外圆磨床主轴间隙调整 [FAG双沟道外圆磨床主轴密封环的设计]
时间：2020-03-06 07:29:21 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文征对进口磨床主轴密封环磨损造成的漏油问题进行了密封环的改造工作，通过自行设计、计算、加工和装配，应用效果良好，解决了无进口配件的问题。 关键词：外圆磨床 密封环 泄漏 间隙 流量
文献标识码：B
引言
20世纪80年代，FAG双沟道外圆磨床是我国许多大中型企业从德国引进的设备，自引进后运行状态一直很好，但由于使用年限长，使得主轴的密封环磨损而产生严重漏油，泄漏的润滑油跟冷却液混和而无法回油箱循环使用，所用的润滑油又是进口的C46，造成很大的浪费，而且易使主轴失油过多，因油液供应不足而有烧坏的危险。因此，必须更换密封环以根治泄漏，为此，必须设计确定密封环的尺寸。
一、确定间隙（δ）
由于密封环内孔已磨损，实测无法得到其与主轴的准确间隙，而这种只用一个金属环密封的形式也很罕见（见图1），因此也无资料可参考，为此，通过如下计算可得出最佳间隙（δ）．
（一）计算允许的主轴轴向泄漏油液的回油孔（d=φ5）的最大流量（q）
由于小孔直径小，而油液有一定的粘度，因此流动的雷诺数Re比较小，属于层流范围，在此基础上，推算出小孔的流量（q），如图2所示，先取一微小圆柱体的液体，它与小孔具有共同的轴线，根据作用在微小圆柱体上的力，引出它在流动方向上的平衡方程式，微小圆柱体表面上的切应力为
其中μ----油的动力粘度
u----油的流速
因此可得下列微分方程式：
(－2πrlμ) ＝πr2（p1－p2 ）
即(-μ)
式中Δp----长度l上的压差，
即Δp＝p1-p2
积分上述微分方程式：
μ=(-ΔPr2/4μl)+C
当r=R时，u=0，
则C=ΔPR2/4μl
所以u＝-ΔP（R2-r2）/4μl
为计算流量，取半径r处厚度为dr微小环形面积如图2所示，通过此环形面积的流量：
dq=u2πrdr
q= u2πrdr=(πΔp/2μl) (R2-r2)rdr=πR4ΔP/8μl
或q=πd4ΔP/128μl （1）
由于液体是靠自重流动，如图1，
ΔP=mg/s=ρvg/s=ρs.Hg/s=ρHg （2） 式中ρ----油液的密度 Ｓ----孔的截面积
H----孔的垂直高度
将(２)式代入(１)式得：q=πd4ρHg/128μl (3)
式中l----油液流经的长度.
（二）计算允许的主轴轴向最大泄漏量（Ｑ）
以固定壁面所组成的流速规律（图3）为例，
用Ｑ＝ udA的关系式来求出泄漏量，式中dA为微小过流断面，两平行平面所组成的缝隙h=常数，可得流速u为:
如果缝隙宽度为b，则微小过流断面dA=bdZ，由此流量Q为：
Q= udA= ubdZ
因为h很小，液流无Z方向运动，因此dp/dx与Z无关，
所以
由此可得 =-12μQ/bh3=常数.
即在两平行平面所形成的缝隙中沿X方向的压强改变率是不变的.如果沿L长度内压强由p1降至p2，两平行平面缝隙中压强分布如图4，
即压强降ΔP=P1-P2，则压强变化率为：
（p２-p１）/2=-ΔP/2
这个变化率等于
即
代入上述流速及流量公式，得
u=ΔP（h-Z）Z/2μL
Q=bh3ΔP/12μL
式中L----两平行平面长度
上述结论也同样适用于两平行圆柱面所形成的同心圆环缝隙，把式中宽b用环缝周长πD代替得
Q=πDΔPh3/12μL (4)
由于密封环与主轴不可能达到完全的同心，实际上是偏心的环形间隙，偏心状态时，间隙h沿着圆周方向是个变量，以Y表示，如图5所示，
Y=R-（rcosβ+ecosα）
式中e----偏心量
当β很小时，cosβ≈１，
R-r=h，令e/h=ε
则Y=h-hεcosα=h(1-εcosα)
间隙宽度db=Rdα
由（４）式：
dQ=ΔPRy3dα/12μL则
Q=(ΔPRh3/12uL) (1-εcosα)3dα
=πDh3ΔP(1+1.5ε2)/12μL
当ε=1时，即e=h，最大偏心时，则Q=(2.5×πDh3ΔP) /12μL (5)
（三）计算最大间隙（δmax）
从主轴轴向流出的油液经回油孔(d=φ5)流回油箱(见图1)， 只要渗漏量（Q）不大于小孔的最大流量（q），就不会有油漏出，因此，当Q=q时的间隙是允许的不漏油的最大间隙（δmax）由（３），（５）式得
πd4ρgH/128μl=(2.5Dh3ΔP)/12μL
即
实测得：d=φ5mm ρ=878kg/m3 L=6mm
H=50mm D=φ70mm l=350mm ΔP=15×105pa 代入上式得h=1.18×10-5m=0.0118mm
则δmax＝２h＝２×0.0118＝0.0236mm。
（四）确定最佳间隙（δ）
以上计算所得结论是理论上允许的极限间隙，考虑到使用寿命、安全系数以及加工的圆度误差等等因素，实际的间隙要比这个小，由（５）式可看出间隙的大小对泄漏的影响很大，从泄漏方面考虑，间隙是越小越好，但间隙太小也不行，会使轴与环之间产生磨擦，影响主轴与环的使用寿命，为此，必须使它们之间有一定的间隙以保证它们为液体摩擦。
由λ=hmin/RaΣ
式中hmin----两粗糙面间的最小公称油膜厚度
RaΣ----两表面的综合粗糙度
Ra1，Ra2----分别为两表面的轮廓算术平均偏差
当λ＞3-5时，形成完全的液体磨擦，我们取λ=4，则hmin=λ×RaΣ，又因主轴表面粗糙度Ra1=0.2μm，铜环内孔粗糙度Ra2=0.8μm， hmin=4×(0.22+0.82)1/2=3.3μm，所以δmin=2hmin=6.6μm
综上各因素，取间隙为８μm。
二、加工工艺
确定间隙值后，我们以此为依据加工铜环，由于铜环的壁厚才６mm（见图6），为薄壁件，容易加工变形，为此，设计了一套工装（见图7）。
为尽量减小测量误差，用千分尺测量好轴径后，固定好，以此作为加工铜环时测量内孔的基准.工艺如下：
1)车：车外圆、环形槽至尺寸，内孔粗车至φ72mm，厚度留研磨量0.04mm。
2)车：自车工装，其中件１（见图7）的孔与铜环外圆配车，间隙为0.01mm，孔深为5.5mm。
3)车：将工件装入夹具，精车内孔至φ70.4mm。
4)研磨：研磨铜环两面至尺寸， 保证平行度在0.005mm以内。
5)磨：将夹具的件１装夹到磨床上，校正外圆，自磨件１的a面光起即可，将工件装入夹紧，磨内孔φ70+0.003mm至尺寸，保证与主轴的间隙为0.008mm。
三、结论
实践证明：按以上计算数据及加工工艺加工出的铜环使用效果良好，根治了泄漏现象。
[参考文献]
[1]林国重,盛东初.液压传动与控制[M].北京：北京工业学院出版社,1987,21～32.
[2]机械工程手册,电机工程手册编辑委员会.机械工程手册,第8卷,机械制造工艺〈二〉[M].北京：北京机械工业出版社,1986,46篇113―185.
[3]机械设计手册联合编写组.机械设计手册,上册第一分册[M].第二版.北京：化学工业出版社,1982,114―130.
[4]金属机械加工工艺人员手册修订组编.金属机械加工工艺人员手册,上册第一分册[M].第二版.上海：化学工业出版社,1978,937―944.
（作者单位：衡阳技师学院 湖南衡阳）
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