卷扬减速机卷筒止口同轴度检测装置设计

张二莉

（江苏徐州科源液压有限公司，江苏 徐州221000）

0 引言

卷扬减速机多用于液压起重机、履带起重机、铁路起重机、舰船起重机、码头和集装箱起重机的起升机构上。卷扬减速机是由马达驱动，静态停车制动器制动，以达到驱动卷筒的转动和制动的目的。其主要由行星齿轮传动部分、卷筒、静态停车制动器、齿圈组成。卷筒作为其中的主要部件，承载制动内芯（内芯包括齿轮传动部分、静态停车制动器和齿圈）和马达联接部分，所以卷筒设计需要两个止口的同轴度在一定范围之内，如果相差太多，会导致跳动太大，影响产品连接处的转矩增大，影响卷扬减速机的使用寿命，同时也影响主机的使用寿命。而且该产品也会随同主机产品出口，检测更加严格，所以单个零部件的能否达到技术要求会直接影响产品的使用寿命及对应主机的使用效果，所以要控制好卷筒的止口处的同轴度，同轴度的测量显得尤为重要。

通常的测量方法是会选择三坐标法，但是对于大型大批量的产品，三坐标只能用于小批量的抽检1～2件，因为卷筒为铸件，不方便用三坐标进行检测，达不到检测技术要求，也没办法进行测量，单个测量工具无法达到相同的测量基准，满足不了生产的需要，且效率低。超大距离空隙的同轴度精密检测[1]一直是生产中的难题。目前可供选择的孔同轴度测量方法，都只适应于小型零部件或者是孔的距离较近和对测量精度要求不高的场合。而对大型零部件超大孔距离孔系则尚未有成熟的测量方案。所以设计一个方便检测且效率高的检测装置具有重要意义。

1 装置结构设计

卷筒同轴度检测装置包括下圈、上圈、定位底座、轴承架、钢珠、深沟球轴承、轴用挡圈、内六角螺钉，如图1所示。

图1 检测卷筒同轴度装置结构示意图

该装置中的轴承架上装有深沟球轴承，使用轴用挡圈将轴承固定在轴承架上，深沟球轴承相对于产品的止口采用间隙配合，能够达到轴承与止口面的线接触即可。此时，轴承架的高度与卷筒上的止口高度相配合，达到轴承在止口宽度的中间位置相互匹配。即轴承架在定位底座上的位置必须根据产品的止口大小设置，轴承架的一头设计成螺纹状态，使轴承架和定位底座采用螺纹连接。这样可方便安装和拆卸，同时也能达到该检测装置的通用性。即只需要将定位底座的螺钉孔设计在不同的位置，把定位底座设计成阶梯轴的形状，因为不同的定位底座可以与不同的卷筒相互配合，就能检测多种规格的卷筒，这样上圈和下圈不用更换，只需要更换定位底座，能达到工装的通用性和互换性。

2 卷筒同轴度检测装置工作原理

对于卷筒的设计，在满足结构性能的前提下，尽可能地参照图2所示进行标准化设计，对于特殊情况的，需在满足装配和使用要求的前提下进行优化设计。同轴度是表示两个轴线保持在同一直线的状况，即为通常所说的共轴状况。同轴度公差是被测实际轴线相对于基准轴线所允许的最大变动量，所谓同轴度是用同轴度公差来表示的。

图2 卷筒止口位置度的要求[3]

卷筒端面大小止口的同轴度公差是指t2（相对于基准A的变化量），即为该小止口相对于大止口的基准轴线在不在同一轴线上，不在同一轴线上，其偏差为多少。其偏差要符合GB/T 1184[2]的要求，具体的要求如下：

卷筒上的形位公差，卷筒上端面圆跳动t1，径向同轴度φt2作如下要求（如图2），不得大于GB/T 1184中的下列值：1）t1不低于8级（取8级）；2）φt2不低于8级（取8级）。

该卷筒同轴度检测装置为了方便测量卷筒两端止口的同轴度，上圈与下圈通过钢球接触，下圈固定在工作台上，通过钢球的点接触旋转上圈，带动卷筒旋转，此时轴承架上的深沟球轴承跟着上圈旋转，进而通过磁铁吸附在轴承架上（轴承架上使用铣床铣出两个平面，方便跳动仪能通过磁铁吸附在轴承架上）的跳动仪也跟着相对旋转。卷筒旋转的同时就能检测出跳动量。通过两个端面的跳动量之差，就能检测出其同轴度是否在要求范围之内。

3 卷筒检测装置设计

以一种卷筒[4]为例，其尺寸如图3所示，止口尺寸分别为φ320H7和φ348H7的两个位置。卷筒的定位止口为φ360的位置，该止口与定位底座通过间隙松配合。

图3 卷筒止口尺寸图

1）下圈设计成φ1000 mm×30 mm（厚度），下圈包含84个槽，装配84个钢珠。

2）上圈设计成φ1020 mm×20 mm。

4）轴承架设计成两种高度70～95 mm和500～520 mm。因为有上下大小止口，上下大小止口的宽度为25 mm，分别能达到图3中98 mm和525 mm的止口中间位置，轴承与上下大小止口构成12 mm（选择的轴承厚度尺寸）线接触。同时，轴头安装轴承的位置轴径为φ25 mm，轴用挡圈的槽深，根据轴径设计。其余可以根据产品要求，在不干涉的情况下自由设计。轴承架使用45钢，热处理调质硬度为260～280 HB。

5）轴承采用深沟球轴承6005-2RS[5]。深沟球轴承适用于高转速甚至极高转速的运行，而且非常耐用，无需经常维护。该类轴承摩擦因数小、极限转速高，尺寸范围与形式变化多样，在机械行业上用途比较广泛。该检测装置主要受到径向负载，轴向载荷较小，所以选择一定尺寸的深沟球轴承。

6）根据轴承架的轴径选择轴用挡圈[6]25-GB 894-2017。卷扬减速机卷筒同轴度检测装置，通过内六角螺钉将上圈、下圈和钢珠三者结合在一起，同时把轴承用轴用挡圈装在轴承架上，再将轴承架的螺柱部分旋入定位底座上的通孔内，通过螺纹连接，把定位底座和下圈固定在一起。定位底座通过孔之间的间隙配合实现整个工装的组装，各个零部件的具体位置如图1所示。

4 卷扬减速机卷筒同轴度检测装置的使用

卷扬减速机卷筒同轴度检测装置在使用时，通过轴承架上铣掉的平面，将跳动仪（跳动仪是靠磁铁吸附在轴承架的铣平面上）吸附在该铣平面上，跳动仪的探头指针指到止口内孔圆面上，通过旋转上圈（上圈与下圈通过84个钢珠滚动，钢珠在各自的位置孔内可以自由转动，上圈又与定位底座进行配合，使用内六角螺钉把定位底座和下圈固定，这样上圈不会旋转脱出轨道），轴承架上的轴承与止口面相互结合，跳动仪（其指针臂可以伸缩，指针能伸到止口上的任何位置）随着上圈的旋转而相对旋转，就能测出该止口位置的跳动量（通过仪表读出跳动量），止口可以进行多点测量，求取平均值。然后使用另外一根轴承架，按照上述方法测出卷筒另外一端止口的跳动量，这样根据两个止口的平均值就能计算出两者的跳动量相差多少，进而就能测出两止口的同轴度是否在设计的范围之内。测量示意图如图4所示。卷扬减速机卷筒同轴度检测装置的有益效果是：

图4 卷筒装在检测同轴度装置上的示意图

1）卷扬减速机卷筒同轴度检测装置装夹完毕后，不需要二次装夹，只需要更换产品零部件卷筒即可，把卷筒吊装在该工装上，就能测量出卷筒两端的止口的同轴度，解决了卷筒同轴度不方便测量的问题。

2）在实际使用过程中可以大大提高生产效率，不需要到实验室用三坐标进行测量（三坐标的测量按照每次加工第1～2件产品进行抽检，检测的覆盖面很低，只能保证抽检的样件的质量），使用该装置能做到止口同轴度的100%检测，保证工件的加工质量，提高产品的品质和产品在客户心中的形象。

3）卷扬减速机卷筒的产品种类很多，我们可以分类制作定位底座，对于相近的尺寸，可以根据卷筒定位止口的尺寸设计成阶梯轴的形式，就能检测出很多系列的卷筒，这样就能达到覆盖100%卷筒产品。

4）能够实现卷扬减速机卷筒同轴度的检测，就能更好地控制该公差，否则就不能够得到好的产品。产品质量达到技术要求，卷扬减速机的运行就能平稳可靠，不会出现扭断连接轴等的问题。

5 结语

本文提出了卷扬减速机卷筒止口同轴度的检测方法，并设计了相应的检测装置,解决了卷筒止口同轴度不方便检测的问题，同时提高了检测效率及产品的加工质量，从而保证了整个主机在使用过程中的使用效率和使用稳定性。