立磨主轴装置装配工艺的研究

立磨主轴装置装配工艺的研究

新型立磨是一种大型砂磨机，可广泛应用于水泥、能源、冶金、化工、非金属矿等行业。它集破碎、干燥、粉磨、分级输送于一体,生产效率高,可将块状、颗粒状及粉状原料磨成所要求的粉状物料。该新型立磨产量达160t/h,具备年产110×104t矿渣微粉生产能力,为目前世界上最大规格矿渣立磨之一。该项目与前期生产的立磨项目相比,不仅设计结构相对复杂而且装配精度要求更高,特别是主轴装置部分,是整台立磨设备的关键核心部分,其装配精度要求高,抗冲击能力强,整体尺寸达3300mm×2500mm×2500mm。根据该立磨的设计和使用要求,主轴装置中辊轴和轴承、磨辊轮毂内孔和轴承必须采用过渡配合,使辊轴和圆柱滚子轴承、双列圆锥滚子轴承、磨辊轮毂经装配后成为一刚性连接体,才能传递较大的扭矩。主轴装置装配工艺重点是制定合理的装配工艺,保证装配过程的科学和高效,难点是合理、准确地测量出装配后圆锥滚子轴承的轴向工作游隙,计算“中间隔圈”的最佳匹配值,并通过修磨中间隔圈,最终满足图样的各项技术要求。1安装方法和主设备顺序正确的装配方法及合理的安装顺序是立磨主轴装置装配的关键所在。图1所示为立磨主轴装置装配示意图。1.1各组配合比对图1所示的立磨主轴装配关系中,主要是圆柱滚子轴承B1内圈内孔和辊轴φ580g6外圆配合,双列圆锥滚子轴承B2内圈内孔和辊轴φ560g6外圆配合,圆柱滚子轴承B1外圈外圆和磨辊轮毂内孔配合,双列圆锥滚子轴承B2外圈外圆和磨辊轮毂内孔配合。通过对所有实测数据的分析比对,即可得到辊轴、圆柱滚子轴承(B1)、圆锥滚子轴承(B2)及磨辊轮毂这4组关键件在装配过程中的相互配合关系。根据过渡配合量的计算公式:实际配合量=配合孔的实测尺寸-配合轴的实测尺寸,可计算出各组装配关系中的实际配合量如表2所示。在装配之前,需根据以上所有数据,在辊轴、圆锥滚子轴承(B2)、圆柱滚子轴承(B1)、磨辊轮毂上打好对应标记,防止装配时产生混装。1.2热压与冷冻由表2分析计算可知,主轴装置中轴承内外圈与辊轴和磨辊轮毂的4处配合均存在一定的过盈量,最大为0.22mm,最小为0.01mm,在装配方法选择上,要充分考虑配合量的不同而采取不同策略。第1步:将圆柱滚子轴承(B1)、圆锥滚子轴承(B2)清洗干净,并将轴承内外圈进行分解,用钢印打成对标记(打在端面上),以便后序装配使用。第2步:由于圆柱滚子轴承B1、圆锥滚子轴承B2与辊轴的配合过盈量较小,采用油煮的方法,将油温控制在110℃以下,对圆柱滚子轴承B1和圆锥滚子轴承B2轴承内圈进行加热。第3步:待轴承内圈加热好以后,按图3(a)所示方法,将圆柱滚子轴承B1和隔套1及圆锥滚子轴承B2的内圈,按顺序安装到辊轴上,各贴合面需保证0.03~0.05mm塞尺不入。第4步:将磨辊轮毂整体加热并摆放于铸梁平台上,用等高方箱支垫平稳,并按顺序安装圆柱滚子轴承B1的外圈及滚柱、隔套2、圆锥滚子轴承B2的内侧外圈于磨辊轮毂中,各贴合面需在0.03mm~0.05mm塞尺不入,如图3(b)所示。第5步:待以上工作完成后,将辊轴组件垂直吊装于磨辊轮毂中,吊装时尽可能使圆锥滚子轴承保持对中,同时在装配过程中需缓慢转动辊轴,从而避免在圆柱滚子轴承的内圈及滚道上留下划痕及磕伤,如图4(a)所示。第6步:圆锥滚子轴承B2的外圈与磨辊轮毂的内孔过盈量较大,且磨辊轮毂与辊轴已装配好,无法对轮毂进行加热后再进行装配,只能通过冷冻轴承外圈的方法进行装配。传统采用液态氮的冷冻方法,液态氮的温度为-196℃,化学稳定性好,可以直接或间接用于铝件和钢件的深冷处理,但是制作轴承的材料若采用这种方法冷冻,容易使工件在冷冻过程中产生裂纹。这里根据轴承的材料特性选用干冰进行冷冻最为合适,干冰温度为-78.5℃,冷冻时间控制在45~60min。第7步:待干冰将B2圆锥滚子轴承外圈冷冻好后,先将中间隔圈安装到位,再进行轴承外圈的装配,如图4(b)所示,安装后需保证贴合面0.02mm不入(尽量减小后序测量“游隙”时的装配累计误差)。待轴承外圈回到常温与磨辊轮毂内孔涨紧后,使其辊轴、圆柱滚子轴承B1、圆锥滚子轴承B2、隔套1、隔套2、磨辊轮毂形成一个精密刚性连接体。最后,再将端盖及轮毂端盖装入,并压紧圆锥滚子轴承B2的内圈及外圈,从而完成整个主轴装置的装配过程。2轴承轴向游隙的控制轴承游隙又称为轴承间隙,是指轴承在安装于轴或轴承座时,将其内圈或外圈的一方固定,然后未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向,可分为径向游隙和轴向游隙。由于圆锥滚子轴承的滚动体与滚道之间存在摩擦阻力,使内圈挡边工作表面不能与滚动体大端面充分接触,所以不能用测量缝隙的方法直接测得轴承的间隙,但是可以通过间接测量相关尺寸,再通过计算可以得出轴承的轴向游隙,如图5所示。图中AD表示无轴向游隙时轴承的装配高度尺寸,BD和AC分别是轴承滚子大端和轴承外圈大端滚道接触时的距离,BC表示轴承内圈直径,EF表示轴承的轴向游隙,通过中间隔圈的厚度h来调整轴承的轴向游隙。根据图5所示的关系可得:在式(1)、(2)中,AE、DF、BC可以直接测量得出,所以关键是计算AC、BD,而AC、BD的值可以根据式(3)计算出:式中:a0为内圈大挡边宽度;通过式(1)—(3)可以计算出轴承的轴向游隙EF,而轴承在实际装配中,是通过控制中间隔圈的厚度来控制轴承的轴向游隙的。如果要求轴承的轴向游隙为Ga,则中间隔圈的厚度h应为:由以上的计算可知,轴承的中间隔圈不仅决定着轴承轴向游隙的大小,而且还直接影响轴承的装配高度尺寸。因此,在配置轴承中间隔圈时,要同时兼顾轴承的轴向游隙和装配高度均在技术要求范围内。3螺母主缸轴承固定间隙的选择和测量方法3.1轴向工作推力该新型立磨主轴装置中的轴承是采用双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的组合配置方式。其中,圆锥滚子轴承作为固定端,承受来自辊套的轴向工作推力及径向工作压力,圆柱滚子轴承作为浮动端,只承受径向工作压力,不承受轴向工作推力。磨辊正常工作时,轴向的工作推力往往使双列圆锥滚子轴承的两列滚子受力不均匀,且工作状态下立磨腔室内的温度也很高,工作时轴承外圈旋转,内圈静止不动。因此,轴承外圈工作温度往往会比轴承内圈温度高,导致外圈的热膨胀量比内圈大,所以圆锥滚子轴承的工作游隙比安装游隙往往要大,这就加剧了圆锥轴承的双列滚子所受载荷的不均匀性,导致所有轴向载荷由一列滚子承受,另一列滚子不承受任何载荷的现象,最终一侧内、外圈出现相互脱离的趋势,如图6所示。3.2内部游隙的产生在圆锥滚子轴承的配置中,一般都是成对使用或以配组方式使用,其内部游隙仅在安装后才会产生。在该立磨主轴装置的设计和装配过程中,根据轴承供应商提供的经验值,要求双列圆锥滚子轴承装配好后轴向游隙为负游隙,控制在(0.12±0.01)mm以内。3.3安装带磁性的辊通过分析该立磨的主轴部件结构可知,要精确控制双列圆锥滚子轴承的轴向游隙为负游隙,并保证在(0.12±0.01)mm范围内,必须要精确测量出装配后圆锥滚子轴承的实际轴向游隙,通过修配中间隔圈的厚度来保证主轴装置的轴向游隙,满足立磨装置的设计要求。在测量B2双列圆锥滚子轴承游隙前,需等待加热后的磨辊轮毂冷却到常温状态(温度值用枪式感应温度计进行测量),再将其翻转落于地平台上。主要采取以下几个步骤:第1步,在测量轴承游隙时,需将辊轴表面清理干净,并在辊轴的外圆垂直面上安装两个带磁性底座的百分表,位置按180°对称安装,如图7所示。第2步,如图7所示,将辊轴沿顺时针及逆时针方向旋转,在旋转时需确保轮毂静止不动。从而保证圆锥辊子轴承B2上的“滚珠”全部安装到位。旋转数圈,待百分表数值稳定后,将两个百分表读数“归零”,最后在轮毂端盖及辊轴上做好对应位置标记。第3步,待以上步骤全部完成后,用行车通过辊轴将磨辊体整体平稳吊起,并使主轴保持固定不动的同时,按顺时针及逆时针方向各旋转轮毂数周,直到轴承滚珠全部到位;再将百分表旋转至轮毂先前做好标记的位置,并记录下两个百分表的实测数值。若两个百分表的读数差值在0.05mm以内,则数值为“真值”符合要求;若两个百分表的读数差值超过0.05mm,则可能是由于圆锥滚子轴承没有完全到位造成,数值为“假值”。需重复以上第2、3步直到获得“真值”为止。第4步,再将轮毂组装件平稳落于地平台上,沿顺时针及逆时针方向旋转,待两个百分表对准各自的标记时,它们的读数应该再次“归零”。若百分表的读数未“归零”,则可能是轴承滚子没有安装到位造成,或是百分表在测量过程中产生了位移,从而使测量值不准确,需重复以上第2、3、4步,直到百分表读数“归零”为止。第5步,以上步骤全部执行完后,再重复执行第3步和第4步至少两次以上,直到当前数值与之前所测数值相同为止,并在每次执行完第3步和第4步后,记录好读数差值。此时的数据就是圆锥滚子轴承的实际“轴向游隙”,并将测量结果取平均值。表3为对圆锥滚子轴承B2所测量出的实测数据。4立磨主轴装置立磨主轴装置的轴向游隙在设计时是按照负游隙设计的,考虑到立磨主轴装置的工作环境和受力情况,为了避免在工作状态下所产生的振动和冲击对圆锥滚子的保持架造成损伤,则需要较高的轴向引导精度,必须通过修配“中间隔圈”来达到最佳安装游隙。4.1降低轴承使用寿命的可能性要配制出最佳的安装游隙,就必须对中间隔圈的厚度尺寸进行精确测量和修配。由于中间隔圈是安装在双列圆锥滚子轴承B2外圈的中间位置,且轴承外圈与磨辊内孔均为过渡配合,且有一定的装配过盈量,拆卸极为困难。稍有不慎,就会导致轴承滚子划伤或是轴承外圈损坏,从而降低轴承的使用寿命甚至报废。所以需要制作专用的拆卸工装和制定合理的拆卸工艺,严格按照工艺进行拆卸,确保轴承外圈及中间隔圈安全、顺利取出。4.2精密度与准确度中间隔圈的测量与修配,是整个“主轴装置”装配过程中最为关键的环节。其隔圈厚度的修配量和修配精度直接决定着轴承游隙的大小及在工作中的使用寿命。因此,首先用外径千分尺对拆卸出的中间隔圈厚度尺寸进行精确测量,测量时需采用“米”字形多点测量法,测量后记录数据并计算出平均值,同时在隔圈的一端面做上与圆锥滚子轴承B2相对应的标记,以免后序装配时混淆导致错装,其数据如表4所示。根据以上所测量出的游隙实测值、中间隔圈厚度实测值以及预紧量(最终游隙),计算出中间隔圈厚度的最后修配尺寸,计算公式为:隔圈厚度=隔圈厚度实测值-游隙实测值-预紧量,计算结果(即隔圈实际配制尺寸)为:中间隔圈厚度h1=113.07-2.72-0.12=110.23mm根据计算出的中间隔圈尺寸,对中间隔圈厚度尺寸进行磨削精加工,其尺寸公差需控制在(110.23±0.01)mm以内。4.3圈、轴承东北部装配中间隔圈加工合格,需进行清洗和去除毛刺,将修磨后的中间隔圈、轴承外圈以及端盖根据编号一一对应装入磨辊轮毂中(在装配轴承外圈时需用干冰冷冻30~40min后再进行装配),装配完以后需重复以上轴承游隙的测量步骤,最终确认安装完成。5配磨厚度的测量实践证明,为保证该新