一种安装轴承座装置的结构设计

2022-04-21曹莎莎

现代制造技术与装备 2022年3期

陈强王平曹莎莎

（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵阳 550014）

中央传动装置是航空发动机上的重要部件，能够将发动机的动力传递给滑油附件等系统，使这些系统正常工作。该装置主要通过一对弧齿锥齿轮的啮合实现动力的传递，其中齿轮的两端都由轴承支承。主动齿轮端的轴承安装在装入壳体的轴承座上，轴承座上安装有滑油喷嘴，通过壳体内油路实现对轴承的润滑。该中央传动装置上的轴承座在结构上为回转体圆筒状，中间空腔用于安装轴承，外圆面与中央传动装置壳体配合。轴承座与中央传动装置壳体配合面通过两层橡胶圈进行密封，中间空腔为滑油通道，用于实现将滑油通过壳体上的油路进入轴承座内，最终通过轴承座上的喷嘴作用到轴承上。轴承座与壳体配合处需要考虑封严性，配合紧密度要求高，装配和拆卸比较困难。因此，装配时需要主要解决轴承和轴承座的拆卸和装配问题。中央传动装置的调试主要涉及喷嘴的滑油流量试验和齿轮的啮合印痕的着色检查。在调试过程中需要多次拆卸和压装轴承座，因此轴承座的装配问题是影响中央传动装置调试工作效率的主要因素之一。以往轴承座的拆卸和装配是通过手工方式进行的，工作效率较低。因为轴承座上有两层胶圈，压装和拆卸的阻力较大，若通过敲击等方式进行装配容易损伤零件，所以手工压装的方式很难进行。针对手工压装方式存在的问题，出现了采用专门的压装装置进行压装的工作方式。它通过螺杆旋转生产的轴向运动作用在轴承座上实现轴承座的装配和拆卸。这种方式在实现轴承座的拆卸和装配时，需要两套不同的装置。轴承座拆卸后，需要将轴承座从拆卸的装置上拆下，再安装到压装的装置进行压装，操作烦琐，装配效率低。基于此，提出一种安装轴承座装置的结构设计方案，可以通过一套装置实现轴承座的安装和拆卸，同时在使用中可以实现两种工作模式的快速切换。该方案既解决了以往手工安装时工作效率较低和安装质量合格率较低的问题，又解决了以往设计方案中存在的结构设计较为复杂、操作过程烦琐以及实际使用效率不高的问题，是一种设计新颖、实用性较高的设计方案。

1 总体方案

轴承座压装装置总的实施方案是先通过螺杆的正向和反向转动使压头上下运动，再通过压头与轴承座连接实现在壳体安装位置中的上下移动，从而达到压装和拆卸轴承座的目的[1]。这种方案与以往的拆装方式无很大区别，都是使用螺纹传动实现上下移动，从而对轴承座施加压力，以实现压装和拆卸轴承座，不同点是将轴承座连接的方式进行了改进。因为安装时需要作用在轴承座外侧施加压力，拆卸时又需要连接到轴承座内部施力才能将轴承座从壳体中拆除[2]，所以在本装置中提出了三爪拔器的设计方案（在后文中详细介绍）。三爪拔器可以实现整个拔器装置外形直径的调节：当三爪拔器的上3 个拔爪收起时，整个拔器的直径要小于轴承座孔的直径，整个拔器即可进入到轴承座内；当三爪拔器的上3 个拔爪打开时，整个拔器的直径要大于轴承座孔的直径。整个拔器进入轴承座内后可以卡在轴承座内，当整个拔器运动时即可带动轴承座一起运动。

2 三爪拔器工作原理

压头与轴承座连接过程中，在压装时压头作用在轴承座上表面施加压力，而在拆卸时需要压头进入轴承座内后卡在轴承座内在压头上升过程中将轴承座带出[3]。要实现两种模式的快速切换，需要设计特殊的结构。本文论述的拆装轴承座装置通过三爪拔器实现轴承座拆卸和压装的快速切换。三爪拔器主要由拔爪、转销、弹簧及拨杆组成，结构如图1 所示。三爪拔器工作过程：将拨杆转动一个角度后可将设置的3 个拔爪顶出，再将拨杆转到原来位置，3 个拔爪在弹簧的作用下可以收回，从而实现三爪拔器外径的快速转变。拨杆工作部位形状为正三角形，3 个顶角处为圆弧面，当拨杆转动时顶角处的圆弧面沿拔爪的曲面运动，从而带动3 个拔爪克服弹簧的阻力绕转销转动。将拨杆、拔爪的起始位置设置在距拔件器中心50 mm 的位置。拔爪工作面由4 段圆弧组成，起始位置为φ10 mm 的圆弧面与拨杆顶点圆弧相切位置，在30°～60°的范围内设置1 段与圆心在拔件器中心大小为R43.2 mm 的圆弧，通过两段同心不同半径的圆弧之间的落差实现拔爪的收放。两个圆弧段之间以R15 mm 和 R10 mm 的圆弧转接，目的是实现不同半径的圆弧段之间的圆滑过渡[4-5]。

轴承座内腔最小尺寸为φ126.5 mm，最大尺寸为φ158.5 mm。要实现三爪拔器可以进入轴承座内，然后打开拔爪卡在轴承座内，拔爪的活动范围应在φ126.5 ～158.5 mm。在设计时考虑设置为当拨杆转过30°时，拔爪外缘直径可达φ150 mm。拔爪未打开时三爪拔器外径φ126.5 mm。通过上述工作原理实现三爪拔器的外径在φ126.5 ～150.0 mm 的快速切换。通过计算拔爪R43.2 mm 圆弧中心点的位移量约为13.93 mm，再根据位移量作图计算拔爪外圆直径可达到φ150 mm。它的工作原理与凸轮机构相似，通过主动件拨杆旋转两者的接触点沿从动件拔爪上曲面运动实现拔爪的开合运动。通过计算确定拔爪曲面轮廓的形状，可以得到拔爪按照设定的轨迹移动。这种结构的优点是可以通过比较简单的机构实现按预定规律的复杂运动。三爪拔器上还设置了锁止结构，主要由弹簧、球头和螺母组成，结构如图2 所示，作用是在转到拔器时限制其转动的位置。结构为在三爪拔器的盖子上设置了两个夹角为30°的孔，当拨杆运动到孔的位置时，拨杆上的球头在弹簧的作用下进入孔内起到锁止的作用。

3 整体工作方案设计

该拆装轴承座的装置主要由搅棒、螺杆、盖板、底座、压板及三爪拔料器组成，结构如图3 所示。工作过程：压装轴承座，将壳体放置在底座上，通过压板压紧固定，将三爪拔器打开，转动搅棒使三爪拔料器向下移动，作用到轴承座上表面，将轴承座压入壳体。三爪拔器打开是通过转动拔器上的拨杆将拔器上3 个拔爪打开。由于3 个拔爪打开后直径大于轴承座上孔的直径，拔爪整体向下运动时，就可以卡在轴承座上带动轴承座向下移动，最终完成将轴承座压入壳体的工作。拆卸轴承座时，先收起三爪拔料器，转动搅棒使三爪拔料器向下移动进入轴承座内，再打开三爪拔料器，然后反向转动搅棒使三爪拔料器向上移动带动轴承座向外移动，完成轴承座的拆卸。通过反向转动拔器上的拨杆将拔器上的3 个拔爪收起。3 个拔爪收起后直径小于轴承座上孔的直径，就可以进入到轴承座内。拔器进入到轴承座内后，转动拨杆打开拔器上的3 个拔爪将拔器卡在轴承座内。当拔器整体向上运动时就可以带动轴承座一起运动，完成将轴承座从壳体上拆卸的工作。

盖板设计成活动式，可以连同螺杆和三爪拔料器等部件一起打开，方便工件的装卸。盖板一端通过转销去底座支架连接，可以实现盖板绕转销整体转动。盖板另一端开有槽，可以将锁紧螺栓翻转进入槽内，通过蝶形螺母锁紧。三爪拔料器工作时需要转动拨杆将拔器上3 个拔爪打开，而螺杆也需要转动实现三爪拔料器的上下运动。为实现三爪拔料器上拨杆转动与螺杆转动之间相互不干涉，三爪拔料器与螺杆之间不能刚性连接。因此，该装置上三爪拔料与螺杆之间通过外套螺母实现连接，目的是实现螺杆上下运动时可以带动三爪拔料一起运动，同时它们相互之间可以独立转动互不干涉。由于壳体外形结构的限制壳体外形不规则，无法实现使用壳体下部进行可靠的支承，而安装和拆卸阻力较大需要零件有可靠支撑。因此，在底座上设置了一个凸台，利用壳体内部的两处安装平面进行支承，再通过环形压板作用在壳体外圈安装边上来实现壳体的安放和固定。环形压板通过开口的槽与螺杆和压紧螺母连接。拆卸压板时只需要松开螺母，将压板抽出就可以快速实现零件拆卸。