摘要：由于生产工艺需要，净水厂中安装搅拌机、刮泥机。当搅拌机、刮泥机电机内轴承因疲劳损坏需要抢修更换时，使用什么样的专用维修工具才能快速、高效的修复发生故障的设备，从而尽快恢复生产保障供水安全，是每个净水厂亟待解决的问题。本文针对如何快速、高效拆卸搅拌机、刮泥机电机轴承内套的问题，研制了一种高效的轴承内套拆卸工具。
关键词：净水厂；搅拌机、刮泥机电机；轴承内套拆卸工具
净水厂中搅拌机、刮泥机在制水工艺中起到非常关键的作用。搅拌机使净水剂与源水充分混合，如图1所示。刮泥机将沉淀池底的沉泥刮送到排泥斗中，进而将沉泥排到沉淀池外，如图2所示。所以，对保证出厂水质搅拌机和刮泥机是十分关键的设备。当搅拌机、刮泥机因电机内轴承疲劳损坏而发生故障停机时，由于电机轴承磨损严重，轴承内外圈脱离，用普通的轴承拉马器无法拆卸电机转子上的轴承内圈。如果不及时对发生此类故障的搅拌机、刮泥机抢修，会使净水剂与源水混合絮凝不充分，沉泥无法及时有效的排出沉淀池，从而影响出厂水水质，危及供水安全。为了及时修复发生故障的设备，需要研制一种高效的轴承内圈拆卸工具。
图1 平房净水厂絮凝池横轴搅拌机
图2 平房净水厂沉淀池非金属链条刮泥机
一、研究目的
净水厂中搅拌机、刮泥机电机发生故障停机，经拆解电机后发现，电机内轴承磨损严重出现疲劳损坏现象，轴承的外圈、保持架、滚动体与轴承内圈分离，如图3所示。由于轴承内圈端面与轴肩完全靠紧，内圈外径与轴肩外径几乎相同，如果用普通的轴承拉马器，拉钩无法钩住轴承内圈，也就无法拆卸，如图4所示。以往的维修方法，只能用手持式角磨机将电机转子轴上的轴承内圈切断拆除，如图5所示。但这种方法很容易误伤电机转子轴，如图6所示，造成电机转子轴报废，提高了维修成本。
为了降低维修成本，提高维修效率，及时恢复生产，保证供水安全。设计一种高效的轴承内圈拆卸工具，使用该设备可以方便的拆卸搅拌机、刮泥机电机内因故障发生内外圈脱离的轴承内圈，而不对电机转子主轴造成任何损伤，防止使用其他破坏轴承内圈的方法而对转子轴造成无法修复的损坏。
图3 电机转子轴承损坏图
图4 用普通拆卸器无法拆卸电机转子轴承内圈
图5 用角磨机切割损坏的电机转子轴承内圈
图6 用角磨机切割轴承内圈后损伤电机转子轴
二、实施方案
1.技术创新点
（1）计算轴承内圈压出力
以6202ZZ轴承为例，根据《机械设计手册》第2卷第7篇第2章4.2.2节轴承与轴和外壳的配合[1]，轴承与轴采用基孔制配合，且轴承内圈的上偏差为零。在表7-2-36中查得轴承内径公差带为0.008mm，轴的公差代号为h5，轴的上偏差为零，下偏差为-0.008mm，轴的公差带为0.008mm。
轴承内圈与轴配合的最大过盈量为
mm。轴承内圈与轴配合的最小过盈量为
。
包容件材料为轴承钢，被包容件材料为45钢。包容件外径
mm，结合直径
mm，结合长度
mm。
被连接件摩擦副的摩擦因数（钢-钢，无润滑）
，包容件和被包容件材料的弹性模量
MPa，包容件和被包容件材料的泊松比
，包容材料的屈服点
MPa，被包容材料的屈服点
MPa，包容件直径比
，被包容件直径比
。
查《机械设计手册》第2卷第5篇第4章表5-4-5得
，
。需要的压入力
MPa
kN
需要的压出力
=2.16~2.5kN
压装设备压力为压出力的2.5倍，为5.4～6.25kN。
（2）顶杆螺旋传动计算
①按耐磨性计算螺纹中径[2]，螺纹中径
mm
其中F——轴向载荷，N；
——螺纹副许用压强，查表12-1-9。
设计时
值可根据螺母的形式选定：整体式螺母取1.2～2.5。取
mm，查《机械设计手册》第2卷第5篇第1章[1]表5-1-5得螺距P=1.5mm。
螺母高度H
mm
取
mm。
旋合圈数n
基本牙型高度
mm
工作压强p
MPa<
MPa
螺母副自锁条件校核
根据公式
式中：λ—螺纹升角，（°），通常λ≤4°30′；
S—导程，mm，单线螺纹S=P；
d2—螺纹中径，mm；
—当量摩擦角，（°）；
—摩擦因数，查表12-1-7；
—牙型角。
由计算结果可知满足自锁条件。
②螺杆的强度计算
螺杆工作时承受轴向压力F和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力。
由表12-1-3，螺纹摩擦力矩
N·mm
根据公式
式中：F—螺旋传动的轴向载荷，N；
Mt—转矩，N·mm，根据转矩图确定，见表12-1-2；
d3—外螺纹小径；
σp—螺杆的许用应力，N/mm2（查表12-1-10）。
计算得
N/mm2
根据公式
式中：
—材料屈服极限。
计算得
由计算结果可知，螺杆的强度合格。
③螺母螺纹牙的强度计算
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
螺纹牙危险截面的剪切强度条件为
式中：F—螺旋传动的轴向载荷，N；
—内螺纹大径；
b—螺纹牙根部的宽度mm，30°锯齿形螺纹b=0.74P；
n—旋合圈数，n=H/P≤10～12；
τp—螺纹牙的许用切应力，（查表12-1-10）。
查《机械设计手册》第2卷第5篇第1章[1]表5-1-5得
mm。螺纹牙根部的宽度
mm。
计算得
N/mm2<
30.75N/mm2
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为
式中：F—螺旋传动的轴向载荷，N；
H1—基本牙型高度，30°锯齿形螺纹（GB/T 13576.1-1992） H1=0.75P，mm；
D4—内螺纹大径，mm；
b—螺纹牙根部的宽度mm，30°锯齿形螺纹b=0.74P；
n—旋合圈数，
10～12；
σbp—螺纹牙的许用弯曲应力（查表12-1-10）。
计算得
N/mm2<
51.25～61.5N/mm2
由计算结果可知螺纹牙危险截面的剪切应力远远小于螺母材料的许用切应力，螺纹牙危险截面的弯曲应力远远小于螺母材料的许用弯曲应力。所以，螺母螺纹牙的强度合格。
应用结构力学原理，设计壳体结构与螺纹结构为轴承拆卸器的主体结构，经实验证明，创新设计的轴承拆卸器可以安全、高效的对轴承内圈进行拆卸，使用后的轴承拆卸器没有发生变形、断裂等情况，说明其强度完全满足使用要求。
2.研究技术路线
（1）设计方案：
如图7所示，轴承内套拆卸器主体结构采用圆柱形壳体设计，其内部中空便于安装损坏的搅拌机、刮泥机电机转子轴、轴承内套装配体，圆柱形壳体的顶部采用内螺纹结构设计，圆柱形壳体的底部按120°均布钻三个通孔，并攻丝加工成内螺纹。在三个均布内螺纹上安装有不锈钢全螺纹螺栓，用于将轴承内套拆卸器固定到需要拆卸的电机转子轴上的轴承内圈上，圆柱形壳体的顶部同样安装有不锈钢全螺纹螺栓，用于对电机转子轴端面产生顶推力，通过此顶推力使轴承内圈与电机转子轴产生相对运动，从而将轴承内圈从电机转子轴上拆卸下来。
图7 轴承内套拆卸器三维装配图
（2）工作流程：
①将轴承内套拆卸器上的顶丝全部旋出。
②将轴承内套拆卸器安装在损坏的电机转子轴承内圈上，旋紧3个M8的顶丝，卡住轴承内圈，如图8所示。
③旋紧M16的顶丝，顶在电机转子轴上，继续旋紧拆下轴承内圈，如图9所示。
图8
图9
三、经济效益
在没有使用轴承内套拆卸器前，对搅拌机、刮泥机电机转子上的轴承内圈常采用破坏拆卸法，容易造成电机转子轴损坏，只有重新加工电机转子轴才能修复电机。使用轴承内套拆卸器后电机转子轴从未损坏过，且制作轴承内套拆卸器所用材料为废旧材料，所以制作成本为零，每年节约维修成本近万元。
平房净水厂共有搅拌机98台，刮泥机32台。在使用轴承内套拆卸器后，对这些设备的抢修效率大大提升。解放生产力的同时，给净水厂节约了生产成本。可以说，轴承内套拆卸器创新设计是很成功的。
四、结束语
哈尔滨平房净水厂作为国内最先进的净水厂之一，承担着哈尔滨市主城区的供水任务，日供水能力90万吨。净水厂内的设备多达四千余套，设备的维护、保养、检修工作十分繁重。要同时兼顾提高维修效率、维修质量，才能保证设备运行稳定、安全可靠，保证供水安全。通过轴承内套拆卸器创新设计，从使用后运行情况的分析可知，效果是很明显的，创新设计的轴承内套拆卸器使用废旧材料与标准件制作，不但结构简单容易制作而且制作成本为零，在使用时操作方便，特殊的结构设计保护了维修设备的零部件不受意外损伤，极大的提高了维修效率，保证了维修质量，节约了维修成本，解放了劳动生产力，可以说轴承内套拆卸器创新设计是很成功的。这种创新设计专用工具完全可以在同类的其他净水厂中使用，希望本文可以对其他的净水厂起到借鉴作用。
参考文献：
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[13]成大先.机械设计手册（单行本机械传动）.化学工业出版社.2004.
论文作者:杨志国
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
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