摘　要：片煙開(kāi)箱是煙草制絲生產(chǎn)的道工序，開(kāi)箱機(jī)中的滾珠絲杠用于煙箱的夾緊與松開(kāi)。在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生滾珠絲杠鎖緊螺母的松動(dòng)，造成滾珠絲杠運(yùn)行卡滯。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)鎖緊螺母的止動(dòng)墊圈發(fā)生了損壞。通過(guò)對(duì)滾珠絲杠鎖緊裝置的受力分析以及有限元仿真模擬，找到了造成止動(dòng)墊圈損壞的原因。并采取增加墊片的方式來(lái)改善止動(dòng)墊圈的受力情況，取做到了良好的效果，故障率做到以大幅度降低。
　　關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；故障分析；受力分析；有限元
　　制絲生產(chǎn)線上，拆開(kāi)箱機(jī)煙箱夾緊滾珠絲杠在夾緊煙箱垂直輸送過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)滾珠絲杠運(yùn)行緩慢、卡滯，甚至造成伺服電機(jī)過(guò)流觸發(fā)自動(dòng)保護(hù)停止輸出，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。跟蹤設(shè)備安裝三年以來(lái)的運(yùn)行情況，歷史同類故障頻次呈逐年上升趨勢(shì)。
　　1　故障分析
　　滾珠絲杠和滾動(dòng)軸承其裝配精度與裝配質(zhì)量在很大程度上決定于絲杠副系統(tǒng)的剛性和定位精度以及軸承的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，并直接影響設(shè)備的運(yùn)行精度。滾動(dòng)軸承采用角接觸型軸承，在使用時(shí)必須對(duì)其施加合適的預(yù)加負(fù)荷消除軸承間隙。^[1]如果預(yù)加負(fù)荷過(guò)低，主軸的旋轉(zhuǎn)精度低、剛度差，易發(fā)熱和產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲，甚至無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)加負(fù)荷過(guò)高，不但剛度增加不了，而且由于軸承的磨損力矩增大，容易發(fā)熱，直接導(dǎo)致軸承的壽命降低。因此選擇合適的預(yù)加負(fù)荷是十分重要的。
對(duì)滾珠絲杠組件進(jìn)行拆卸檢修，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠鎖緊螺母止動(dòng)墊圈內(nèi)耳均出現(xiàn)不同程度的損壞現(xiàn)象。止動(dòng)墊圈內(nèi)耳損壞導(dǎo)致螺母鎖緊失效，無(wú)法保證對(duì)軸承施加合適的預(yù)加負(fù)荷。
　　（1）止動(dòng)墊圈安裝方法及原理分析。
　　圓螺母用止動(dòng)墊圈又稱止退墊圈，俗名王八墊，是一種防止圓螺母松動(dòng)的墊圈，用于對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，防止松動(dòng)。
　　（2）螺紋開(kāi)槽分析。
　　滾動(dòng)軸承用的圓形螺母止動(dòng)墊圈在螺紋上開(kāi)槽是有要求的，首先圓形螺母和圓形螺母止動(dòng)墊圈，開(kāi)槽要根據(jù)止動(dòng)墊圈的尺寸要求來(lái)開(kāi)。如果開(kāi)深了，圓形止動(dòng)墊圈與圓形螺母連接就不牢靠，容易造成連接不牢靠易滑落，如果開(kāi)淺了，圓形止動(dòng)墊圈易滑出螺紋上的槽。對(duì)于圓形止動(dòng)墊圈和圓形螺母及螺紋上槽的固定后產(chǎn)生的滑落，會(huì)造成軸承不能正常平穩(wěn)運(yùn)行和間隙過(guò)大。
　　（3）滾珠絲杠安裝尺寸分析。
　　對(duì)滾珠絲杠總成拆卸發(fā)現(xiàn)：軸頭螺紋退刀槽過(guò)長(zhǎng)，底座軸承安裝到位后，螺紋與軸承內(nèi)圈距離L1等于3.8mm，而止動(dòng)墊圈內(nèi)耳高度L2等于5mm；故插入螺紋槽內(nèi)長(zhǎng)度：△L等于L2-L1等于1.2mm。
　　2　受力分析
　　（1）止動(dòng)墊圈內(nèi)耳受力計(jì)算。
　　止動(dòng)墊圈起到防止鎖緊圓螺母松動(dòng)的作用，以便保持滾珠絲杠有一定的預(yù)緊力。止動(dòng)墊圈內(nèi)耳受到滾珠絲杠轉(zhuǎn)矩以及軸向力產(chǎn)生的沖擊載荷作用。
　　滾珠絲杠采用富士電機(jī)。額定功率7500瓦，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。因此，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：
　　Ta等于9550*P/n等于9550*7.5/3000N·m等于23.9N·m
　　作用在內(nèi)耳上的力：F1等于Ta/r等于1591.7N
　　式中：r：絲杠軸頭半徑，r等于15mm
　　滾珠絲杠軸向負(fù)載：Fa等于Ta*2*3.14*n1/l等于28517.5N
　　式中：n1：滾珠絲杠的傳動(dòng)效率，取0.95
　　L：滾珠絲杠導(dǎo)程，l等于5mm；
　　因此，作用在內(nèi)耳上的力：F等于F1+μFa等于10147N
　　式中：μ：摩擦系數(shù)，μ等于0.3
　　（2）止動(dòng)墊圈內(nèi)耳受力云圖。
　　我們對(duì)止動(dòng)墊圈的三維模型進(jìn)行有限元分析，使用Solid Works軟件中的simulation插件進(jìn)行靜應(yīng)力分析。止動(dòng)墊圈材料選擇為不銹鋼，將止動(dòng)墊圈與滾動(dòng)軸承的接觸面設(shè)為固定表面，外部載荷施F：10147N施加在止動(dòng)墊圈內(nèi)耳上，做到到止動(dòng)墊圈內(nèi)耳的應(yīng)力云圖，^[2]如下所示： 　　其中，Z大變形量達(dá)到了1.383mm，而止動(dòng)墊圈內(nèi)耳插入溝槽長(zhǎng)度僅為1.2mm，已經(jīng)脫開(kāi)了軸頭螺紋槽，不能保證可靠連接。在升降運(yùn)動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生變形，造成損壞，導(dǎo)致螺母松動(dòng)，軸承間隙增大，絲杠副系統(tǒng)剛性和定位精度及軸承的旋轉(zhuǎn)精度和剛度做到不到保障。
　　3　改進(jìn)措施
　　加工制作補(bǔ)償墊片（如圖2），內(nèi)孔直徑Φ等于35mm（與軸承內(nèi)圈尺寸相等）；外圓直徑Φ等于45mm；厚度D等于4mm（D>L1）；將補(bǔ)償墊片安裝于止動(dòng)墊圈下部，使做到止動(dòng)墊圈止動(dòng)內(nèi)耳在螺母緊固后能完全插入螺紋槽內(nèi)，滿足止動(dòng)墊圈安裝使用要求，保證軸承鎖緊可靠。
　　通過(guò)仿真，止動(dòng)墊圈的Z大變形量為0.5469mm。不會(huì)造成止動(dòng)墊圈從螺紋槽內(nèi)脫出。能夠保持圓螺母緊固，保證絲杠的預(yù)緊力。 　　4　結(jié)果
　　本文對(duì)開(kāi)箱機(jī)滾珠絲杠的鎖緊