PROTOS卷接机组连杆轴承拆卸工装的设计

王己锋，谢诗辉，邱勇杰

（龙岩烟草工业有限责任公司，福建 龙岩 364000）

烟条切割系统是PROTOS卷接机组中的重要结构，切割采用曲柄连杆机构，生产过程中发现，连杆中的双列满圆柱滚子轴承使用一段时间后会磨损，当磨损超过一定程度时，造成传动精度下降，无法保证卷烟机的正常运行，需要更换；而轴承一旦损坏只能更换连杆组件，由此造成设备维护成本高。

文献［1］利用杠杆原理设计了圆柱滚子轴承装配工装，减少了滚道压痕；文献［2］介绍了NCF型满装圆柱滚子轴承结构，阐述了轴承设计方法，并介绍了不同批量所采用的装配工艺及磨具。而针对连杆中的轴承拆卸问题，相关资料较少。为此，分析连杆轴承座安装位置结构，设计了一套连杆轴承拆卸工装，以解决轴承的拆卸难问题，降低设备维护、维修成本。

1 存在问题

1.1 结构组成

烟条切割系统主要由刀盘机构、磨刀装置、喇叭嘴机构等组成［3－4］，其中喇叭嘴机构由弹簧板、喇叭嘴、连杆、曲柄等组成，如图1所示。喇叭嘴的作用是为刀头切割滤嘴提供支承，防止滤嘴切割时因受力而下垂变形。由于刀片在切割时具有一定的水平分速度，喇叭嘴应向烟条方向相应移动，因此，采用偏心连杆机构带动喇叭嘴，实现往复运动。

图1 喇叭嘴机构示意图Fig.1 Diagram of bellmouthmechanism

偏心连杆机构（图2）中的连杆机构包括挡圈、密封圈、隔套、双列满圆柱滚子轴承（简称轴承）、连杆和底套［4］。连杆左端用于安装喇叭嘴，右端用于安装轴承、密封圈、底套等，并通过螺栓与底套上的中心螺纹孔锁紧，固定在曲柄轴上。

图2 连杆结构示意图Fig.2 Structure diagram of connecting rod

1.2 问题分析

轴承与连杆轴承座配合采用基轴制［5］，即以轴承外径尺寸为基准，采用φ42 mm P6过盈配合。轴承经过长时间运转后发生磨损，当磨损超过一定限度时，会造成高速运行的曲柄连杆机构传动精度下降，无法保证卷烟机的正常运行，需要更换［6－7］。而轴承安装在一个单面敞开的空腔内，并且与空腔内壁之间为过盈配合，无法用一般的拆卸方法进行拆卸，轴承一旦损坏只能更换连杆机构。

2 拆卸工装设计

针对上述问题，根据轴承座安装位置结构，设计了一套连杆轴承拆卸工装，将轴承从连杆的腔体中拉出来。工装结构如图3所示，主要由凸缘、定位套、锁紧螺钉、定位销和螺杆组成。拆卸原理为：人力产生扭矩，通过螺杆和凸缘上的螺母传递到底套，转矩转换为拉力，带动轴承向上移动，实现轴承从连杆中的拆卸。

图3 拆卸工装结构示意图Fig.3 Structure diagram of disassembl tooling

2.1 拉拔力计算

过盈配合的拉拔力为

式中：F为拉拔力，N；Ffmax为结合表面承受的最大单位压力，N／mm2；df为结合直径，42 mm；Lf为结合长度，29 mm；μ为摩擦因数，0.08；δmax为最大过盈量，0.037 mm；Ca，Ci均为系数；Ea，Ei分别为包容性和被包容性的材料弹性模量，Ea＝196×103MPa，Ei＝206×103MPa；da，di分别为包容件外径和被包容件内径，da＝50 mm，di＝35.6mm；ν为泊松比，νa＝0.27，νi＝0.26。

根据已知参数，代入（1）～（4）式计算得到过盈配合的拉拔力F＝4.5 kN，即理论计算拉拔力为4.5 kN，实际拉拔力会比理论值大得多，因此，设计拆卸工装时，实际的拉拔力Fr应按理论计算拉拔力的3倍来设计，得到实际拉拔力为13.5 kN。

2.2 锁紧螺钉校核

锁紧螺钉与底套的M6螺纹孔配合，固定拆卸工装，锁紧螺钉材料为低碳合金，性能等级为10.9。锁紧螺钉危险面的拉伸强度条件为［5，7－8］

式中：d1为螺钉危险截面直径，mm；Fr为工作拉力，13.5 kN；［σ］为螺钉材料许用应力；［σb］为螺钉抗拉强度极限，900 MPa；S为安全系数，1.3。

根据已知参数计算得d1＝4.4 mm，小于M6螺钉的小径4.917 mm，所以选用M6锁紧螺钉符合设计要求。

2.3 螺杆校核

2.3.1 螺杆直径确定

梯形螺纹为最常用的传动螺纹，其工艺性好，牙根强度高，对中性好，故螺杆螺纹的类型选为梯形［5，8－9］。对于梯形螺纹，螺纹中径d2为

式中：σ为螺杆的抗拉伸强度；τ为螺杆扭转切应力；A为螺杆螺纹段的危险截面面积，20.2 mm2；T为螺杆所受扭矩（螺杆所受的扭矩由扳手长度和操作人施力确定，初步确定扳手有效长度为100 mm，施力为100 N，得到扭矩为1×104N·mm）；Wτ为螺杆螺旋段的抗扭截面系数，31.3mm3；［σ］为螺杆材料的许用应力；［σb］为螺杆抗拉强度极限，980 MPa；d1为螺杆螺纹小径，6.2 mm。

计算得σca＝176 MPa≤［σ］＝［σb］／4＝245 MPa，所以螺杆设计的尺寸符合强度要求。

2.4 定位套

根据连杆腔体尺寸设计定位套（图4），定位套定位面为内锥孔，其内径略大于连杆上端外径，外径与凸缘盘相同，有4个定位孔，用于定位螺杆，定位套厚度设计为30 mm。需要校核定位套与连杆接触位置的挤压强度［8］。

图4 定位套结构示意图Fig.4 Structure diagram of positioning sleeve

2.5 凸缘

凸缘为圆盘结构（图5），小端直径略小于轴承内径，前端装有2个定位销，中心处有一个阶梯内孔，通过螺钉与底套配合固定凸缘，凸缘大端均布4个M8的螺纹孔。

图5 凸缘结构示意图Fig.5 Structure diagram of flange

3 使用方法及效果

轴承拆卸方法如图6所示，定位套下端压在连杆上，凸缘通过锁紧螺钉与定位销、底套连接，并且其凸台套在定位套上，当拧动凸缘上的顶杆时，使底套产生向上的拉力，从而带动轴承向上移动。

图6 轴承拆卸方法示意图Fig.6 Diagram of disassemblingmethod for bearing

使用拆卸工装时，先拆除连杆上的挡圈、密封圈和隔套。轴承拆卸步骤如下：

1）装上定位套，将其锥孔卡在连杆上端；

2）装上凸缘，使定位销对准底套上的定位孔，并锁紧螺钉；

3）装上顶杆，使其对准定位套上的定位孔；

4）交叉均匀拧动螺杆，拉出轴承。

使用新的工装对车间8台设备的连杆轴承进行拆卸，统计结果见表1。实现了连杆轴承的拆卸，平均每次拆卸时间为5.4 min，并且连杆轴承座内表面完好，可以重复使用，只需更换轴承，则每次连杆组件的维护成本从原来的25 000元降至300元，减少了备件的损耗量。

表1 工装使用统计数据Tab.1 Data statistics of used disassembling toolingmin

4 结束语

针对连杆轴承难以拆卸的问题，设计了专用的拆卸工装，采用拉拔的方法直接拆卸连杆中损坏的轴承，再更换新的轴承，使连杆可以重复使用，使得连杆组件的维护成本大大降低，减少了备件的损耗量，并且拆装工装使用方便，平均每次拆卸时间只需5.4 min。