笼绞机固定顶针装置的改进设计

钱浩

（沪安电力控股有限公司，江苏宜兴214251）

1 结构简介

一台国产笼式绞线机，设计制造并投产于1990年代初期，经历过多次大修理，具体结构见图1，图1为固定顶针结构示意图。

绞笼内的盘具装卸结构为一只活动顶针装置和一只固定顶针装置；顶针套与摇篮顶针座（图中未显示）紧配并用销钉止动，顶针承受一定的轴向力，同时承载较大的径向力，可任意旋转；张力盘和压板与顶针套之间采用一组滚珠作为运动副，张力盘上开口槽内套入薄钢带与摩擦片组合的张力带；装电缆盘具时，固定于张力盘上的挡销插入盘具侧面的小孔中，带动盘具阻尼转动，通过调整固定于摇篮上的带张力包带的蝶形螺母（下方有一只压缩弹簧），可调节包带摩擦力大小，实现绞线或成缆所需的张力。

图1

2 故障现象与分析

问题一：因长期生产运行，张力盘、压板与顶针套之间的滚珠和滚珠槽均出现严重磨损，其原因是原结构设计不合理，与滚珠相配的三个零件的弧形加工精度低，其弧形槽的表面淬火硬度也达不到要求，滚珠组的腔内油脂无密封，油脂容易挤出，造成润滑不良。

问题二：顶针经常卡住不转，原因是轴承的配置不合理，单向推力球轴承的紧圈和松圈位置容易装反，会导致顶针不转；锁紧轴承的圆螺母无止动圈，易松动或退出，出现本可避免的故障。

问题三：维护保养不善，滚珠组和顶针轴承未按规定进行清冼、润滑保养，导致滚珠及运动组件的磨损加剧。

常用的修理办法：一是扩大圆弧槽直径和滚珠直径，滚珠由φ8mm扩至φ12mm，加大张力盘、压板与顶针套的弧形尺寸并进行淬火处理，但由于零件尺寸小，弧形尺寸精度要求较高，淬火变形较大，装配后的张力盘均有不同程度的配合不良问题。二是经常成批更换顶针或轴承。

在实际生产操作中，带上张力时，张力盘经常会卡死，或张力不一致；若放松蝶形螺母，不使用张力，既不符合工艺要求，也会经常出现扭曲、鼓包、外径大小不一致等产品质量问题，长期带病运转，严重影响生产的正常运行。

3 外购与改造的选择

全部外购摇篮架，每只摇篮购置费用约0.5万，若全部更换,则需10多万元，原设备厂家已不再生产，全部外委制造加工，报价为18万元。鉴于此，我们选择了尽可能利用原有顶针套、张力盘和顶针零件，按改进设计的图纸，进行改造修理和加工。

4 结构改进设计

改进设计的目标为：（1）提高张力盘的旋转精度；（2）顶针不会卡死。在此基础上，选择结构改进的方案，因故障点都是运动副精度、顶针的结构与工艺设计和轴承标准件的配置问题，张力盘旋转件改用轴承是最佳选项，同时对顶针结构及轴承配置进行改进设计，具体改进如下。

（1）张力盘运动副的改进：将三件组合的滚珠结构改为标准轴承结构，提高旋转精度，轴承内外圈均采用过盈配合，轴承内圈一侧用一钢丝挡圈限位，外圈用压板压紧，这样，保证了张力盘的旋转精度，其次在滚珠组的两侧用O形密封圈，油脂不会溢出。

（2）顶针结构改进：将原来与顶针轴和顶针套孔相配的一只球轴承和一只单向推力球轴承的布置方式改为一只单列圆锥滚子轴承和一只向心球轴承的结构形式，其优点是受力合理、装配容易，向心球轴承不存在装配方向的问题，单列圆锥滚子轴承的装配也不易弄错；同时，改进顶针轴的功能结构和工艺设计，在轴尾部的中心钻一注油通道，在轴上的两轴承之间开设油槽，油槽位置对应着隔圈，在隔圈圆周上钻6～8个φ4通孔，注油通道尾部螺纹孔处安装一只黄油嘴或用一螺栓紧固，以备维护保养时加油润滑。在向心球轴承左侧加一挡板，顶住轴承内圈，在挡板与球轴承外圈间设有一只O形密封圈，起油脂密封作用。

图2

5 加工要求

（1）旧顶针套改制：以与摇篮顶针座相配的外圆和端面作为车削加工的定位基准，将原滚珠槽车平为止，外侧端面光平；调头加工，以刚加工的外圆和端面为夹紧定位基准，车削轴承孔并镶壁厚3mm的套，轴承孔位置按N7级公差加工；再以镶套的内孔定位，车削另一侧的轴承孔和外圆；轴承孔按N7级公差、装张力盘轴承位置的外径按p6级公差控制。

（2）新顶针套：按设计图纸及技术要求进行加工，公差要求同上。

（3）顶针轴：装轴承的位置按p6级公差的要求控制，顶针头作局部淬火处理。

6 检测与验收

（1）装配（不装张力包带）后检测，张力盘的径向跳动和端面跳动量符合《GB/T1184-1996》7级精度要求；按《GB/T 26171-2010》的原则规定，由慢到快地手动旋转张力盘30min，旋转灵活，无卡阻现象；装上张力包带，调节蝶形螺母（下压丝径1.2mm的压缩弹簧，以实现弹性张力）以达到各张力盘的张力均匀，生产运行24h，无卡死或张力不一致现象，产品质量完全符合工艺要求。

（2）顶针旋转自如，无径向跳动和轴向窜动，密封良好。

7 效益分析

利用原有零件加工改制24套，用新材料加工12套，维修费用只有3万多元，节约支出10多万元；更重要的是大大地提高了张力盘和顶针装置的运行质量。

此装置经改造后已生产运行一年多，效果良好，从未出现过运行故障。为保证生产的正常运行、提高产品质量奠定了良好的基础。

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2001.