中心架轴承改造在动力部件整体加工上的应用

钟翔

中心架轴承改造在动力部件整体加工上的应用

钟翔

（中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009）

使用防爆车床进行动力部件的整体加工，从安全性、一致性、稳定性考虑有利于动力部件的同轴度保证，从而满足推力偏心的要求。对中心架轴承的改造，是建立在动力部件整体加工环节上的。考虑到火工品试验的特殊性，需要摸索出一条既满足整体加工要求，保证数据的准确性、连贯性，又能够避免安全隐患的中心架支撑技术，以滚动摩擦替代滑动摩擦的改造技术。实践表明，中心架轴承改造技术在动力部件整体加工上是安全可行的。

中心架；支撑改造；轴承；安全性

推力线偏斜（推力偏心）是为了保证产品发射之后，能够形成一个仰角，从而精确制导的重要手段。通过采取斜切喷管的方式，解决了产品离轨初期的弹道下沉问题。而产品组装完成之后的动力部件推力偏心由加工、装配形成的动力部件推力线偏斜角和整体同轴度保证。

通过加工来控制保证动力部件偏斜角、整体同轴度，普通车床中心架根本无法满足加工要求。因为在加工前测试和加工过程中，需要利用车床的三爪卡盘装夹动力部件前端，实现轴向定位，车床中心架支承爪支撑动力部件壳体，实现径向定位，以轴向转动来实现动力部件整体的加工，保证同轴度要求。而现有中心架支承爪一般采用铸铁材料制作而成，虽然具有耐磨、减震等特点，但动力部件壳体与支承爪之间会产生严重的滑动摩擦，一方面会导致动力部件壳体受损，另一方面由于摩擦生热可能导致火工品燃烧爆炸。因此，中心架轴承改造技术，重点解决中心架支承爪与动力部件壳体滑动摩擦问题，同时改造之后的设备能够在保证加工精度的前提下提高效率。

1 轴承改造

1.1 原因分析

查阅《机械设计手册》[1]，铸铁对钢的滑动摩擦系数为0.15，如果动力部件壳体直接安装在铸铁支承爪上，会产生极大的摩擦而导致壳体损伤、变形，另外由于摩擦产生大量的热不断积累，最终可能导致火工品燃烧爆炸，存在极大的安全隐患。

1.2 方案设计

正常情况下，滚动摩擦代替滑动摩擦是降低摩擦系数、减小摩擦的有效方法。钢对轴承的滚动摩擦系数为0.002，如果能把支承爪改造成轴承的话，中心架与动力部件壳体之间的摩擦力就会大大减小。根据这种思路，特意设计出了如图1所示的支承爪。

1—夹头；2—轴承；3—销轴。

1.3 轴承选取

由于中心架在整个加工过程中只起到支承作用，所以在选取轴承时需要考虑支承爪的加工尺寸大小，因此在设计中根据试选取了深沟球轴承6200，如图2所示。

图2 深沟球轴承示意图（单位：mm）

1.3.1 支承稳定性

假设动力部件在理想状态下直径均匀：动力部件后端在18.5 mm内，外径设为90 mm，无跳动，除动力部件前、后端外，其余部分外径不大于91 mm。考虑到动力部件后端面结构的特殊性，支撑位置仅为12 mm。选择的深沟球轴承6200宽=9 mm，满足支撑条件，在动力部件整体加工中，该轴承宽能够满足线接触时，接触线段长度足够，三向支承稳定性较好。

1.3.2 极限转速

查阅手册可以得知，深沟球轴承6200极限转速极= 5 000 r/min，外径尺寸为Φ30 mm。C6136式车床的主轴转速为主轴=120 r/min。中心架支撑的发动机外径按Φ100 mm计算，使用深沟球轴承6200时，实际轴承转速0为：

0=π×0×轴/π×轴（1）

式（1）中：0为轴承实际转速；0为支撑件外径；轴为主轴转速；轴为轴承外径。

由此，轴承的实际转速为0=100×π×120/30π=400 r/min<极=5 000 r/min。

计算结果可知，所选用的轴承的实际转速远低于它所允许的最高转速，因此极限转速满足使用要求。

1.3.3 最大载荷

从车床中心架实际工作状态分析，如果是用于轴类零件加工（试验），当工件轴径较粗、刚性较大时，对车床的载荷主要分布在三爪卡盘和顶尖处，中心架只承担小部分载荷。对于加工（试验）细长类零件，中心架支承爪才会承受较大的载荷，但是最大载荷不会超过零件质量的1/2。

现校核改进后的中心架所承受的最大载荷。

假设动力部件最大质量=15 kg，质心距前端面 600 mm，长度为1 200 mm，此时中心架承受的载荷：=0.5=0.5×15 kg=7.5 kg。

查阅手册可知，深沟球轴承可允许的最大静载荷静= 0.78 kN=79.5 kg，满足试验要求。

2 支承爪改造

2.1 方案设计

2.1.1 方案一

首先加工轴承槽，然后直接在支承爪支撑面的侧面开一个销孔，在轴承槽内装上轴承（轴承的轴线与支承爪的中心线垂直），销子与孔采用过渡配合H6/k6紧固，如图3所示。

图3 支撑爪改造方案一

2.1.2 方案二

首先用线切割技术去掉部分台阶，然后加工轴承槽，最后在支承爪夹头侧面开一个销孔，在轴承槽内装上轴承（轴承的轴线与支承爪的中心线垂直），销子与孔采用过渡配合H6/k6紧固，如图4所示。

2.2 方案选择

对于方案一，由于支承爪的支撑面台阶较高，如果直接在台阶上钻孔，会出现加工孔难以定位以及加工精度无法满足相关要求，最终导致销子无法正常装配等问题。

最终通过比较，采用方案二的改造方法，改造之后的中心架如图5所示。

图4 支撑爪改造方案二

图5 中心架改造后示意图

3 结论

经过改造之后的中心架轴承改造技术已经运用于动力部件整体加工中，在后续的所有加工试验中，装配试验数据均正常有效，整体加工形成的动力部件推力线偏斜角均满足设计指标，效率得到了提高。实践表明，改造之后的中心架具有拆卸方便、支撑稳定性好、不磨损试验部件、精准高效、安全性能好等特点。

4 启发与展望

中心架轴承改造技术在动力部件整体加工上的应用，说明该项技术在卧式车床加工细长轴类零件具备一定的推广性。使用滑动摩擦中心架虽然可以具备耐磨、减震等特点，但因支承爪滑动摩擦的磨损相当严重，从而导致中心架支承爪的使用寿命大大缩短，间接对零件的加工精度产生影响，所以该项技术也适用于各类零件加工的车床改造。

空空导弹武器零部件外部形状多种多样，对加工、装配的精度要求相对较高，同时材料复杂，磨损严重，从而导致成本高居不下。使用中心架轴承改造技术，能有效地提高武器零部件生产的精度、效率，有效保证产品质量，降低成本，提高市场竞争力。因此，中心架轴承改造技术也将会受到各大批量加工中心的关注。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］周超梅，刘丽华，王淑君.公差配合与测量技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］杨中东，吴凤林.C605×5000卧式车床中心架的改造设计［J］.机械管理开发，2007（3）：7，9.

TG51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.013

2095－6835（2021）08－0040－02

钟翔（1988—），男，大学本科，工程师，主管工艺师，研究方向为机械设计制造及自动化。

〔编辑：王霞〕