TUNKERS辊床凸轮结构分析与改进

吴诗强 张义华

摘 要：维持企业的正常运转，常规意义上的保养和更换，无法从根本上解决潜在隐患或不适应于本单位工况的设计不足。本文主要通过TUNKERS辊床凸轮结构的分析与改进。阐述针对性油路设计的可行性和必要性，给同类产品和设计提供思路和参考。

关键词：发卡;润滑油路

背景

某焊装车间某区域，全部采用德国进口TUNKERS高速辊床作为白车身运输平台。共计百余套。投入运营后，多次出现辊床坍塌故障。造成了非常严重的设备停工和经济损失。

TUNKERS辊床，采用电机驱动，通过齿轮进行传动，使分度凸轮带动凸轮从动件实现上升下降往复运动。进而带动辊床上升下降。其中，凸轮从动件作为主要的受力部件，承担了辊床上升下降的载荷冲击。从动件轴承在分度凸轮上反复滚动，成为主要的疲劳元件。

根据统计，在损坏的从动件中，我们发现90%的凸轮从动件轴承，存在油脂干涸，磨损过度，缺乏润滑的现象。

1 表面现象

1.1 润滑不良

在排除人为和环境因素后，我们将问题聚焦在润滑不良导致。由于凸轮从动件轴承缺乏足够和良好的润滑，造成轴承在高速旋转中，摩擦增大，热量急剧上升。摩擦产生的热量进一步改变轴承的强度，同时，高温使润滑脂出现烧结，固化。当润滑脂不足保护轴承，轴承的密封环相继出现损坏，导致外部杂质进入轴承。在长时间的运行中，形成恶性循环。最终，轴承出现损坏。由于轴承是凸轮从动件的受力件。在高速运行中，受到的冲击载荷最大，最频繁。同时，又是辊床上升下降的驱动件（图中黄色部分），因此，轴承出现损坏，轻则造成设备异响和故障。严重则出现辊床坍塌。

2 原因分析：结构因素

分别对凸轮从动件的轴和轴承进行分析，轴承采用的是免润滑设计。设计者根据要求工况，利用迷宫式密封将润滑脂密封在驱动结合面，而其油脂又采用不易变质的选型。这样就可以在既定的工况环境下实现免润滑免维护。其轴承为美国MCGILL公司MCYRD系列专门用于高速重载。在其他设备的应用并未出现类似故障。

而反观凸轮从动轴的设计，我们认为有较大缺陷。从动件润滑油路，采用油杯自动进油，通过从动件底部直接连接从动件顶部，利用从动件的上升下降将油脂涂抹在分度凸轮和轴承外圈上，进而实现润滑。这样的设计将轴承的润滑完全依赖轴承本身。并未对其进行冗余设计。造成设备可靠性降低。而整个凸轮从动件的油路只通过中间孔直接润滑轴承外表面。并未对轴承内部进行润滑和维护。进而导致进一步的设备损坏。

3 改进方案

结合以上分析，我们可以看出，凸轮从动件的润滑方式设计本身就存在较大的不合理。其不合理造成的因素，是由于设计过分依赖单个零件的可靠性。

实施方案，我们对油路进行重新设计，充分利用原有轴承内圈的润滑孔，将凸轮轴进行重新设计，使润滑油路先经过轴承内部，然后，润滑脂再在油压的作用下被挤压到轴承外圈上。这样同时兼顾轴承内部和外部的润滑。

具体步骤，一，凸轮轴的外圈上车削出一圈厚度为1mm的润滑槽（在轴承内圈润滑孔相配合的位置）。二、在润滑槽上，沿径向钻削一个直径为2mm孔，使其与原有的润滑油路相连。三，我们将原有的润滑油路端头用焊接堵死（在早期试验中，我们发现，由于原有油路路径较大，油路无法进入小孔，也无法在轴承内部润滑脂建立油压）。

通过试验，我们的设计能够实现预期意图，即油压直接通过2mm小孔和1mm润滑槽进入轴承内部，最后由于油压的存在润滑脂被从密封环侧挤压出来（装配到分度凸轮后，由于空间小便被挤压到轴承上）。功能测试完成。

试验步骤，由于凸轮从动件是主要受力件，在改进后的凸轮从动件轴，在轴上进行了开孔和开槽，一定程度上，降低了轴的强度，存在断裂的风险，可能造成辊床坍塌。于是我们利用CATIA 软件对轴的受力进行有限元分析，在同样的载荷下（Z向施加10N_m2），受力区域并未发生改变，受力大小变化为2.4%（之前为371 N_m2开槽后为362 N_m2）.发现受力变化为2.4%.而一般的强度设计都是大于20%。因此，强度影响不大。理论上可以实现我们的改进目的。

我们将其安装到现场进行测试。测试结果完全符合我们预期。

4 结论

（1）润滑油路的设计，应与实际使用工况相适应。

（3）润滑油路的设计，应该优先考虑运动部件润滑，轴承外圈，滚动体都不能缺少润滑。

参考文献

[1] 张伯顺，我国汽车制造业发展的新及其特点，上海汽车，2004（01）：90145

[2] TUNKERS 升降辊床产品介绍，上海德珂斯机械自动化技术有限公司.

作者简介：吴诗強，男，1987年出生，航天职业技术学院大专毕业。主要方向为机械改进。

张义华，男，1988年出生，宜宾职业技术学院大专毕业，主要方向为自动化设备。