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軸承知識
轉(zhuǎn)盤軸承損壞原因探討與改進(jìn)對策

重慶大學(xué) 朱渝春

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1、轉(zhuǎn)盤軸承損壞現(xiàn)象

在汽車起重機、挖掘機等各類工程機械中,轉(zhuǎn)盤軸承是傳遞轉(zhuǎn)臺與底盤之間的軸向載荷、徑向載荷和傾翻力矩的重要部件。

在輕載工況時,它能正常工作,自如地旋轉(zhuǎn)。但在重載時,尤其是在Z大起重量及Z大幅度時,重物回轉(zhuǎn)困難,甚至根本不能回轉(zhuǎn)以致卡死。此時通常采取減小幅度、調(diào)整支腿或移動底盤位置等方法使車身傾斜,以幫助實現(xiàn)重物的回轉(zhuǎn)運動,完成預(yù)定的起重等作業(yè)。所以在檢修工作中往往會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤軸承滾道已嚴(yán)重?fù)p壞,內(nèi)座圈兩側(cè)和作業(yè)區(qū)前方下滾道產(chǎn)生沿滾道方向的環(huán)形裂紋,處座圈上滾道受力Z大區(qū)域發(fā)生壓陷,并在整個壓陷區(qū)產(chǎn)生徑向龜裂,其損壞狀態(tài)如圖1所示。

1.內(nèi)座圈;2.外座圈;3.滾柱

圖1 滾道損壞狀態(tài)圖

2、轉(zhuǎn)盤軸承損壞原因探討

(1)安全系數(shù)的影響

轉(zhuǎn)盤軸承經(jīng)常在低速大載荷工況下運轉(zhuǎn),其承載能力一般可用靜容量表示,額定靜容量記為C0a。所謂靜容量是指滾道永久變形量δ達(dá)到3d0/10000時轉(zhuǎn)盤軸承的承載能力,d0為滾動體直徑。外載荷的組合一般都用當(dāng)量載荷Cd來表示。靜容量與當(dāng)量載荷之比稱為安全系數(shù),記為fs,這是設(shè)計和選用轉(zhuǎn)盤軸承的主要依據(jù)。

當(dāng)采用校核滾柱與滾道間Z大接觸應(yīng)力的方法設(shè)計轉(zhuǎn)盤軸承時,取許用線接觸應(yīng)力〔σk線〕=2.0~2.5×102kN/cm。目前,大多數(shù)廠家均根據(jù)外載荷的大小對轉(zhuǎn)盤軸承進(jìn)行選型計算。據(jù)現(xiàn)有資料介紹,目前小噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承較之大噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承的接觸應(yīng)力要小,實際安全系數(shù)較高。而起重機噸位越大,則其轉(zhuǎn)盤軸承直徑越大,制造精度越低,其安全系數(shù)實際上反而較低,這就是大噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承比小噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承更容易損壞的根本原因。目前普遍認(rèn)為,40t以上起重機的轉(zhuǎn)盤軸承,其線接觸應(yīng)力不應(yīng)超過2.0×102kN/cm,安全系數(shù)應(yīng)不小于1.10。

(2)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)剛度的影響

轉(zhuǎn)盤軸承是傳遞轉(zhuǎn)臺與底盤間各種載荷的重要部件,其本身剛度并不大,主要依賴支承它的底盤和轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)剛度。從理論上講,轉(zhuǎn)臺的理想結(jié)構(gòu)為大剛度的圓筒狀,以便能讓轉(zhuǎn)臺所受的載荷均勻分布,但受整機高度限制不可能做到。對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行的有限元分析結(jié)果表明,轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)盤軸承相連的底板變形較大,大偏載工況下更為嚴(yán)重,致使載荷集中作用在小部分滾子上,從而加大了單個滾子所受到的壓力;尤為嚴(yán)重的是轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的變形會改變滾子與滾道的接觸狀況,大大減少接觸長度并導(dǎo)致接觸應(yīng)力大幅增加。而目前廣泛采用的接觸應(yīng)力和靜容量的計算方法,都是以轉(zhuǎn)盤軸承均勻受力、且滾子有效接觸長度為滾子長度的80%為前提的。顯而易見,這種前提是不符合實際情況的。這也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤軸承易于損壞的另一個原因。

(3)熱處理狀態(tài)的影響

轉(zhuǎn)盤軸承本身的加工質(zhì)量受制造精度、軸向間隙和熱處理狀態(tài)的影響很大,這里容易忽略的因素是熱處理狀態(tài)的影響。顯然,要使?jié)L道表面不產(chǎn)生裂紋及壓陷,就要求滾道表面除具有足夠的硬度而外,還必須具有足夠的硬化層深度和心部硬度。據(jù)國外資料介紹,滾道硬化層深度應(yīng)隨滾動體的增大而加厚,Z深可超過6mm以上,心部硬度也應(yīng)較高,這樣滾道才會有較高的抗壓潰能力。所以轉(zhuǎn)盤軸承滾道表面淬硬層深度不足,心部硬度偏低,也是造成其損壞的原因之一。

3、改進(jìn)對策

(1)通過有限元分析,適當(dāng)加大轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)盤軸承相連部位的板材厚度,以便提高轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)剛度。

(2)對大直徑轉(zhuǎn)盤軸承進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)適當(dāng)加大安全系數(shù);適當(dāng)增加滾子的數(shù)量也可以改善滾子與滾道的接觸狀況。

(3)提高轉(zhuǎn)盤軸承的制造精度,重點放在熱處理工藝上?山档椭蓄l淬火速度,力求獲得較大的表面硬度和淬硬深度,防止?jié)L道表面出現(xiàn)淬火裂紋。

(來源:網(wǎng)絡(luò))

發(fā)布時間:2022-12-06


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