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1、G 通用机械制造 G M M a n u f a c t u r e 伽嗣用帆鞭 ww t y j x n e t 2 o 1 2 第2 期 【 摘 要】介绍 了大型双吸泵轴承安装后产生的误差及引起发热烧 损的原因，分析 了各种加工方法所产生的影响，提 出了轴承结构改进 的方案 。 【 关键词】双吸泵轴承加工结构 一 前言 大型双吸泵可用于电力、农田排灌和市政给排水等领域 ，尤其在 黄河水力工程 中更是被广泛应用。但是泵在运行中，由于轴承安装误 差出现了一些值得关注的问题，如运行中滚动轴承温度过高 ，甚至有 烧损现象。产生原因很多，除润滑系统外 ，现就其设计结构 、加工方 法和安装调试等有关问
2、题进行分析。 = 大型双吸泵的轴承结构形式 目前一般的大型双吸泵的轴承结构如图1 所示。 泵体的两端，分别有安装轴承座的半圆孔，轴承座通过泵体上半 圆孔和其端面定位 ，用螺栓固定在泵体上。设计图样给出了两端半圆 孔的同轴度要求及其轴向圆跳动要求，以保证转子在轴承中的正常转 动。设计时考虑到大型泵体加工的困难 ，两端轴承座上的轴承安装孔 相距很远 ( 一般大于4 m)，同轴度精度难以保证 ，故两端的滑动轴承 外表面采用了球面配合结构，起到 自 动调心作用，以弥补加工产生的 同轴度误差。 从理论上讲 ，双吸泵的轴向力为零 ，故转子的两端主轴承采用 滑动轴承，只承担泵转子产生的径向力，但由于制造、运
3、行工况等原 因，总会产生一些轴向力，设计师充分考虑到了这种情况，故在泵的 4 3 图1 大型双吸泵轴承结构示意 1 泵体 2 轴承座 3 滑 动轴承 4 轴承压盖 5 角接触球轴承 上海东方泵业 一 集团一有限公司 一 0 一 o 一 王 勇 安志林 张永泉 安 装 及 加 工 误 差 分 析 大 型 双 吸 泵 轴 承 一端安装了两盘角接触球轴承，以承受泵在运行过程中 产生的轴向力。角接触球轴承与泵轴为过渡配合并用螺 母锁紧，而轴承外圈却与轴承座有较大的间隙，轴承压 盖与轴承外圈之间有0 3 ram 左右的间隙。运行中在没有 轴向力的情况下，角接触球轴承不起作用，随轴空转， 在有轴向力产生时
4、 ，泵转子产生轴向移动，这时轴承外 圈与轴承座 ( 或者轴承压盖)接触，阻止转子的轴向移 动而承受轴向力。一般情况下轴向力不会太大 ， 故选用 角接触球轴承而没有选用推力轴承，这种结构在正常情 况下 ( 即加工后正确测量满足设计要求)运行没有问 题。但当泵体上安装轴承座的半圆孔同轴度及其端面对 泵轴中心的跳动量超过设计要求时，或者轴承座加工几 何公差超过设计要求时 ，情况将有很大的变化。由于滑 动轴承外表面采用了球面结构，能起到 自动调心作用， 所以人们对泵体两端安装轴承座的半圆孔同轴度及其端 面对泵轴中心的跳动量重视不够，总觉得滑动轴承能 自 动调心，形位误差超过设计要求也关系不大，因此放松
5、 了对其检测，也正是由于这一放松，对泵的正常运行产 生了严重的后果。在加工满足设计要求的情况下，泵转 子的运行情况如图2 所示。 图2 泵转子运行情况 ( 满足设计要求) 1 角接触球轴 承 2 _ 夕 球面滑动轴承 泵的径 向力完全 由滑动轴承承受 ，一旦产生 了轴 向力，角接触球轴承的外圈与轴承座 ( 或者轴承压盖) 完全接触，凭借轴承外圈与轴承座之间的摩擦力大于轴 承滚动体的摩擦力，而使轴承内外圈产生相对转动 ，轴 承均匀受力而正常运行。 但当加工形位误差超 出设计要求时，泵转子的运 行情况就会变成如图3 所示的状态。 通用 祝税制 造GM I G M M a n u f a c t u
6、 r e I 由于泵体上两端安装轴承座的半圆孔不同轴 ，或 者由于轴承座 ( 轴承压盖工作面)与泵轴的回转中心不 垂直 ，当转子产生轴向力而轴向移动时，轴承外圈与轴 承座 ( 或轴承压盖)产生接触，这种接触使轴承内圈轴 线和外圈的轴线发生相对偏转，这种偏转超过轴承本身 允许的偏转角度时，接触不再是整个圆周，而是一个 点，在接触点的对面，则产生一个间隙。这时轴承不是 均匀受力，而是局部受力并受到一个附加力矩的作用。 本来轴向力并不大，但这是对轴承均匀受力而言，但在 此时 ，轴向力作用在轴承的一两个滚动体上时，在轴承 上产生的应力就有可能超过轴承的许用应力，而使轴承 过早的失效 ，附加的弯矩也会使
7、轴承的保持架损坏。一 旦滚动体或者轴承保持架损坏，轴承温度迅速上升，不 及时停车 ，必然造成轴承烧损，引起轴承外圈和泵轴一 起转动。起初磨损轴承座 ( 或轴承压盖)的某一点， 继 而迅速扩大到整个工作表面。 图3 泵转子运行情况 ( 超出设计要求) 三、机械加工产生的误差分析 由于泵体的体积和重量都比较大 ，目前一般都是 在落地镗床或者专用镗床上进行加工，为了保证泵体上 安装轴承的两个半 圆孔的同轴度 ( 同时也保证与泵体中 道上其他各孔的同轴度)，目前大多都采用一根镗杆， 一次加工出全部孔，如图4 所示。 这样加工的好处是能把泵体的中道孔和安装轴承座 的孔一次加工成，保证了各孔的同轴度，能满
8、足设计要 求，但不能同时加工两端的端面，两端的端面还要用其 他的办法来加工。通常设计的车平面夹具如图5 所示。 2 0 1 2 第： t y j t 9 1 第 2期 x n e 通用机械制造 G M M a n u f a c t u r e 图4 大型双吸泵泵体中道孔 j D - r 示意 1 、5 镗杆支撑座 2 镗杆 3 、4 镗 刀 5 图5 车平面夹具示意 1 夹紧螺栓 2 酒 重 3 夹具体 4 导轨 5滑块 6刀具 7 丝杠 8 拨轮 9 镗杆 夹具 由夹具体 、滑快、丝杠、拨轮等组成 ，工作原理是 ，夹 具安装在镗杆上并随镗杆一起转动 ，通过外部的拨杆拨动拨轮，拨 轮带动丝杠
9、 ，丝杠带动滑块沿夹具上的导轨运动，刀具固定在滑块 上，从而完成平面的加工，夹具安装加工如图6 所示。 图6 利用车平面夹具 j n - r 端面示意 1 刀具 2 车平面夹具 3泵体 4 接镗床主轴 G 叠 用蛐 w w w 蜘x n e t 2 0 1 2 第2 期 由于这种加工方法效率比较低，所以 只用来加工远离镗床主轴端的端面，而靠 近镗床主轴端的端面，利用镗床上平旋盘 来加工。 两种加工方法可能产生如下误差。 1 )利用车平面夹具加工端面 ，能保 证设计要求的轴 向圆跳动，但不一定能 保证端面对 回转 中心的全跳动 ( 设计没 有要求)。由于车平面夹具存在导轨的 中心线与镗杆中心线的
10、垂直度误差 ，导 致加工后端面与孔中心线不垂直 ，而这 种不垂直用检测轴向圆跳动量的方法是 测不 出来的 ，只能检测它的全跳动才能 测出。要想满足使用要求，必须保证夹 具的制造精度。 2 )利用镗床上平旋盘来加工端面 ， 其误差原因更为复杂。由于中道系N：f L 是 使用一根镗杆加工出的，而孔的中心线是 由镗杆两端的支撑座决定的，两端支撑座 决定的中心线，只保证加工泵体中道孔的 同轴度，而与镗床主轴中心线没有联系， 确切地讲，镗杆的中心线与镗床主轴的中 心线不平行，更不同轴 ，但这些丝毫不影 响泵体中道孔的加工，因为加工时，镗床 主轴是通过两个万向联轴器驱动镗杆的。 但用平旋盘加工端面时 ，这
11、种不平行误差 则必须考虑 ( 如果没有意识到这种误差， 其后果就更严重了)。此时要根据已加工 出的孔或者端面，调整泵体的位置，使其 中道孔的中心线与镗床主轴的中心线平 行。无论以已加工出的孔或者端面找正 ， 要保证精度都是十分困难的，因为孔都是 半圆 ( 此时上泵体已经卸掉 )且长度很 短 ，用百分表很难测得一个稳定精确的数 据。 3 )除了上述两种加工方法外 ，还可 以在镗床主轴或平旋盘上安装刀杆，把泵 体安装在镗床回转工作台上，先加工好一 端各孔和端面，再把泵体通过回转工作台 回转1 8 0 。，再加工另一端的方法。这种 加工方法由于镗杆悬伸量过大，加工时容易产生振动而 限制了它的使用，更
12、重要的也是最困难的是加工前的 机床调整，要将机床的回转工作台的回转中心线与镗床 主轴的中心线调到共面，共面误差直接影响泵体两端孔 的同轴度。当然 ，机床工作台的回转精度也是至关重要 的。 4 )除了泵体的加工外，轴承座的加工也存在超差 的因素 ( 如图7 所示)。轴承座上 8 0 0 mmh 7 是轴承座 与泵体的结合点，二者都是半圆。轴承座加工时要以 8 0 0 mmh 7 9 , 圆及其底面定位 ，这种半圆定位给车夹 具的设计及其使用时的操作增加 了不少不确定 因素 ， 处理不好就会造成轴承座安装角接触轴承的支撑面对 8 0 0 m m h 7 中心线的跳动超差。 图7 泵体加工 l 轴承
13、座2角接触球轴承受力时的支撑面 3 轴承座与泵体 配合的半 圆支撑面4 泵体 除此之外 ，无论哪种方法加工，都存在孔径测量 的难题。一是由于加工测量时镗杆存在，很多量具不能 直接使用；二是由于安装轴承座的孔是半圆，直径尺寸 的测量误差在所难避免；而两端孔径实际大小的差值 ( 再加上两个轴承座外径的误差)直接影响安装后转子 中心线与滚动轴承受力时支撑面的垂直度。 四 轴承安装结构的改进 以上几种可能产生的精度超差都可以避免，但如 果没有充足的技术准备、精良的设备工装和技艺过硬的 操作工人，这些超差现象又都难以避免。如果从设计结 通用机械制造 伽 G M Ma n u f a c t u r e
14、构上做一些改进，这些误差的影响则可大大降低，如图 8 所示 。 图8 轴承座改进后的结构 在轴承座和轴承压盖与角接触球轴承之间，各增 加一个球形垫圈，轴承座和轴承压盖与球形垫圈接触处 加工成1 2 0 。斜面。装配后球形垫圈与轴承座总间隙为 0 40 5 mm。泵运行时如果转子没有轴向力产生，角 接触球轴承外圈和球形垫圈空转或不转 ，当转子产生轴 向力时，由于球形垫圈的特性 ，它将自动调整和轴承座 ( 或者轴承压盖)的相对位置，使角接触球轴承均匀受 力，从而避免角接触球轴承局部受力产生破坏。 产品设计时，在轴承座和泵体配合处增加上下左 右间隙调整机构，通过调整两端轴承座的相对位置，也 能改善角接触球轴承的受力状况。 装配过程 中，在角接触球轴承安装之前 ，应检测 泵轴对轴承座承载轴向力的端面的轴向圆跳动量，如果 超过设计要求应查清原因并进行排除。 五 结语 总之，大型双吸泵上滚动轴承温升过快过高原因 是多方面的，在排除润滑系统故障外，矛盾就比较集中 了，用排除法去剔除 ，问题总会找到 ，根据发现的问 题，自然暴露出工艺和设计上的缺陷和不足，通过改进 和完善，最终实现产品品质的提升。 GM ( 收稿E t 期：2 0 1 1 1 2 2 1 ) G棚 嗣用帅 2 0 1 2 第2 期 w w wt y j x n e t
