某精密級回轉支承故障分析與對策研究

吳芳

（馬鞍山方圓精密機械有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

某精密級回轉支承故障分析與對策研究

吳芳

（馬鞍山方圓精密機械有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

回轉支承屬于近幾十年來所興起的新型機械零部件，它能夠承受綜合載荷的大型軸承，工業實用性較高。本文主要分析了某軍工設備所安裝的精密級回轉支承產生旋轉力矩大及異響故障的原因并制定了解決對策。

精密級回轉支承；故障分析；對策

精密級回轉支承主要應用于軍工、風力發電機組、太陽能、醫療器械等，與普通回轉支承相比，其承載能力、使用壽命顯著提高。由于精密級回轉支承加工工藝復雜且精密度高，出現故障后往往需要系統分析查找原因并制定解決方案。

1 故障描述

某軍工企業用于雷達的φ1000mm精密級回轉支承，在安裝調試時出現力矩偏大，安裝時內圈安裝螺栓完全緊固后，螺栓預緊力矩為280N·m，轉動力矩大或有死點，更換另一臺回轉支承安裝后沒有類似問題，轉動力矩在200N·m（設計值為低溫狀態不大于250N·m）以下。另有一臺φ1000mm精密級回轉支承，在安裝調試中滾道接觸處轉動發出非周期性異常響聲，響聲隨著轉速提高增大。

2 故障復現

2.1 人工力矩試驗

對安裝調試中出現故障的5臺精密級回轉支承在沒有負載及螺釘預緊的情況下，采用拉力器進行人工力矩測試，其轉動力矩均不超過180N·m，轉動靈活無死點，符合運轉力矩要求，其中有一臺在堵塞處有異響。

2.2 低溫力矩試試驗

將故障回轉支承的外圈放置于低溫力矩試驗臺上，并在外圈與試驗臺安裝平面之間，三處近似等分地墊0.07mm厚紙片，用力矩扳手按280N·m的力矩擰緊試驗臺和回轉支承的連接螺釘，檢測轉動力矩，均小于200N·m。

內圈、外圈均安放在工裝上，外圈緊固并在外圈上施加1t的壓力。采用彈簧稱拉動試驗臺檢測力矩。力矩范圍值為86～110Nm，均勻、無死點。

在外圈連接平面間近似等分三處墊上總厚度約為0.25mm的紙片，用力矩扳手按280N·m的力矩試驗臺和回轉支承的連接螺釘，發現回轉支承的運轉力矩變化波動范圍增大，基本上符合轉動力矩的要求。

隨著時間進行，運轉力矩不平穩，最大值為250N·m，最小值為183N·m，變動區間范圍為67N·m。僅有一點變動稍大，其余部分較平穩?？梢姲惭b面跳動在0.2mm以上時，運轉力矩會有明顯變化。

通過對上下連接平面模擬不同狀態下的轉動情況，可知此次出現故障回轉支承在連接外圈安裝平面時，連接平面的平面度對轉動力矩有影響，但效果不顯著。若采用上下平面均用螺釘連接的情況，無論連接平面的平面度是否合格，轉動力矩均很大。

2.3 拆卸檢查情況

（1）外觀檢查。拆卸前進行檢查，表面完整，空轉（無載荷運轉）正常，齒部無磨損，表面淬火層完整，均符合要求。

（2）滾道內部檢查。拆卸后，回轉支承滾道的表面粗糙度檢查結果為合格，僅有一臺異響，堵塞為后配加工，其余滾道表面粗糙度均符合要求。靜態下，把回轉支承放置于機床定位面上，檢測滾道接觸角處的圓跳動，發現內圈跳動普遍較大?？梢娀剞D在加工過程中工件變形較大，滾道圓度等級較低。

2.4 故障機理分析

（1）原材料及附件分析。通過實驗對原材料、鋼球、錫青銅隔離塊、潤滑油、密封條等配件進行檢測，材料成分、性能均符合設計要求。

（2）加工工藝分析?；剞D支承外齒圈熱處理工藝通常對滾道淬火后，不進行回火，待齒輪進行淬火后再進行整圈回火，效率較高。然而，零件淬火后有較大的組織應力和熱應力存在，若不及時消除這些應力，將形成應力集中。對上述力矩大的故障件進行拆卸并分別將工件在車磨機床上對滾道進行校圓，結果顯示外圈滾道整圈跳動基本在0.02mm以內，而內圈滾道跳動在0.03～0.06mm?；剞D支承在立車需要用夾具進行裝夾。傳統的立車裝夾方法是將回轉支承套圈工件平放在機床工作臺上，利用螺旋壓板機構來裝夾內孔（外圓）或者上端面的方式完成。一次只能完成內孔或者外圓的加工。重新裝夾后需要再次校圓，兩次裝夾會加大加工過程中的累計誤差。經過分析，φ1000mm精密級回轉支承內圈工件相對比較薄，工件在等高墊上加工時，容易受力不均勻，導致滾道變形，不能很好的保證其滾道圓度。

（3）滾道檢測方法分析?；剞D支承內外滾道中心直徑采用測量桿進行檢測，其原理見圖1。測量桿一端固定，另一端移動，移動部分連接百分表，帶復位彈簧，兩端通過鋼球與滾道接觸。測量前與游標卡尺進行校準，確定測量桿的定形尺寸，再用測量桿檢測滾道中心直徑，通過百分表讀出滾道中心尺寸與該定形尺寸的代數差，該代數差與測量桿的定形尺寸之和即為被測滾道中心尺寸。滾道測量桿用游標卡尺校準，而標定的游標卡尺本身精度等級偏低，影響滾道中心直徑的檢測精度。

圖1 回轉支承滾道中心直徑檢測原理

（4）質量管理分析。通過對φ1000精密回轉支承在現場出現質量故障的問題，反映出在制造過程中質量管理及技術支持上尚存在著疏忽，須進行徹底關閉，在此類產品的制造過程中，須進一步完善相關管理制度。

2.5 故障原因定位

通過對φ1000精密級回轉支承的拆檢、轉動力矩試驗、原附材料分析、加工工藝分析、滾道檢測方法分析以及質量管理體系分析。對φ1000回轉支承故障原因定位分析如下：第一，滾道精度低是異響和力矩大的主因。第二，管理上存在不完善，存在疏忽。第三，滾道接觸角的圓跳動精度控制不足。

2.6 解決方案

（1）優化加工工藝。為了調整組織，使零件具有良好的加工性能和使用性能，將淬火后的零件及時地進行回火。這樣才能保證在對滾道淬火之后的工序的加工具有很好的加工性能?；剞D支承內外圈滾道在數控立車上加工，為了使工件在回轉工作臺上固定，可以采取3點、4點、6點、8點均布夾緊的方式。有文獻[2]研究表明：3點和4點裝夾熱變形誤差較大，6點和8點裝夾熱變形誤差較小，在滿足加工精度的條件下，選擇6點裝夾。

圖2所示即為設計的新型工裝，采用6個均布的專業夾具通過固定螺釘與立車工作臺相連，工件一次安裝定位夾具后，可以完成工件上端面和滾道面（內孔面）的精加工，采用此種裝夾方式可以有效地減小變形及由于二次裝夾產生的誤差。

圖2 精密級回轉支承新型專用夾具

（2）改進滾道檢測手段。數字式滾道直徑檢測用測量桿校準裝置（圖3），用于測量桿定形尺寸的比對校準，工作平臺上的活動擋板沿滾動導軌在水平方向上移動通過伺服電機驅動滾珠絲杠實現，達到水平直線精密定位的目的。通過標定光柵零位得出兩擋板間距，對測量桿定形尺寸進行比對校準。

圖3 數字式測量桿校準裝置工作

（3）改進產品質量管理。在質量管理及技術支持上尚存在著漏洞，須進行徹底關閉，在此類產品的制造過程中，進一步完善相關管理制度，強化過程控制。

3 結語

綜上所述，精密級回轉支承加工工藝復雜，出現故障后必須系統地從原材料、工藝、測量方法等方面系統分析查找原因，在保證原材料符合要求的前提下，優化加工工藝，提升檢測水平是解決問題的主要方法。

[1]孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具設計指導[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[2]汪世益，滿忠偉，方勇.回轉支承加工裝夾布點與熱變形誤差分析[J].建筑機械，2010,07：96-99.

[3]王志偉.基于直線電機和光柵測量系統的精確定位平臺設計[J].蘇州大學學報（工科版）.2004.24(6).38~41.

U653.921

A

1671-0711（2017）07（上）-0048-02