，整体将会冷却下来，宽度方向也收缩，必须采取措施对内圈进行限位，消除冷却收缩产生轴向间隙，通过我们总结及攻关，通常可采用如下方法：
（1）撞击法 零件热装后，在冷却过程中用铜锤或轴类撞击加热零件，直至消除间隙为止，撞击时要垫铜板或木板，防止损伤零件，这种方法适用于中小件。
（2）压重物法 零件热装后，在冷却过程中用重物压在加热零件上以便消除间隙。
（3）压力机顶住法 零件热装后，冷却过程中在压力机上随时给压直至消除间隙为止。
（4）螺栓拉紧法 在零件结构允许的情况下利用法兰盘，螺栓联紧，在冷却过程随时拧紧螺母直至消除间隙。
（5）零件自重法 大型零件热装后，利用零件自重在冷却过程中消除间隙。
由于此次研究的轴承尺寸较大，我们采用螺栓压紧法进行，采用自然冷却的方法进行冷却，热装后的轴向配合面间隙控制在0.1mm-0.15mm之间，完全满足产品装配技术要求。
3 冷装轴承工艺控制方法
3.1 冷却前的准备工作
（1）复检直径，凸台、圆角和倒角等配合尺寸，对重要件应作好复检尺寸记录。
（2）用干净的油洗净，去除轴承上的防锈剂，除去防锈剂的轴承，易生锈，不能放置太久，而是应该及时用润滑脂进行润滑。
（3）首件冷却出炉后应对配合尺寸进行复检，确保尺寸满足装配要求。
3.2 冷装温度的确定
按计算公式T=2i/d确定冷却温度，冷却温度计算如下： T=2i/dα=2×0.226/635×0.0000085=81℃（零下）
式中，T-零件所需的冷装温度℃；α-被冷装件的线膨胀系数（0.0000085））；i-配合件的最大过盈量mm； d-配合直径mm。
3.3 冷却时间的确定
我公司采用液态氧进行冷却，t=αδ+6=1.4×95+6=140min
（式中，T-零件所需的冷却时间，min；α-与材料有关的综合系数（取1.4））；δ-零件最大冷却壁厚、半径或厚度，mm）
3.4 冷却介质消耗量的确定
目前冷却介质主要有如下几种：
a. 干冰—固体二氧化碳 能将零件冷至零下75℃，因降温低而只适用于过盈小的套类零件（例如H7/k6）。用它作冷却剂时，应在盛有酒精或丙酮的容器周围放置干冰预冷，然后在冷却器内再放入一定量的干冰，这样的混合液体可将零件冷却至零下75℃。也可以将被冷却零件放入冷却箱内再埋入固体二氧化碳达到冷却目的。
b. 液态氨 能将零件冷至零下120℃，在使用时将液态氨放入具有蛇形管的冷却器里，对零件间接冷却，冷却时间较长。如直接同零件接触会腐蚀零件，具有强烈的臭味，妨害工人操作。
c.液态氮 能将零件冷至零下195℃，用它作冷却剂较液态氨稳定，对零件、冷却箱和取氮罐不起腐蚀作用，是较理想的冷却剂。
d.液态氧 能将零件冷至零下180℃，略低于氮，氧的性质活泼，能助燃不能自燃。制氧站有较充足的液态供应，取氧罐和冷却箱造价又不高，用它作冷却剂是经济合理的。
根据公司目前现有的生产条件，采用液氮装置进行冷却，按下列公式进行计算：
P=2G+a=2×40+1/3×40=95kg
（式中，P-液态氧冷却剂消耗量，kg；G-被冷装件的重量，kg；a-消耗于冷装容器等不宜计算的液态氮重量，一般可取（1/3-1/2）G ，kg）
3.5 组装过程控制
（1）冷装操作者应穿戴好防护用具，将液态氮从取氮罐中小心地倾注在冷却箱里。用钳子、铁丝或其它工具将零件放入冷却箱中，冷透后用工具取工件装入相关孔中，动作要迅速沉着。注意装配的同心性，及时用软金属或木锤敲击纠正装配中产生的歪斜，直到冷装到位。
（2）当包围件尺寸较大、受加热设备的限制而过盈量又在冷却剂收缩范围时，被包围件宜采用冷装，例如铜套、耳轴之类的零件。
（3）因冷装后有残留的杂质和冷凝水附在冷装容器内壁上，为防止腐蚀应擦拭干净。
（4）冷却时间从零件浸入冷却剂中算起。零件浸入初期有强烈的沸腾现象，以后逐渐减弱直至消失。刚停止时只说明零件表面与冷却剂的温差很小，并未完全冷透，还需按壁厚再冷却一段时间。
4 热装或冷装需要控制的共同点
（1）按所装的轴承准备好所需要的工具和量具，所有量具经计量鉴定后均合格。
（2）装配前仔细检查轴颈、箱体孔与轴承的配合尺寸，检查轴承型号是否与图纸一致。
（3）轴承有标识的一端应在安装在外侧。
（4）用压力机压入时，应将垫块入内圈，用压力机静静地压至内圈面紧密地接触到轴挡肩为止，严禁外圈垫上垫块安装内圈。
（5）操作时，最好事先在配合面上涂油，减少装配时的摩擦力。
5 装配后检查
轴承安装结束后，为了检查安装是否正确，要进行运转检查，因为轴承大，不能手动旋转，需要外配动力进行旋转，通过无负荷的启动后立即关掉动力，进行惯性动运转，检查有无振动、声响、旋转部件是否有接触等等，确认无异常后进行动力运转。动力运转从无负荷低速开始，慢慢地提高至所定条件额定运转，试运转时检查是否有异常声响、轴承温度的转移，润滑剂的泄漏及变色等。试运行如果发现异常，应立即中止运转，检查机械、有必要时拆下轴承检查。
轴承温度检查一般从外壳外表推测可知，但利用油孔，直接测量轴承外圈温度，更加准确。轴承温度运转开始渐渐上升，如无异常，通常1～2小时后稳定，如果轴承或安装不良，轴承温度会急剧上升，出现异常高温。其原因诸如润滑剂过多，轴承游隙过小，安装不良，密封装置磨擦过大等。
6 结束语
通过研究轴承装配过程中热装、冷装工艺方法，提出了大型滚动轴承装配工艺措施，较好地解决了解决大型滚动轴承的装配难点，降低了制造成本，保证生产进度，为公司的生产赢得效益。
参考文献
[1] 吕亚臣.《重型机械工艺手册》.哈尔滨：哈尔滨出版社，1998.
[2] 王焕庭.《机械工程材料》.大连：大连理工大学出版社，1996.
[3] 郭逊.《重型机械制造实用手册》.黑龙江：黑龙江文化电子音像出版社，1996.
[关键词]大型滚动轴承、轴承安装、工艺方法、关键控制
中图分类号：U260.331+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0283-02
我单位是以生产超重型矿用车为主的厂家，大型滚动轴承是产品上的关重件，轴承内径在150mm-750mm之间，外径在250mm-990mm之间，宽度在60mm-160mm之间。在产品使用过程中，由于安装原因，轴承的精度、寿命和性能未能完全达到使用要求，严重影响了产品质量，在经济上造成了巨大损失。对此，我公司通过研究轴承装配过程中各个重要工艺环节来提高轴承装配质量。
1 轴承装配的工艺方案
根据图纸要求，有一部分轴承为内圈紧配合，外圈松配合，另一部分轴承为内圈松配合，外圈紧配合。由于轴承过盈量较大，不能通过人工敲击法和压装进行装配，只能采用热装和冷装两种工艺方案。
2 热装轴承工艺控制方法
2.1 加热前的准备工作
（1）复检直径，凸台、圆角和倒角等配合尺寸，对重要件应作好复检尺寸记录。
（2）用干净的油洗净，去除轴承上的防锈剂，除去防锈剂的轴承，易生锈，不能放置太久，而且应该及时用润滑脂进行润滑。
（3）首件加热出炉后应对配合尺寸进行复检，确保尺寸满足装配要求。
（4）加热温度不宜过高，满足装配要求即可，轴承加热温度不得大于120℃。
（5）热装前看好图纸和工艺，不要漏掉热装前先装的相关件，例如挡圈和垫片等
（6）对热装有位置要求的零件，在事先作好标记。
2.2 热装温度的确定
按计算公式T=（Δ1+Δ2）/dα+t确定轴承内圈加热温度，计算结果如下：
T=（Δ1+Δ2）/dα+t=（0.0485+0.300）/479.425×0.000011+20℃=86℃
（式中，T-零件所需的热装温度℃；α-被加热件的线膨胀系数（根据轴承材料线膨胀系数取0.000011））；Δ1-配合件的最大过盈量mm；Δ2-热装时的间隙mm；一般取配合直径的0.9-1.4‰；d-配合直径mm；t-室温，一般可取20℃。
根据与铁姆肯轴厂商沟通情况，轴承加热温度不能超过120℃。超过120℃时，一方面会使润滑脂流出，另一方面轴承钢中残余奥氏体会向马氏体转变，导致轴承外圈圆周加长，引起工作时振动。
2.3 加热过程控制措施
（1）为使轴承不直接接触油槽底部，最好考虑将轴承放在金属网台上，或将轴承吊起来。
（2）将轴承加热到比所需温度高20℃左右，以便操作过程中不至发生内圈变冷，难于安装。
（3）油液应清干净，避免污染轴承。
（4）控制加热时间和保温时间
a.零件的加热时间与零件的结构、壁厚、材质和加热方法有关，一般可按零件的壁厚考虑，经验数据是每厚10mm需15min的加热时间，根据零件结构尺寸加热时间定为120min。
b.保温时间与壁厚有关，经验数据是每厚10mm需保温5min，根据零件结构尺寸保热时间定为40min。
2.4 组装过程控制
（1）加热零件取出后，必须用内卡钳或热装样板测量孔的胀量，当内卡钳或样板通过时才能进行热装。否则要延长加热时间，直至胀量达到要求为止 ，其中测量杆的尺寸L按下式计算：
L=d+Δ1+Δ2=479.425+0.097+0.5=480.022mm
（式中，L=热装尺寸，mm；d-配合直径，mm； Δ1-配合件的最大过盈量mm；Δ2-热装时的间隙mm；）
（2）加热零件孔的胀量达到要求后要立即进行热装，动作要快而准确，一次装到底，中途不得停留，如果发生故障，不许强迫装入，排除再热装。
2.5 组装后的过程控制
轴承安装后，随着热量外散，整体将会冷却下来，宽度方向也收缩，必须采取措施对内圈进行限位，消除冷却收缩产生轴向间隙，通过我们总结及攻关，通常可采用如下方法：
（1）撞击法 零件热装后，在冷却过程中用铜锤或轴类撞击加热零件，直至消除间隙为止，撞击时要垫铜板或木板，防止损伤零件，这种方法适用于中小件。
（2）压重物法 零件热装后，在冷却过程中用重物压在加热零件上以便消除间隙。
（3）压力机顶住法 零件热装后，冷却过程中在压力机上随时给压直至消除间隙为止。
（4）螺栓拉紧法 在零件结构允许的情况下利用法兰盘，螺栓联紧，在冷却过程随时拧紧螺母直至消除间隙。
（5）零件自重法 大型零件热装后，利用零件自重在冷却过程中消除间隙。
由于此次研究的轴承尺寸较大，我们采用螺栓压紧法进行，采用自然冷却的方法进行冷却，热装后的轴向配合面间隙控制在0.1mm-0.15mm之间，完全满足产品装配技术要求。
3 冷装轴承工艺控制方法
3.1 冷却前的准备工作
（1）复检直径，凸台、圆角和倒角等配合尺寸，对重要件应作好复检尺寸记录。
（2）用干净的油洗净，去除轴承上的防锈剂，除去防锈剂的轴承，易生锈，不能放置太久，而是应该及时用润滑脂进行润滑。
（3）首件冷却出炉后应对配合尺寸进行复检，确保尺寸满足装配要求。
3.2 冷装温度的确定
按计算公式T=2i/d确定冷却温度，冷却温度计算如下： T=2i/dα=2×0.226/635×0.0000085=81℃（零下）
式中，T-零件所需的冷装温度℃；α-被冷装件的线膨胀系数（0.0000085））；i-配合件的最大过盈量mm； d-配合直径mm。
3.3 冷却时间的确定
我公司采用液态氧进行冷却，t=αδ+6=1.4×95+6=140min
（式中，T-零件所需的冷却时间，min；α-与材料有关的综合系数（取1.4））；δ-零件最大冷却壁厚、半径或厚度，mm）
3.4 冷却介质消耗量的确定
目前冷却介质主要有如下几种：
a. 干冰—固体二氧化碳 能将零件冷至零下75℃，因降温低而只适用于过盈小的套类零件（例如H7/k6）。用它作冷却剂时，应在盛有酒精或丙酮的容器周围放置干冰预冷，然后在冷却器内再放入一定量的干冰，这样的混合液体可将零件冷却至零下75℃。也可以将被冷却零件放入冷却箱内再埋入固体二氧化碳达到冷却目的。
b. 液态氨 能将零件冷至零下120℃，在使用时将液态氨放入具有蛇形管的冷却器里，对零件间接冷却，冷却时间较长。如直接同零件接触会腐蚀零件，具有强烈的臭味，妨害工人操作。
c.液态氮 能将零件冷至零下195℃，用它作冷却剂较液态氨稳定，对零件、冷却箱和取氮罐不起腐蚀作用，是较理想的冷却剂。
d.液态氧 能将零件冷至零下180℃，略低于氮，氧的性质活泼，能助燃不能自燃。制氧站有较充足的液态供应，取氧罐和冷却箱造价又不高，用它作冷却剂是经济合理的。
根据公司目前现有的生产条件，采用液氮装置进行冷却，按下列公式进行计算：
P=2G+a=2×40+1/3×40=95kg
（式中，P-液态氧冷却剂消耗量，kg；G-被冷装件的重量，kg；a-消耗于冷装容器等不宜计算的液态氮重量，一般可取（1/3-1/2）G ，kg）
3.5 组装过程控制
（1）冷装操作者应穿戴好防护用具，将液态氮从取氮罐中小心地倾注在冷却箱里。用钳子、铁丝或其它工具将零件放入冷却箱中，冷透后用工具取工件装入相关孔中，动作要迅速沉着。注意装配的同心性，及时用软金属或木锤敲击纠正装配中产生的歪斜，直到冷装到位。
（2）当包围件尺寸较大、受加热设备的限制而过盈量又在冷却剂收缩范围时，被包围件宜采用冷装，例如铜套、耳轴之类的零件。
（3）因冷装后有残留的杂质和冷凝水附在冷装容器内壁上，为防止腐蚀应擦拭干净。
（4）冷却时间从零件浸入冷却剂中算起。零件浸入初期有强烈的沸腾现象，以后逐渐减弱直至消失。刚停止时只说明零件表面与冷却剂的温差很小，并未完全冷透，还需按壁厚再冷却一段时间。
4 热装或冷装需要控制的共同点
（1）按所装的轴承准备好所需要的工具和量具，所有量具经计量鉴定后均合格。
（2）装配前仔细检查轴颈、箱体孔与轴承的配合尺寸，检查轴承型号是否与图纸一致。
（3）轴承有标识的一端应在安装在外侧。
（4）用压力机压入时，应将垫块入内圈，用压力机静静地压至内圈面紧密地接触到轴挡肩为止，严禁外圈垫上垫块安装内圈。
（5）操作时，最好事先在配合面上涂油，减少装配时的摩擦力。
5 装配后检查
轴承安装结束后，为了检查安装是否正确，要进行运转检查，因为轴承大，不能手动旋转，需要外配动力进行旋转，通过无负荷的启动后立即关掉动力，进行惯性动运转，检查有无振动、声响、旋转部件是否有接触等等，确认无异常后进行动力运转。动力运转从无负荷低速开始，慢慢地提高至所定条件额定运转，试运转时检查是否有异常声响、轴承温度的转移，润滑剂的泄漏及变色等。试运行如果发现异常，应立即中止运转，检查机械、有必要时拆下轴承检查。
轴承温度检查一般从外壳外表推测可知，但利用油孔，直接测量轴承外圈温度，更加准确。轴承温度运转开始渐渐上升，如无异常，通常1～2小时后稳定，如果轴承或安装不良，轴承温度会急剧上升，出现异常高温。其原因诸如润滑剂过多，轴承游隙过小，安装不良，密封装置磨擦过大等。
6 结束语
通过研究轴承装配过程中热装、冷装工艺方法，提出了大型滚动轴承装配工艺措施，较好地解决了解决大型滚动轴承的装配难点，降低了制造成本，保证生产进度，为公司的生产赢得效益。
参考文献
[1] 吕亚臣.《重型机械工艺手册》.哈尔滨：哈尔滨出版社，1998.
[2] 王焕庭.《机械工程材料》.大连：大连理工大学出版社，1996.
[3] 郭逊.《重型机械制造实用手册》.黑龙江：黑龙江文化电子音像出版社，1996.