延长FOCKE FXS725 烟包输出装置传动轴使用寿命的研究

马 娜，徐 泽，杨绍荣

（红塔集团大理卷烟厂，云南 大理671000）

FXS725 烟包输出装置在725 小盒包装机尾部，在实际生产中烟包输出装置的传动轴使用寿命只有半年左右，且传动轴成本较高，导致维修成本居高不下。邓联新等通过更换材料、改善热处理工艺、稳定工艺操作延长了膨胀干燥机螺杆轴的使用寿命[1]，本文提出重新计算并调整齿形带张紧频率和更换支承轴承型号来减小传动轴及其支承轴承的受力，延长其使用寿命。

1 工作原理

FXS725 烟包输出装置的工作原理如图1 所示，在吸风室表面上连续运动的输送带通过真空使烟包吸附在输送带上，并将合格的烟包输送至下游机，不合格的烟包向下掉落进入剔除站[2]。其中输送带分别通过齿型带轮驱动，而齿型带轮则通过一根双面齿型带由主动轮驱动，而经常损坏的传动轴正是用于齿型带轮的传动。

图1 FXS725 烟包输出装置结构及工作原理图

2 问题分析

通过对FXS725 烟包输出装置损坏的传动轴进行分析，传动轴磨损部位都在轴承安装位置，说明传动轴磨损是由于轴承失效后与传动轴产生了相对运行而引起的，而轴承失效是由于轴承载荷过大及轴承选型不合理导致的，因此减少轴承载荷和合理选择轴承型号是解决问题的关键。

为了减少烟包输出装置磨损问题导致的烟包卡阻故障，降低烟包输出装置维修成本，急需设计出一套延长传动轴使用寿命的方案。

3 问题解决

3.1 减小轴承载荷

轴承载荷过大主要原因是齿形带张紧频率过大，导致齿形带对绕过传动轴时产生应力过大。

通过研究发现，FXS725 烟包输出装置输出载荷并不大，并且工艺生产对于输出烟包的排列间隙要求不高，而厂家提供的在图2 中A 点测量齿形带张紧频率为131 Hz，存在齿形带张紧频率偏高情况。结合实际生产需要，通过查找相关机械设计手册[3]，根据同步带跨度长度计算公式、齿形带张紧力计算公式和皮带张力与皮带固有频率计算公式，对齿形带张紧频率进行重新计算：

式（1）（2）（3）中：t为跨度长度，中心距离CD1=190 mm，CD2=220 mm；D为大滑轮直径，120 mm；d为小滑轮直径，40 mm；T为皮带张力，N；Ti为初始张力，122.59 N；Y为补偿系数，10.9；Lp为皮带长度，1 075 mm；m为单位长度质量，0.102 kg/1.075 m=0.095 kg/m；f为振动频率，Hz。

得出该处振动频率在45.2 Hz 左右即可满足频率为（50±5%）Hz，以达到降低齿形带张紧力，减少传送轴及其支承轴承负载的目的。

齿形带张紧频率测量位置如图2 所示。

图2 齿形带张紧频率测量位置图

3.2 合理选择轴承类型

传动轴、轴承受力分析[4]如图3 所示。

图3 传动轴、轴承受力分析图

从图3 可以看到，两个支承轴承在运行过程中主要是受到径向载荷，而轴向只承受轻微的轴身重力。改进前设备使用深沟球轴承，用于承受径向和轴向同时作用的联合负荷，而在本结构中如此设计属于轴向承载能力过剩，径向负荷承载能力不足，径向承载安全系数过小。为了增加径向承载安全系数，改进成一个滚针轴承加一个深沟球轴承，安装在同一根轴上的方案，如图4 所示。

图4 轴承选型改造图

其中，滚针轴承和球轴承共同支承传动轴，径向负荷靠滚针轴承和球轴承共同承受，轴向负荷由球轴承承受，这样设计在径向就有了足够的承载能力，既能满足较大的径向负荷，同时又能适应较小的轴向负荷，不仅保证在径向有足够的安全系数，而且在轴向也不会承载能力过剩，还满足了设备空间狭小的结构特点。

3.3 改造前后传动轴使用寿命对比

改造前每年每台FXS 包装机平均更换4 根传动轴，传动轴使用寿命在半年左右，改造后1 年3 个月，改造后的设备才出现传动轴磨损情况，改造后传动轴的使用寿命提高了2.5 倍，改进效果显著。

4 结语

该研究解决了由于传动轴及其支承轴承负载过重导致传动轴使用寿命过短的问题，减少了因传动轴磨损引起的烟包卡阻故障，降低了烟包输出装置的维修成本。同时，减少了传动轴更换次数，减少了设备修理次数，提升了设备的有效作业率。此改进方案实施简单方便，改进效果显著，实施成本合理，具有广泛的应用价值。