趙明甡，楊志業(yè)，王 超

（三門核電有限公司維修處，浙江臺(tái)州 317100）

0 引言

羅茨風(fēng)機(jī)作為鼓風(fēng)機(jī)的一種，排氣壓力不高，排風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高風(fēng)量提高。羅茨風(fēng)機(jī)各葉輪始終由同步齒輪保持正確的相位，運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子不會(huì)接觸，因不需要內(nèi)部潤(rùn)滑，所以可以高速化。此外，羅茨風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，性能穩(wěn)定。因此，三葉臥式羅茨風(fēng)機(jī)應(yīng)用在三門核電多個(gè)系統(tǒng)（共計(jì)11臺(tái)），主要用于廢水池曝氣。羅茨風(fēng)機(jī)工作原理見圖1。

圖1 羅茨風(fēng)機(jī)工作原理

由于羅茨風(fēng)機(jī)主要用于廢水池曝氣，多安裝于室外，沿海地區(qū)海風(fēng)鹽分高，設(shè)備工作環(huán)境惡劣。羅茨風(fēng)機(jī)如故障嚴(yán)重，需要解體檢修，檢修關(guān)鍵點(diǎn)在于葉輪軸承的拆卸與安裝。由于羅茨風(fēng)機(jī)各葉輪始終由同步齒輪保持正確的相位，不會(huì)出現(xiàn)相互碰觸的現(xiàn)象，解體檢修過程中需要保證2個(gè)葉輪之間間隙、葉輪端面與殼體內(nèi)壁間隙等滿足要求，這2個(gè)間隙的大小與軸承安裝有直接關(guān)系。檢修過程中軸承一般采用冷裝，即借助外力強(qiáng)行將軸承裝到位。由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軸承外圈完全陷在軸承座內(nèi)，無法利用拉馬等工具拆卸軸承。將羅茨風(fēng)機(jī)軸承完整、安全地拆卸下是檢修的難點(diǎn)。

1 軸承拆卸方法

軸承的拆卸是機(jī)械維修的重要內(nèi)容。由于軸承與軸的配合較緊（過盈配合），需要較大的力才能拆卸下來。拆卸方法不當(dāng)，容易造成軸承及相關(guān)零件的損壞。軸承常用拆卸方法有5種。

（1）敲擊法。是一種最簡(jiǎn)單、最常見的軸承拆卸方法。借助錘擊的力量使相互配合的零件產(chǎn)生位移而相互脫離，實(shí)現(xiàn)拆卸。采用敲擊法拆卸軸承時(shí)，敲擊力不應(yīng)施加在軸承的滾動(dòng)體和保持架上，一般應(yīng)施加在軸承內(nèi)圈，這種拆卸方法簡(jiǎn)單易行，但常會(huì)損壞零件，甚至達(dá)不到拆卸的目的。

（2）拉出法。利用2爪或3爪拉馬等工具拆卸軸承，采用拉出法軸承受力均勻，拆卸力的大小和方向容易控制，適用于軸承與軸配合過盈量較大的情況。這種方法損壞零部件的概率較小。

（3）推壓法。利用壓力機(jī)將軸承推出，優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，對(duì)機(jī)器和軸承的損傷小。拆卸時(shí)壓力機(jī)的著力點(diǎn)應(yīng)保持在軸的中心，墊塊抵住軸承內(nèi)圈。

（4）熱拆法。用熱拆法拆卸軸承時(shí)，首先應(yīng)將拉具安裝在準(zhǔn)備拆卸的軸承上，并提供一定的預(yù)拉力。用高溫機(jī)油（100℃左右）反復(fù)淋澆在軸承上，軸承圈受熱膨脹后改變與軸的配合過盈量。如需拆卸軸承較少或沒有大量機(jī)油，可以采用噴槍烘烤的方式，但要注意軸承加熱時(shí)溫度不能太高且火焰不能對(duì)著軸，防止軸受熱后材料組織結(jié)構(gòu)變化。

（5）液壓法。適用于尺寸較大且配合很緊的軸承，使用液壓拆卸時(shí)軸上應(yīng)有預(yù)制孔。液壓拆卸工具主要有液壓泵、液壓管、壓力表及接頭等，并需要配合拉馬使用。操作時(shí)壓力應(yīng)緩慢升高，聽到軸承與軸分離的聲音后，使用拉馬等工具拆卸。如在打壓過程中壓力已升的很高，但始終沒有分離，應(yīng)首先泄壓，避免壓力過高出現(xiàn)設(shè)備損壞、人員受傷等情況。

2 解決方案

2.1 工具要求

羅茨風(fēng)機(jī)檢修難點(diǎn)是將軸承完整、安全地拆除。由于風(fēng)機(jī)鑄鐵軸承端蓋為整體式，且軸承在箱體內(nèi)涵較深，無法使用拉馬等工具，只能采用敲擊法等拆卸方法，但敲擊的沖擊力會(huì)造成軸承端蓋產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。由于軸承安裝涵較深，無法使用“拉”的辦法拆卸，只能采取“壓”的辦法。對(duì)此拆卸工具應(yīng)具備5點(diǎn)要求：①采取手動(dòng)推壓法拆卸；②拆卸工具最好可以將2個(gè)軸承同步拆卸；③工具有足夠的強(qiáng)度；④體積、重量需方便攜帶；⑤拆卸工具對(duì)鑄造軸承蓋不能有損傷。

2.2 工具建模

測(cè)量設(shè)計(jì)工具所需的尺寸后，利用繪圖軟件對(duì)軸承拆卸工具初步建模。軸承拆卸工具為滿足工具設(shè)計(jì)要求，制作2個(gè)相同且可以互換使用的拆卸工具。每個(gè)拆卸工具包括1個(gè)壓板、4根拉桿（M8）、1根頂桿（M16）及若干螺母。工作時(shí)將4根拉桿旋入軸承座上的4個(gè)螺紋孔內(nèi)，利用定位螺栓調(diào)整壓板位置，使2個(gè)軸承拆卸互不干涉。頂桿頭部螺母與頂桿焊死，頂桿與葉輪軸接觸面加銅墊，避免旋進(jìn)頂桿時(shí)壓傷葉輪軸端部。利用扳手旋進(jìn)頂桿時(shí)，利用頂桿壓力將葉輪軸和軸承一起從軸承座內(nèi)拆下。

2.3 工具受力分析與優(yōu)化

使用該工具時(shí)首先要驗(yàn)證頂桿和拉桿能否承擔(dān)軸承與軸承座之間過盈配合的摩擦力。非驅(qū)動(dòng)端軸承型號(hào)為5207，屬于角接觸軸承，內(nèi)徑35 mm，外徑72 mm，寬度27 mm，外圈與軸承座為過渡配合（計(jì)算時(shí)忽略）。

從軸上拆卸軸承所需摩擦力計(jì)算方法見式（1）。

式中F——壓入力，N

Pf——結(jié)合面承受最大的壓力，N/mm2

df——結(jié)合直徑，mm

Lf——結(jié)合長(zhǎng)度，mm

μ——結(jié)合表面摩擦因數(shù)

其中結(jié)合面承受最大壓力Pf的計(jì)算見式（2）～式（4）。

式中δmax——最大過盈量，mm

Ea，Ei——包容體和背包容體的材料彈性模量

Ca，Ci——系數(shù)

da，di——分別為包容件外徑和被包容件內(nèi)徑（實(shí)心軸 di=0），mm

v——泊松比

查找相關(guān)手冊(cè)，對(duì)式（1）～式（4）中部分?jǐn)?shù)值進(jìn)行約定。由于軸與軸承都是鋼材，取摩擦因數(shù)μ=0.16，彈性模量Ea=Ei=235 kN/mm2，泊松比 v=0.3，df=35 mm，da=72 mm，di=0 mm。軸與軸承配合屬于基孔配合H7/k6，δmax=0.033 mm。將這些數(shù)值帶入式（3）、（4）、（2）中，得出 Pf=1.21 N/mm2。帶入式（1）中得出：F=574.33 N。為方便計(jì)算，F(xiàn)≈600 N。一般壓力值為計(jì)算值的（3～3.5）倍，即F的實(shí)際值可能達(dá)到2000 N。

在2000 N作用下，分析工具受力及位移情況（圖2）。通過受力和位移分析得出該拆卸工具可以滿足軸承拆卸要求。

3 使用效果及優(yōu)化

3.1 使用效果

利用已經(jīng)建模完成的圖紙加工軸承拆卸工具，通過實(shí)際使用驗(yàn)證該工具主要優(yōu)點(diǎn)：①拆卸平穩(wěn)，省力，不容易傷到軸承及軸承座；②操作人員只需2人，且操作方便容易掌握；③快捷，效率高；④敲擊法作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn)：①工具整體重量重，由于過分考慮壓板的承受力，壓板較厚且為一整塊，不方便攜帶；②調(diào)整壓板不方便，為使2個(gè)拆卸工具不干涉，調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)；③拆卸用力較大，工作強(qiáng)度大。

3.2 優(yōu)化

為減輕拆卸工具重量，方便攜帶。對(duì)拆卸工具優(yōu)化，重新設(shè)計(jì)建模并作受力分析。優(yōu)化后工具受力及位移分析見圖3。通過分析得出切除部分壓板材料對(duì)壓板受力影響很小，滿足功能的同時(shí)減輕工具重量，方便攜帶。圖4為羅茨風(fēng)機(jī)軸承拆卸工具優(yōu)化前后使用情況。

4 結(jié)語

利用有限元分析技術(shù)，可以在軸承拆卸工具加工制造前通過建模與受力分析驗(yàn)證工具的可用性，優(yōu)化設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)制造工作中達(dá)到事半功倍的效果。工具加工制造出來后，在實(shí)際工作中得到驗(yàn)證，能安全、無損傷的將軸承拆下。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化只是減輕了工具的重量，方便操作攜帶。后續(xù)的優(yōu)化工作可以考慮將4跟拉桿加工出臺(tái)階，直接將壓板放在臺(tái)階上，便于調(diào)整。此外，可以考慮將螺紋頂桿改為液壓，或利用電動(dòng)扳手或氣動(dòng)扳手進(jìn)行拆卸作業(yè)，但需要考慮扳手旋轉(zhuǎn)速度與力矩值。

圖2 等效應(yīng)力及位移分析

圖3 優(yōu)化后工具等效應(yīng)力及位移分析

圖4 優(yōu)化前后拆卸工具使用情況