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摘 要：重型卧式车床作为一种特种机床主要应用于航空、船舶、核电等领域中的各种大型、重型特种零件的加工。主轴箱在重型机床中负责动力传递，支承回转部件、保证工件的回转精度，其装配质量对于保证机床在大载荷、大切削力加工时的可靠动力供给和稳定运行至关重要。
关键词：重型卧式车床；主轴箱；装配故障
1.重型卧式车床主轴箱结构
本文以重型卧式车床主轴箱为研究对象，卧式车床主轴箱基本结构如图1.1所示。主电机由弹性联轴节与主轴箱Ⅰ轴连接，通过Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴的传动轴齿轮逐级减速，最终动力输送到主轴，各传动轴都支承在滚动轴承上。此外，主轴箱箱体为全封闭箱形厚壁结构，整体刚度高，固有频率高，抗震能力强，箱体内采用油润滑。
2.重型卧式车床主轴箱主要装配故障及故障特征
齿轮箱中的故障按照零部件的不同，可以分为齿轮故障、轴故障、轴承故障等。其中齿轮的故障主要有齿面磨损、齿面擦伤、齿面接触疲劳以及轮齿断裂；轴承的故障按照发生位置不同可以分为内圈故障、滚动体故障、保持架故障和外圈故障；轴的故障包括轴弯曲和转轴的不平衡和不对中。此外，作为装配箱体，齿轮箱的主要装配故障还有轮齿侧隙过大、装配松动等。
而对于重型卧式车床主轴箱装配来说，由于是新的待出厂机床，所以齿面磨损、轴承失效等故障并不存在，主要故障除了存在上述故障中的几种之外，还有一些其它装配完成后所产生的特有故障。总结起来，主要有电机与Ⅰ轴在安装时存在轴不对中，箱体内各传动齿轮之间存在不对中，齿轮箱中个别传动轴的安装存在装配松动，两对啮合的齿轮的齿侧隙过大。为了后续更好的研究和诊断故障，首先对于故障产生的原因、故障生成的机理以及故障存在时的特征进行研究与确定。
2.1连接轴同轴度超差
重型卧式车床的电机与主轴箱Ⅰ轴之间都是用联轴器进行连接，这种传动结构的安装过程中会伴随着连接轴同轴度超差的故障，这种故障通常表现为轴线平行不对中与轴线角度不对中共存。在出现连接轴之间同轴度超差时，从动轴径向振动频率为主动轴转频的两倍，而且随着不对中角度的增加，转速变化的幅度也越来越大。此外，当不对中现象存在时，一般都是轴线平行不对中和角度不对中同时出现，从动轴径向振动出现二倍频，而且不对中现象越严重，二倍频所占的比例和幅值越大，并且一般情况下二倍频的幅值都要高于一倍频。
2.2同轴度超差造成的齿轮不对中
在齿轮箱体的加工装配过程中，常常会出现由于箱体加工误差造成孔与孔之间的位置精度不满足要求，而导致装有啮合齿轮的两轴在装配后不平行从而由于轴线不平行造成齿轮不对中。此外，重型卧式车床主轴箱中有的齿轮是通过花键与轴实现连接传动的。由于轴的同轴度超差以及齿轮加工时的同轴度超差，造成该齿轮与轴会出现装配不正，造成的齿轮不对中。这两种现象均会导致齿轮在齿宽方向所承受的载荷不均匀，传递动力的平稳性下降，也使得齿面上局部区域载荷增加，这种现象也被称为“一端接触”。不对中齿轮会在啮合频率处产生带有边频带的啮合频率振动，而且有啮合频率的谐波出现，在二倍和三倍啮合频率处谐波的峰值还很高，甚至会高于啮合基频的峰值。此外，在各階谐频的峰值周围出现调制现象，调制频率与该齿轮所在轴的旋转频率吻合，齿轮不对中的频谱图如图2.1所示。
2.3啮合轮齿侧隙过大
在主轴箱装配中，会出现装配后相互啮合的轮齿齿侧间隙过大。因为齿侧间隙会对齿轮传动时的载荷变化产生影响，使得动态特性与以前不一致，而造成齿轮系统振动特性的变化，使得表征振动特点的峰值频率发生改变。当齿侧间隙过大时，在频谱图上除了有啮合基频的高次谐波外，还会出现啮合基频的分数倍谐波，其频谱图如图2.2所示。
2.4轴承座安装松动
在传动轴安装的过程中，支承轴的轴承是被安装在箱体中的轴承座上。在安装过程中，有可能存在由于轴承座连接螺栓安装不紧造成的轴承座安装松动情况，一旦出现会导致箱体在工作时伴随有强烈的振动和噪声，这样就不能起到保证传动稳定的作用。尽管这种故障在实际中出现的频率较以上提到的几种低，但是鉴于其对正常工况的严重干扰，还是需要对其进行准确诊断来排除。
在安装松动出现时，在频谱图上除了出现轴转动频率f这一基本频率，还会伴随有2×f，3×f，4×f等轴转频的高次谐频，也会存在f/2，2f/3，f/3等基频的分数阶频率成分，而且这些频率的幅值较正常工作时都有显著增加，但是还是以旋转基频为主。所以在诊断这种故障时要对各特征频率处的幅值综合分析。
结论
主轴箱在重型机床中负责动力传递，支承回转部件、保证工件的回转精度，其装配质量决定机床的性能。本文分析了装配中常见的同轴度超差和轴承座安装松动产生的不利影响，对分析机床振动和噪声有着积极地意义。
参考文献
[1] 李录平，韩西京，韩守木，等.从振动频谱中提取旋转机械故障特征的方法[J].汽轮机技术， 1998，40（1）： 11-14.
关键词：重型卧式车床；主轴箱；装配故障
1.重型卧式车床主轴箱结构
本文以重型卧式车床主轴箱为研究对象，卧式车床主轴箱基本结构如图1.1所示。主电机由弹性联轴节与主轴箱Ⅰ轴连接，通过Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴的传动轴齿轮逐级减速，最终动力输送到主轴，各传动轴都支承在滚动轴承上。此外，主轴箱箱体为全封闭箱形厚壁结构，整体刚度高，固有频率高，抗震能力强，箱体内采用油润滑。
2.重型卧式车床主轴箱主要装配故障及故障特征
齿轮箱中的故障按照零部件的不同，可以分为齿轮故障、轴故障、轴承故障等。其中齿轮的故障主要有齿面磨损、齿面擦伤、齿面接触疲劳以及轮齿断裂；轴承的故障按照发生位置不同可以分为内圈故障、滚动体故障、保持架故障和外圈故障；轴的故障包括轴弯曲和转轴的不平衡和不对中。此外，作为装配箱体，齿轮箱的主要装配故障还有轮齿侧隙过大、装配松动等。
而对于重型卧式车床主轴箱装配来说，由于是新的待出厂机床，所以齿面磨损、轴承失效等故障并不存在，主要故障除了存在上述故障中的几种之外，还有一些其它装配完成后所产生的特有故障。总结起来，主要有电机与Ⅰ轴在安装时存在轴不对中，箱体内各传动齿轮之间存在不对中，齿轮箱中个别传动轴的安装存在装配松动，两对啮合的齿轮的齿侧隙过大。为了后续更好的研究和诊断故障，首先对于故障产生的原因、故障生成的机理以及故障存在时的特征进行研究与确定。
2.1连接轴同轴度超差
重型卧式车床的电机与主轴箱Ⅰ轴之间都是用联轴器进行连接，这种传动结构的安装过程中会伴随着连接轴同轴度超差的故障，这种故障通常表现为轴线平行不对中与轴线角度不对中共存。在出现连接轴之间同轴度超差时，从动轴径向振动频率为主动轴转频的两倍，而且随着不对中角度的增加，转速变化的幅度也越来越大。此外，当不对中现象存在时，一般都是轴线平行不对中和角度不对中同时出现，从动轴径向振动出现二倍频，而且不对中现象越严重，二倍频所占的比例和幅值越大，并且一般情况下二倍频的幅值都要高于一倍频。
2.2同轴度超差造成的齿轮不对中
在齿轮箱体的加工装配过程中，常常会出现由于箱体加工误差造成孔与孔之间的位置精度不满足要求，而导致装有啮合齿轮的两轴在装配后不平行从而由于轴线不平行造成齿轮不对中。此外，重型卧式车床主轴箱中有的齿轮是通过花键与轴实现连接传动的。由于轴的同轴度超差以及齿轮加工时的同轴度超差，造成该齿轮与轴会出现装配不正，造成的齿轮不对中。这两种现象均会导致齿轮在齿宽方向所承受的载荷不均匀，传递动力的平稳性下降，也使得齿面上局部区域载荷增加，这种现象也被称为“一端接触”。不对中齿轮会在啮合频率处产生带有边频带的啮合频率振动，而且有啮合频率的谐波出现，在二倍和三倍啮合频率处谐波的峰值还很高，甚至会高于啮合基频的峰值。此外，在各階谐频的峰值周围出现调制现象，调制频率与该齿轮所在轴的旋转频率吻合，齿轮不对中的频谱图如图2.1所示。
2.3啮合轮齿侧隙过大
在主轴箱装配中，会出现装配后相互啮合的轮齿齿侧间隙过大。因为齿侧间隙会对齿轮传动时的载荷变化产生影响，使得动态特性与以前不一致，而造成齿轮系统振动特性的变化，使得表征振动特点的峰值频率发生改变。当齿侧间隙过大时，在频谱图上除了有啮合基频的高次谐波外，还会出现啮合基频的分数倍谐波，其频谱图如图2.2所示。
2.4轴承座安装松动
在传动轴安装的过程中，支承轴的轴承是被安装在箱体中的轴承座上。在安装过程中，有可能存在由于轴承座连接螺栓安装不紧造成的轴承座安装松动情况，一旦出现会导致箱体在工作时伴随有强烈的振动和噪声，这样就不能起到保证传动稳定的作用。尽管这种故障在实际中出现的频率较以上提到的几种低，但是鉴于其对正常工况的严重干扰，还是需要对其进行准确诊断来排除。
在安装松动出现时，在频谱图上除了出现轴转动频率f这一基本频率，还会伴随有2×f，3×f，4×f等轴转频的高次谐频，也会存在f/2，2f/3，f/3等基频的分数阶频率成分，而且这些频率的幅值较正常工作时都有显著增加，但是还是以旋转基频为主。所以在诊断这种故障时要对各特征频率处的幅值综合分析。
结论
主轴箱在重型机床中负责动力传递，支承回转部件、保证工件的回转精度，其装配质量决定机床的性能。本文分析了装配中常见的同轴度超差和轴承座安装松动产生的不利影响，对分析机床振动和噪声有着积极地意义。
参考文献
[1] 李录平，韩西京，韩守木，等.从振动频谱中提取旋转机械故障特征的方法[J].汽轮机技术， 1998，40（1）： 11-14.