数控外圆成型磨床砂轮主轴轴承故障分析
2014-03-21
姚铁明 周晃明
（南方汇通股份有限公司转向架车间，贵阳市都拉营 550017）
（南方汇通股份有限公司转向架车间，贵阳市都拉营 550017）
摘 要：数控外圆成型磨床砂轮主轴轴承故障原因，采取各种措施保持轴承轴颈外表面与轴承内表面的间隙均匀，保持静压轴承内腔的液阻，建立静压轴承压力。用扩大进油孔的办法，解决因磨损引起的油腔压力不够问题。
关键词：回转精度；间隙；静压力；液阻；节流器
一、故障
一台西班牙达诺巴特（DANOBT）数控外圆磨床，型号HG-91-2300-A2R，带两轴数控倾角砂轮头架、西门子810D控制系统，砂轮主轴轴承是静压轴承，使用中出现主轴“抱死”故障。按原理分析，怀疑过滤器损坏，导致坚硬异物进入油腔，将油腔边缘刮出浅槽，致使油腔内部压力油严重泄漏，从而使压力减小，主轴受力不均衡，偏向压力小的油腔，高速旋转的主轴与静轴承发生摩擦，导致主轴烧伤与抱死。
二、故障可能原因
（1）砂轮运转过程中，因外力碰撞或突然断电，使得轴颈与轴承发生干磨导致轴承磨损，承载能力下降。
（2）异物将进油小孔节流器堵塞或油腔的封油面因异物被刮开，液阻减少，导致轴承内部压力消失，轴承的承载能力下降，外部载荷将轴颈推向轴承一边，造成轴承被研。
（3）主轴供油路失压或油箱缺油而导致供油不足，主轴轴承内部出现缺油现象。
（4）油品不对或油已失效，使得主轴不能正常浮起而导致磨损。
经解体检查，轴承与轴颈有明显干磨现象，油腔封油面被磨，封油面上粘有异物（图1）。说明在供油压力正常的情况下， 轴颈没有正常浮起或受载时轴颈与轴承之间油膜刚度不够，导致轴颈与轴承相互磨损。在封油面与回油槽上发现异物，说明进油孔曾有堵塞现象。
关键词：回转精度；间隙；静压力；液阻；节流器
一、故障
一台西班牙达诺巴特（DANOBT）数控外圆磨床，型号HG-91-2300-A2R，带两轴数控倾角砂轮头架、西门子810D控制系统，砂轮主轴轴承是静压轴承，使用中出现主轴“抱死”故障。按原理分析，怀疑过滤器损坏，导致坚硬异物进入油腔，将油腔边缘刮出浅槽，致使油腔内部压力油严重泄漏，从而使压力减小，主轴受力不均衡，偏向压力小的油腔，高速旋转的主轴与静轴承发生摩擦，导致主轴烧伤与抱死。
二、故障可能原因
（1）砂轮运转过程中，因外力碰撞或突然断电，使得轴颈与轴承发生干磨导致轴承磨损，承载能力下降。
（2）异物将进油小孔节流器堵塞或油腔的封油面因异物被刮开，液阻减少，导致轴承内部压力消失，轴承的承载能力下降，外部载荷将轴颈推向轴承一边，造成轴承被研。
（3）主轴供油路失压或油箱缺油而导致供油不足，主轴轴承内部出现缺油现象。
（4）油品不对或油已失效，使得主轴不能正常浮起而导致磨损。
经解体检查，轴承与轴颈有明显干磨现象，油腔封油面被磨，封油面上粘有异物（图1）。说明在供油压力正常的情况下， 轴颈没有正常浮起或受载时轴颈与轴承之间油膜刚度不够，导致轴颈与轴承相互磨损。在封油面与回油槽上发现异物，说明进油孔曾有堵塞现象。
图1
经检测，发现轴颈磨损很少，轴承封油面虽有磨损，但没有较深的沟痕，里边铜末较多。由于磨损，导致轴承与轴颈间隙扩大，使得主轴在正常油压下无法浮起。
三、修复
1、修复方案
（1）用煤油将轴承和轴颈清洗干净。（2）对轴承进油孔进行彻底清洗。（3）手工刮开浅槽和磨损部位，重新建立密封面。（4）调节上下进油口孔径大小，保证主轴浮起0.02mm。（5）更换主轴液压油和过滤纸，清洗油缸和各进出油管，以防杂质停留在液压系统中。
2、方案实施
（1）先将主轴轴颈清洗并在表面进行抛光处理。（2）用刮刀轻轻刮掉封油面边上和刮开浅槽部位的毛刺，洗掉轴承内表面的铜末，然后用组锉和水磨砂纸对凸起的表面进行修磨，使表面与原密封面的高度一致。（3）用一系列直径0.8～1.5mm的钻头，经重复实验扩大承载部位进油孔孔径，同时调节节流阀，以确保适当的供油压力并打表检测，保证主轴浮起0.02mm，使轴颈与轴承之间重新建立较强刚度的油膜。（4）轴承组装。由于轴承与主轴箱之间的配合间隙很小，检修过程中轴承因外界温度影响，直径扩大而无法装配，故先将轴承放入冷柜中冷冻15min，同时，为保证轴承正确安装并使轴承沿轴线方向平行装入，特制作两根直径16mm的拆卸顶杆（图2）。（5）更换主轴液压油和过滤纸，对油缸进行彻底清洗和擦拭，将各进出油管拆下逐个清洗，更换老化严重的油管。
三、修复
1、修复方案
（1）用煤油将轴承和轴颈清洗干净。（2）对轴承进油孔进行彻底清洗。（3）手工刮开浅槽和磨损部位，重新建立密封面。（4）调节上下进油口孔径大小，保证主轴浮起0.02mm。（5）更换主轴液压油和过滤纸，清洗油缸和各进出油管，以防杂质停留在液压系统中。
2、方案实施
（1）先将主轴轴颈清洗并在表面进行抛光处理。（2）用刮刀轻轻刮掉封油面边上和刮开浅槽部位的毛刺，洗掉轴承内表面的铜末，然后用组锉和水磨砂纸对凸起的表面进行修磨，使表面与原密封面的高度一致。（3）用一系列直径0.8～1.5mm的钻头，经重复实验扩大承载部位进油孔孔径，同时调节节流阀，以确保适当的供油压力并打表检测，保证主轴浮起0.02mm，使轴颈与轴承之间重新建立较强刚度的油膜。（4）轴承组装。由于轴承与主轴箱之间的配合间隙很小，检修过程中轴承因外界温度影响，直径扩大而无法装配，故先将轴承放入冷柜中冷冻15min，同时，为保证轴承正确安装并使轴承沿轴线方向平行装入，特制作两根直径16mm的拆卸顶杆（图2）。（5）更换主轴液压油和过滤纸，对油缸进行彻底清洗和擦拭，将各进出油管拆下逐个清洗，更换老化严重的油管。
图2
四、实施效果及建议
1、效果
采取以上措施对轴承进行修复后，主轴正常浮起，不再出现主轴抱死和车轴加工表面的波纹现象，恢复该设各的正常运转，在新造车产量很大的情况下设备运转状态良好。
2、建议
建议改造节流器。由以上的分析可知，小孔节流器与轴承一体，清洗和维护非常麻烦，同时由于孔径非常小，如果油液中有尺寸稍微大点的异物则容易造成堵塞，如果将小孔节流器换成薄膜反馈节流器则可以解决这一问题。作用原理见图3。
1、效果
采取以上措施对轴承进行修复后，主轴正常浮起，不再出现主轴抱死和车轴加工表面的波纹现象，恢复该设各的正常运转，在新造车产量很大的情况下设备运转状态良好。
2、建议
建议改造节流器。由以上的分析可知，小孔节流器与轴承一体，清洗和维护非常麻烦，同时由于孔径非常小，如果油液中有尺寸稍微大点的异物则容易造成堵塞，如果将小孔节流器换成薄膜反馈节流器则可以解决这一问题。作用原理见图3。
图3
由图3可知，主轴径向未受载时，上下油腔压力相等（图3a），当主轴受径向载荷F作用后，轴颈沿载荷方向偏移一个微小距离e，则油腔3与轴颈的间隙减小为h3=h-e。相应的间隙液阻Rh3就增大，而油腔3中的油压P3增高，薄膜反馈节流器中B腔的油压力升高，薄膜将会向上凸起，使进入A腔的压力油的流量减少，从而使A腔中的P1下降，于是产生一个与载荷方向相反的压力差P=P3-P1来支承载荷F。
这样，在清洗时只需清洗薄膜反馈节流器即可，更换方便且不容易造成进油口堵塞。同时，如果在薄膜反馈节流器的两个腔中加上压力传感器，外设压力表，则可以直接监测轴承油腔内的压力，以保证轴颈与轴承不会发生干磨。
这样，在清洗时只需清洗薄膜反馈节流器即可，更换方便且不容易造成进油口堵塞。同时，如果在薄膜反馈节流器的两个腔中加上压力传感器，外设压力表，则可以直接监测轴承油腔内的压力，以保证轴颈与轴承不会发生干磨。
来源：《设备管理与维修》2011年02期
