双捻机旋转轴系装置、具有其的双捻机及其加工装配方法与流程

本发明涉及一种双捻机，特别是指一种双捻机旋转轴系装置、具有其的双捻机及其加工装配方法。

背景技术：

双捻机作为一种金属线材加工机械，具有高效、结构紧凑等优点。双捻机通常分为外放内收型与内放外收型两种机型，两种机型均有一个摇篮及左右旋转轴这样的结构。左右旋转轴通过两端摇篮轴承座支撑连接着摇篮，工作中旋转轴旋转而摇篮不旋转，从而对钢丝束进行加捻。

双捻机在捻制生产时，旋转轴系工作转速高达5500rpm，且设备每天24小时连续运转，人休设备不休，工况恶劣，造成轴系装置过早出现故障，影响正常生产。通过对轴系装置的结构及其安装工艺进行优化设计是提高其使用寿命的一种有效手段。

现有的双捻机轴系装置，旋转轴系工作转速最高4500rpm，轴系采用两个角接触轴承串联，加一深沟球轴承，碟簧在中间深沟球轴承和角接触轴承中间，这种结构承载力较差，同时预紧力调节完全凭靠操作工人的经验，可靠性差。

轴系装置中轴承位的配合设计即轴承内圈与轴、外径与轴承座的配合非常重要。当配合过松时，配合面会产生相对滑动(即蠕变)，蠕变一旦产生会磨损配合面，损伤轴或轴承座，造成早期失效。当过盈量过大时，轴承外圈外径变小或内圈内径变大，会导致轴承内部游隙的减少，此时，轴和轴承座的加工几何精度也会影响轴承原有精度，从而影响轴承的使用寿命。目前，对于双捻机轴系装置，轴承位公差推荐等级为js4级，轴承座轴承位公差推荐等级为js5，实际生产中发现，上述推荐等级并不能满足双捻机恶劣工况的要求，轴系装置故障率偏高，使用寿命较短。同时，轴系的加工装配工艺也是提高轴系使用寿命的重要手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可提高轴系装置整体使用寿命的双捻机旋转轴系装置、具有其的双捻机及其加工装配方法。

为实现上述目的，本发明所设计的双捻机旋转轴系装置，包括轴承座、主轴总成和轴上零件；所述主轴总成包括主轴、转向轮装置、过线轮总成和飞轮盘总成；所述主轴沿长度方向分为主轴轮盘段和主轴轴承段，两段轴内均设置有供钢丝穿过的过线孔；所述转向轮装置、过线轮总成安装在主轴轮盘段开设的安装槽内；所述飞轮盘总成固定在主轴轮盘段的轴头上；所述主轴轴承段的轴头通过键连接套设有同步带轮，且其轴头端部设置有眼模和进线模座；所述进线模座与主轴轴承段的轴头端部固定，并对同步带轮构成轴向限位；所述轴上零件包括三个角接触球轴承和一个深沟球轴承，三个角接触球轴承分别称为第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第三角接触球轴承；其中，第一角接触球轴承和第二角接触球轴承为一组，安装于主轴轴承段的内端(靠近主轴轮盘段的一端)，二者之间设置有隔开二者内外圈的内隔套和外隔套；第三角接触球轴承和深沟球轴承为第二组，安装于主轴轴承段的外端(远离主轴轮盘段的一端)，二者的内圈之间设置有内隔圈进行分隔；第二角接触球轴承与第三角接触球轴承的内外圈之间分别设置有内轴套和外轴套；所述轴承座上设置有轴承座安装法兰，其内端设置有内端盖，外端设置有小轴承座盖和调整端盖；所述内端盖对第一角接触球轴承的外圈构成轴向限位；所述小轴承座盖的内端套设在轴承座内，所述深沟球轴承的外圈套设在小轴承座盖内；所述调整端盖固定设置在小轴承座盖的外端法兰面上；所述调整端盖与所述深沟球轴承之间设置有外隔圈和碟形弹簧组，所述碟形弹簧组由多片碟形弹簧按具有递增载荷特性的方式组合而成；所述主轴的轴承位公差取(+it4/2，0)，轴承座的轴承位公差取(+it5/2，0)；所述内隔套和外隔套同时磨削加工以保证其沿轴向等高，所述内轴套和外轴套同时磨削加工以保证其沿轴向等高，有效保证角接触球轴承的预紧力；所述小轴承座盖与轴承座之间预留有一定的调整间隙，以保证轴承系的定位可靠。

优选地，各所述角接触球轴承的内圈、深沟球轴承的内圈分别与主轴过盈配合，所述内隔套、内轴套和内隔圈分别与主轴间隙配合；各所述角接触球轴承的外圈、外隔套、外轴套、小轴承座盖分别与轴承座间隙配合。

进一步地，各所述角接触球轴承的内圈、深沟球轴承的内圈与主轴之间的配合过盈量分别为0.0015～0.0065mm；各所述角接触球轴承的外圈与轴承座之间的配合间隙量分别为0.001～0.0065mm；所述外隔套、外轴套、小轴承座盖与轴承座的间隙量分别为0.1～0.2mm；所述深沟球轴承的外圈与小轴承座盖之间的配合间隙量为0.001～0.0085mm；所述小轴承座盖与轴承座外端面之间预留的调整间隙为2～3mm。

优选地，所述同步带轮的内端设置有环形凸台，后者套设在主轴轴承段的轴肩外侧；所述同步带轮的内端与该处轴肩之间设置有o形密封圈。

本发明同时公开了一种采用上述任一轴系装置的双捻机，该双捻机包括机架、摇篮和两个所述轴系装置，两个所述轴系装置分别通过其轴承座上的轴承座安装法兰固定安装在机架上，两个所述轴系装置位于飞轮盘总成一端的轴头分别通过摇篮安装轴承安装在摇篮的两端。

本发明进一步公开了上述任一轴系装置的加工装配方法，包括如下步骤；

1)模拟动平衡预先去重：在三维制图软件(creo、caxa或solidworks等)中建立轴系三维模型，进行模拟动平衡实验，对主轴总成三维模型进行重心模拟，根据模拟实验结果对主轴进行动平衡预先去重，并按去重后的三维模型加工主轴；

2)轴系装置组装：将组装好的主轴总成立式放置在轴承装配平台上，再完成轴上零件及轴承座的组装；

3)轴系装置动平衡：将整个轴系装置通过轴承座安装法兰立式安装在立式动平衡工装上，采用全速度的双面试重标定法进行动平衡校正，动平衡平衡等级为g1.0；

4)整机动平衡：将轴系装置装配到双捻机整机上后，进行整机动平衡。

优选地，所述步骤2)具体包括如下步骤：

2.1)对待装零件进行清洁，并在无尘环境下对轴承进行组装，以降低灰尘对轴承寿命影响，减小振动，提高装配质量；

2.2)主轴总成组装：将转向轮装置、过线轮总成和飞轮盘总成安装到主轴上；

2.3)轴承安装：将装配完成的主轴总成立式放置在轴承装配平台上，使其主轴轮盘段的轴头套设在轴承装配平台上的定位套筒内，再将轴承及其他轴上零件安装到主轴上；

2.4)轴承座安装：将轴承座立式放入加热箱内加热到适当温度，通过吊环吊起，将轴承座装入主轴中，等冷却后，拧紧内端盖上的螺钉；

2.5)轴承的预紧：所述碟形弹簧组包括多片碟形弹簧，按具有递增载荷特性的方式组合安装；采用扭力扳手在设定的扭力下拧紧调整端盖上的螺钉，对碟形弹簧组施加一定的压紧力，为各角接触球轴承提供合理预紧力，使轴承满足工作要求，提高使用寿命，且通过扭矩扳手控制碟簧压紧力达到控制轴承预紧力，更加可靠便捷。

进一步地，所述步骤2.3)中，轴承的具体安装方法为：采用中频加热箱，将轴承加热到适当温度，套入主轴内，用套筒在轴承端面的圆周上施加均等的压力将轴承压入轴承位，轴承装入后涂抹润滑脂进行润滑，减少摩擦阻力及防止过度磨损。润滑脂优选美孚28润滑脂，其在高温下有优秀的保持能力和抵抗油质劣化的能力，有更好负荷承载能力。

进一步地，所述步骤2.3)中，各轴承的加热温度为110℃；所述步骤2.4)中轴承座的加热温度为120℃。

优选地，所述步骤3)中，采用动平衡仪对轴系装置进行动平衡校正，具体包括如下步骤：

a)轴系装置的转速由0上升，测试振动烈度大于3mm/s的速度w0；

b)进行配平：在速度w0下，选取合适质量的试重块，安装到a面配平位置；

c)以速度w0旋转，在动平衡仪中输入a面配重质量，动平衡仪自动计算对b面影响系数。

d)取下a面试重，选取合适质量的试重块，在与a面同相位的b面施加；

e)在速度w0下旋转并在动平衡仪中输入b面配重质量，动平衡仪自动计算对a面影响系数；

f)取走试重，动平衡仪自动计算出各面施加的质量和相位；

g)动平衡仪对不平衡量矢量分解，得到在四个相位或八个相位下需配重的质量；

h)施加配重后看振动是否大于3mm/s，若振动烈度大于3mm/s，则在转速w0下调整配重重复上述步骤b)～g)；否则升高转速确定下一个振动烈度大于3mm/s的转速wt重复，在转速wt下重复步骤b)～g)，直到在0-4500rpm转速下振动烈度都小于3mm/s。

优选地，所述步骤3)中采用的立式动平衡工装包括电机台架、变频电机和装置台架；所述变频电机立式安装在电机台架的上部，其输出轴头上设置有电机带轮；所述装置台架上设置有支撑平台，所述支撑平台上设置有装置固定法兰；所述装置固定法兰呈半圆形，半圆开口侧的支撑平台开口；所述轴系装置同步带轮朝上，整体从支撑平台的开口处平移到固定法兰上，其轴承座安装法兰通过螺栓从上方固定在装置固定法兰上，安装固定后，所述轴系装置的主轴处于竖直方向；所述轴系装置同步带轮通过同步带与电机带轮相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)采用三个高速角接触轴承串联配置，轴向力承载更大，更适应高速(5500rpm以上)旋转捻制工况；与推荐的公差等级不同，主轴轴承位公差取(it4/2，0)，轴承座轴承位公差取(it5/2，0)，经实际检验，在双捻机恶劣工况下，具有更高的稳定性和更低的故障率，提高了轴系装置的使用寿命。

2)采用立式动平衡工装进行轴承安装，主轴及其上零件重力重心与旋转轴线基本保持垂直重合，可避免角接触轴承和压紧碟簧横放时重力作用影响轴承游隙，导致轴线偏离理论中心而引起力偶不平衡。

3)采用模拟动平衡、轴系装置动平衡和整机动平衡三种动平衡试验的组合，尽可能减少不平衡量。其中，在主轴设计时，采用模拟动平衡预先去重，可保证后续实际动平衡试验的顺利进行，否则不平衡量太大，无法完成轴系装置动平衡；轴系装置组装完成后，在立式动平衡工装上进行轴系装置动平衡，解决不平衡量，减少振动；轴系装置轴系装置装配到双捻机整机上后，通过整机动平衡试验，解决轴系装置整体装配后引起的力偶不平衡，做到现场动平衡，使整机运转效果最佳。

附图说明

图1为本发明实施例1所设计的双捻机旋转轴系装置的局部剖视示意图(剖面过轴线)，该轴系装置除转向轮装置、过线轮装置外为回转体。

图2为图1中主轴总成的局部剖视示意图(剖面过轴线)。

图3为图2中主轴的结构示意图。

图4、图5分别为图1中a处、b处的放大图。

图6为本发明实施例2中轴承装配平台的立体结构示意图。

图7为图2中主轴总成与图6中轴承装配平台的安装示意图。

图8为本发明实施例2中立式动平衡工装的立体结构示意图。

图9、图10分别为图8中立式动平衡工装的主视、俯视示意图。

图11为具有图1中轴系装置的双捻机的结构示意图。

其中：

轴系装置100，包括：主轴总成200、主轴210、主轴轮盘段211、主轴轴承段212、过线孔220、转向轮装置230、过线轮装置240、飞轮盘总成250、飞轮盘安装法兰251；轴上零件300、第一角接触球轴承311、第二角接触球轴承312、第三角接触球轴承313、深沟球轴承320、内隔套331、外隔套332、内隔圈341、外隔圈342、内轴套351、外轴套352、进线模座360、眼模361、同步带轮370、环形凸台371、平键380、o形密封圈390；轴承座400、轴承座安装法兰410、注油口420、内端盖430、小轴承座盖440、调整端盖450、碟形弹簧组460。

机架500、摇篮600、摇篮安装轴承610；

轴承装配平台700、定位套筒710；

立式动平衡工装800，包括：电机台架810、变频电机820、装置台架830、支撑平台831、装置固定法兰832、电机带轮840、同步带850、防护门罩860；

螺栓910、螺钉920。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～5所示，本实施例提供了一种双捻机旋转轴系装置，包括主轴总成200、轴上零件300和轴承座400。其中：

主轴总成200包括主轴210、转向轮装置230、过线轮装置240和飞轮盘总成250。主轴210沿长度方向分为主轴轮盘段211和主轴轴承段212，两段轴内均设置有供钢丝穿过的过线孔220。转向轮装置230、过线轮装置240安装在主轴轮盘段211开设的安装槽内。飞轮盘总成250直径较小的一端与主轴轮盘段211的轴头之间设置有飞轮盘安装法兰251，后者与前二者分别通过螺钉920相连。主轴轴承段212的轴头处设置有有同步带轮370，且其轴头端部设置有眼模361和进线模座360。同步带轮370与主轴轴承段212的轴头之间设置有平键380，平键380与同步带轮370间隙配合连接，与轴头过盈配合连接。进线模座360与主轴轴承段212的轴头端部通过螺钉920固定，并对同步带轮370构成轴向限位。同步带轮370的内端设置有环形凸台371，后者套设在主轴轴承段212的轴肩外侧。同步带轮370的内端与该处轴肩之间设置有o形密封圈390。

轴上零件300包括三个角接触球轴承和一个深沟球轴承320，为便于描述，三个角接触球轴承分别称为第一角接触球轴承311、第二角接触球轴承312、第三角接触球轴承313。其中，第一角接触球轴承311和第二角接触球轴承312为一组，安装于主轴轴承段212的内端(靠近主轴轮盘段211的一端，下同)，二者之间设置有隔开二者内外圈的内隔套331和外隔套332。第三角接触球轴承313和深沟球轴承320为第二组，安装于主轴轴承段212的外端(远离主轴轮盘段211的一端，下同)，二者的内圈之间设置有内隔圈341进行分隔。第二角接触球轴承312与第三角接触球轴承313的内外圈之间分别设置有内轴套351和外轴套352。内轴套351与外轴套352采用同时磨削加工，保持等高要求(即轴向长度相等)，以满足轴装置中角接触球轴承的装配要求。

轴承座400上设置有轴承座安装法兰410和注油口420，其内端设置有内端盖430，外端设置有小轴承座盖440和调整端盖450。内端盖430通过螺钉固定在轴承座400的端面上，对第一角接触球轴承311的外圈构成轴向限位。小轴承座盖440的内端套设在轴承座400内，其外端设置有法兰面，该法兰面与轴承座400的端面预留有2～3mm的调整间隙。深沟球轴承320的外圈套设在小轴承座盖440内。调整端盖450与深沟球轴承320的外圈之间设置有外隔圈342和碟形弹簧组460，碟形弹簧组460由多片碟形弹簧按具有递增载荷特性的方式组合而成。调整端盖450通过螺钉920固定设置在小轴承座盖440的外端法兰面上，通过拧紧该处的螺钉920，可以使碟形弹簧组460处于压紧状态，为角接触球轴承提供一定的预紧力。

在本实施例中，主轴210的轴承位公差取(0，-it4/2)，轴承座400的轴承位公差取(+it5/2，0)。各轴承选取p4级精度，避免游隙太精密易引起轴承过早损坏。内隔套331和外隔套332同时磨削加工以保证其沿轴向等高，内轴套351和外轴套352同时磨削加工以保证其沿轴向等高。

各角接触球轴承的内圈、深沟球轴承320的内圈与主轴210过盈配合，过盈量分别为0.0015～0.0065mm。各角接触球轴承的外圈与轴承座400间隙配合，间隙量分别为0.001～0.0065mm。外隔套332、外轴套352、小轴承座盖440与轴承座400间隙配合，间隙量分别为0.1～0.2mm。深沟球轴承320的外圈与小轴承座盖440间隙配合，间隙量为0.001～0.0085mm。小轴承座盖440与轴承座400之间预留有2～3mm的调整间隙，以保证轴承系的定位可靠。

本实施例还提供了一种双捻机，如图11所示，该双捻机包括机架500、摇篮600和两个前述轴系装置100，两个轴系装置100分别通过其轴承座400上的轴承座安装法兰410固定安装在机架500上，两个轴系装置100位于飞轮盘总成250一端的轴头分别通过摇篮安装轴承610安装在摇篮600的两端。本发明仅针对双捻机的轴系装置进行改进，双捻机的其余结构采用现有设计。

实施例2

本实施例提供了实施例1中轴系装置的加工装配方法，包括如下步骤：

1)模拟动平衡预先去重：在creo软件中建立轴系三维模型，进行模拟动平衡实验，对主轴总成200三维模型进行重心模拟，以保证在整套轴系装置100在动平衡试验机上试验顺利进行，否则不平衡量太大，无法完成后续的实际动平衡试验；根据模拟实验结果对主轴210进行动平衡预先去重，并按去重后的三维模型加工主轴210。

2)轴系装置组装：将组装好的主轴总成200立式放置在轴承装配平台700上，再完成轴上零件300及轴承座400的组装。具体包括：

2.1)对待装零件进行清洁，其中，主轴210、内轴套351、外隔套332、内隔套331、轴承(包括各角接触球轴承和深沟球轴承)、轴承座400采用洗油清洗，其他零部件主要通过干净抹布擦拭。对于高精度轴承装配，零部件必须经过洗油清洗，轴承装配需带洁净手套，尽量保证轴承安装无尘且安装时环境尽量洁净，以降低灰尘对轴承寿命影响，减小振动。在安装时应有清洗槽，保证零部件装配时清洗，以提高装配质量。

随后在无尘环境下对轴承进行组装，以降低灰尘对轴承寿命影响，减小振动，提高装配质量。

2.2)主轴总成组装：将转向轮装置230、过线轮装置240和飞轮盘总成250安装到主轴210上，其中，飞轮盘总成250采用12.9级螺钉，并通过扭力扳手拧紧固定。

2.3)轴承等轴上零件组装：如图6、7所示，将装配完成的主轴总成200立式放置在轴承装配平台700上，使其主轴轮盘段211的轴头套设在轴承装配平台700上的定位套筒710内，再依次将安装内端盖430、第一角接触球轴承311、外隔套332、内隔套331、第二角接触球轴承312、外轴套352、内轴套351、第三角接触球轴承313、内隔圈341、深沟球轴承320、o形密封圈390、平键380，然后套入轴承座400、小轴承座盖440、外隔圈342、碟形弹簧组460、调整端盖450、同步带轮370、眼模361、进线模座360安装到主轴210上，然后紧固内端盖430和调整端盖450上的螺钉920。

在该步骤中，安装轴承时，不平可能导致轴承受到不均等的力使轴承游隙不均匀，因此采用轴承装配平台700使主轴保持竖直状态，并在轴承安装时使用套筒在轴承端面的圆周上施加均等的压力，从而确保轴承游隙均匀。

在该步骤中，平键380与主轴210过盈配合联接，与同步带轮370过渡配合联接；眼模361安装在进线模座360内后，再用螺钉920固定连接在主轴210尾端部。

在该步骤中，轴承的具体安装方法为：采用中频加热箱，将轴承加热到适当温度110℃，套入主轴210内，用套筒在轴承端面的圆周上施加均等的压力将轴承压入轴承位，轴承装入后涂抹润滑脂进行润滑。润滑周期为5000小时，单个轴承添加量为16g，减少摩擦阻力及防止过度磨损润滑脂优选美孚28润滑脂，其在高温下有优秀的保持能力和抵抗油质劣化的能力，有更好负荷承载能力。

2.4)轴承座安装：将轴承座400立式放入加热箱内加热到120℃，通过吊环吊起，将轴承座400装入主轴210中，等冷却后，拧紧内端盖430上的螺钉920。

2.5)轴承的预紧：碟形弹簧组460的多片碟形弹簧按具有递增载荷特性的方式组合安装，本实施例中碟形弹簧组460由六个单片碟型弹簧组成，三个单片碟型弹簧叠合成一组，两组再进行对合。采用扭力扳手(力矩设置为22n·m)拧紧调整端盖450上的螺钉920，对碟形弹簧组460施加一定的压紧力，为各角接触球轴承提供合理预紧力，使轴承满足工作要求，提高使用寿命。

3)轴系装置动平衡：将整个轴系装置100通过轴承座安装法兰410立式安装在立式动平衡工装800上，采用动平衡仪(含配套的软件和相位测量传感器)，并通过全速度(即主轴210系统最高工作转速下)的双面试重标定法进行动平衡校正，动平衡平衡等级为g1.0。

如图9、10所示，立式动平衡工装800包括电机台架810、带轴流散热风机的变频电机820、装置台架830和防护门罩860。变频电机820立式安装在电机台架810的上部，其输出轴头上设置有电机带轮840。装置台架830上设置有支撑平台831，支撑平台831上设置有装置固定法兰832。装置固定法兰832呈半圆形，半圆开口侧的支撑平台831开口。轴系装置100同步带轮370朝上，整体从支撑平台831的开口处平移到固定法兰上，其轴承座安装法兰410通过螺栓910从上方固定在装置固定法兰832上，安装固定后，轴系装置100的主轴210处于竖直方向。

轴系装置100同步带轮370通过同步带850与电机带轮840相连。进行动平衡试验时，变频电机820按设定转速旋转，通过同步带轮370和同步带850带动轴系装置100的主轴总成200，使其运行在设定转速。

该步骤中，动平衡校正具体包括：

a)轴系装置100的转速由0上升，测试振动烈度大于3mm/s的速度w0，例如w0＝2000rpm下，振动烈度大于3mm/s，则在2000rpm进行配平。

b)进行配平：在速度w0下，选取合适质量的试重块，安装到a面配平位置。

c)以速度w0＝2000rpm旋转，在动平衡仪中输入a面配重质量，动平衡仪自动计算对b面影响系数。

d)取下a面试重，选取合适质量的试重块，在与a面同相位的b面施加。

e)在速度w0下旋转并在动平衡仪中输入b面配重质量，动平衡仪自动计算对a面影响系数。

f)取走试重，动平衡仪自动计算出各面施加的质量和相位。

g)动平衡仪对不平衡量矢量分解，得到在四个相位或八个相位下需配重的质量。

h)施加配重后看振动是否大于3mm/s，若振动烈度大于3mm/s，则在转速w0下调整配重重复上述步骤b)～g)。否则升高转速确定下一个振动烈度大于3mm/s的转速wt重复，在转速wt下重复步骤b)～g)，直到在0～4500rpm转速下振动烈度都小于3mm/s。由于仪器计算后的质量和相位得到4和8分量后，配平质量不尽与计算的一样，往往需多次重复操作。

4)整机动平衡：将轴系装置100装配到双捻机整机上后，进行整机动平衡。整机动平衡的目的主要是解决轴系装置100整体装配后引起力偶不平衡。本实施例采用多通道机械故障诊断系统(采用现有系统)，通过该系统对轴系装置100进行系统状态监测，对转子不平衡、不对中、旋转失速、喘振、转子与静止件摩擦、转子过盈配合件过盈不足、转子支承系统连接松动、密封和间隙动力失稳、转轴具有横向裂纹等故障进行诊断，做到现场动平衡，使整机运转效果最佳。

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