軋機(jī)用長(zhǎng)壽命推力圓柱滾子軸承設(shè)計(jì)

頓麗華

(瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司工程中心，遼寧 瓦房店116300)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，冶金行業(yè)也有著突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。冶金業(yè)需要大量的軋機(jī)軸承。軋機(jī)軋輥軸承的工況非常惡劣，沖擊載荷大，大大地影響了主機(jī)及軸承使用壽命。研究、開(kāi)發(fā)高速重載、長(zhǎng)壽命的、運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好與之相適應(yīng)的軋機(jī)軸承是當(dāng)務(wù)之急。具有長(zhǎng)壽命、防塵、預(yù)置游隙性能的推力圓柱滾子軸承82760ZW 是瓦軸集團(tuán)自主開(kāi)發(fā)研制的防塵雙向雙列推力圓柱軸承單元，應(yīng)用于軋機(jī)軋輥上，隸屬于軋機(jī)軸承技術(shù)領(lǐng)域。

1 軸承的結(jié)構(gòu)

以往的軋機(jī)用雙向推力圓柱滾子軸承采用2 個(gè)座圈、1 個(gè)中軸圈、2 排滾子和帶有螺釘?shù)? 組保持架組成，軸承總裝圖見(jiàn)圖1。軸承沒(méi)有考慮防塵效果，軸承本身不帶軸向游隙，用戶自行調(diào)整游隙，每排滾子為一整體，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于滾子兩端線速度不等，會(huì)造成滾子打滑現(xiàn)象，溫升提高，縮短軸承使用壽命。

82760ZW 雙列雙向推力圓柱滾子軸承的設(shè)計(jì)充分考慮了用戶的需求，對(duì)常規(guī)軸承進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，避免了上述軸承的結(jié)構(gòu)弊端。

82760ZW 雙列雙向推力圓柱滾子軸承由2 個(gè)座圈、1 個(gè)中軸圈、1 個(gè)中隔圈、2 個(gè)平擋圈、4 組滾子(每組52 個(gè))、2 組螺釘(每組13 個(gè))、2 組保持架組成。此軸承內(nèi)徑φ300 mm，外徑φ460 mm，寬度為80 mm，可以承受兩個(gè)方向的軸向負(fù)荷，具有很好的防塵效果，可不用調(diào)整游隙。

82760ZW 軸承在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮軋機(jī)的高速、重載、高可靠性、長(zhǎng)壽命及防塵要求，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使?jié)L子等主參數(shù)適宜，最大程度滿足載荷要求，使得軸承疲勞壽命更長(zhǎng)。依據(jù)赫茲理論，滾子采用修緣曲線，減小了應(yīng)力集中。每列滾子均為等長(zhǎng)的兩部分，均勻排列在滾道上，目的是減小長(zhǎng)滾子在滾道上的差動(dòng)滑動(dòng)，減小滑動(dòng)摩擦，消除滾子打滑現(xiàn)象，改善了運(yùn)轉(zhuǎn)條件。在中軸圈上下有兩個(gè)平擋圈，與座圈形成封閉空間，填有潤(rùn)滑脂，起到防塵及潤(rùn)滑作用。合理設(shè)計(jì)平檔圈與座圈間的間隙，以達(dá)到最佳防塵、預(yù)置游隙效果。在兩座圈間增加了中隔圈，調(diào)整軸向游隙，該軸承預(yù)先調(diào)整好了軸向游隙，安裝時(shí)不需要再調(diào)整游隙，形成合適的彈性油膜，增加承載能力。在中隔圈上設(shè)有油孔，以便定期補(bǔ)給油脂。座圈、中軸圈、滾子采用真空脫氣軸承鋼，提高了軸承額定動(dòng)載荷，延長(zhǎng)了軸承的額定壽命。保持架采用黃銅材料，銅架具有一定的強(qiáng)度和剛度，又具有良好的自潤(rùn)滑性和耐磨性。對(duì)中隔圈進(jìn)行磷化處理，起到防銹作用。軸承總裝圖見(jiàn)圖2。

2 軸承的主要參數(shù)設(shè)計(jì)及材料選擇

2.1 軸向游隙

考慮軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用條件，軸承的軸向游隙至關(guān)重要，取值為0.060 ～0.120 mm，即為軸向預(yù)游隙。這樣取值可避免軸承發(fā)熱和軸承受力良好。同時(shí)更好地增加軸承剛性，平素軸向游隙用戶自行調(diào)整，用戶經(jīng)驗(yàn)往往不足，游隙過(guò)大或過(guò)小。軸向游隙過(guò)小，會(huì)使軸承內(nèi)部溫升過(guò)快，導(dǎo)致軸承失效。軸向游隙過(guò)大，不能形成正常油膜。出廠時(shí)該軸承預(yù)先調(diào)整好了軸向游隙，安裝時(shí)不需要再調(diào)整游隙，形成合適的彈性油膜，增加承載能力。

2.2 滾子直徑及長(zhǎng)度的選取

在軸承整體結(jié)構(gòu)合理的情況下，根據(jù)工況條件，在有效的空間范圍內(nèi)，選用最合理的主參數(shù)，滾子直徑Dwe=(0.15 ～0.19)·T，T為裝配高。滾子長(zhǎng)度L=KL·Dwe。KL取1～2.3。綜合考慮滾子尺寸確定為φ15×34 mm，把滾子分為兩段，滾子長(zhǎng)取17 mm，即滾子尺寸為φ15 mm×17 mm。分為雙列。系數(shù)選取較大值，盡量增大滾子直徑及滾子長(zhǎng)度，以及整套軸承的滾子數(shù)，使軸承具有最大的額定動(dòng)載荷和額定靜載荷。同時(shí)根據(jù)赫茲彈性接觸理論，滾子母線采用了修緣曲線，減小了應(yīng)力集中。提高了座圈、中軸圈和滾子三者的疲勞壽命，使得軸承疲勞壽命更長(zhǎng)。

2.3 滾子個(gè)數(shù)的選取

考慮到保持架的強(qiáng)度及鉚釘位置及鉚釘孔的加工精度，取52 個(gè)滾子。

2.4 軸承材料的選取

軸承的座圈、中軸圈、滾子選用GCr15SiMn、GCr15真空脫氣軸承鋼。這種材料具有良好的接觸疲勞強(qiáng)度、較好的硬度、較高的耐磨性。采用真空脫氣軸承鋼，可提高軸承額定動(dòng)載荷，延長(zhǎng)軸承額定壽命。保持架采用黃銅材料，銅架具有一定的強(qiáng)度和剛度，又具有良好的自潤(rùn)滑性和耐磨性。對(duì)中隔圈進(jìn)行磷化處理，起到防銹作用。平擋圈與中隔圈采用45 號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，提高其機(jī)械性能。

2.5 保持架蓋與座的連接

考慮到軸承僅承受軸向力，徑向力基本可以忽略不計(jì)，螺釘與保持架的連接沒(méi)有采用焊接技術(shù)，而是在裝配時(shí)將螺紋孔中的油清理干凈，螺釘擰緊后與保持架蓋用金屬膠粘結(jié)牢固，避免了保持架焊接受熱變形。保證了保持架精度的穩(wěn)定性。

2.6 軸承旋轉(zhuǎn)性能及精度

為了適應(yīng)軋機(jī)軸承高速重載性能要求，使軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，除提高軸承套圈精度外，要嚴(yán)格控制座圈及中軸圈的厚度變動(dòng)量，減小軸承的軸向跳動(dòng)，滿足軋機(jī)高速要求。同時(shí)為了提高鋼板軋制質(zhì)量及精度，軸承精度采用P6 級(jí)。通過(guò)控制精度及端面跳動(dòng)等技術(shù)指標(biāo)，大大地提高了軋機(jī)軋制鋼板的精度及生產(chǎn)效率。

3 工藝加工要求

3.1 車(chē)加工要求

車(chē)加工工藝合理設(shè)計(jì)軸承的車(chē)加工留量、合理安排各工序，機(jī)床性能調(diào)整到最佳狀態(tài)，選擇合適的工藝參數(shù)。在生產(chǎn)加工過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行工藝，在車(chē)加工時(shí)嚴(yán)格保證軸承零件的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，使各工序的加工工藝參數(shù)處在最佳狀態(tài)。

3.2 磨加工要求

在磨削過(guò)程中采用特殊工藝方法。采用往復(fù)循環(huán)加工工藝確保零件加工精度。且在粗磨之后采用附加回火工藝，以消除磨削應(yīng)力，使產(chǎn)品具有良好的尺寸加工精度和穩(wěn)定性，提高了零件的精度，并獲得較高的幾何精度及尺寸的穩(wěn)定性，保證最終成品尺寸。

3.3 熱處理方面

我們采用了軸承行業(yè)最先進(jìn)的氮基氣體保護(hù)淬火工藝，最大程度上減小變形量，從而壓縮了磨削留量。工藝中嚴(yán)格控制套圈硬度及內(nèi)部組織。并采用附加回火工藝，消除粗磨時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定內(nèi)部組織。

3.4 軸承裝配

為保證用戶對(duì)軸承高可靠性的要求，必須保證軸承的清潔度。因此，在裝配之前，用超聲波清洗機(jī)對(duì)軸承零件進(jìn)行徹底清洗。并且100%進(jìn)行探傷和殘磁檢驗(yàn)，以確保裝配后的質(zhì)量。裝配時(shí)對(duì)隔圈進(jìn)行配磨，確保裝配后的軸向游隙。

4 產(chǎn)品應(yīng)用

長(zhǎng)壽命、防塵、預(yù)置游隙推力圓柱滾子軸承82760ZW，其滾子長(zhǎng)度Lwe=17 mm×2 mm;直徑Dw=15 mm;每排Z=52 個(gè)滾子;回轉(zhuǎn)中心徑Dpw=380 mm;bm=1;fc=142.936 帶入公式Ca=bm fcLwe7/9Z3/4Dwe29/27。經(jīng)計(jì)算額定動(dòng)載荷為788×1 000 N=788 kN。用戶提供該軸承所受軸向載荷為P=230 kN，軸承轉(zhuǎn)速為n=200 r/min，要求軸承使用壽命為半年即可。經(jīng)計(jì)算，該軸承額定疲勞使用壽命L10=1 000 000(Ca/P)10/3/n/60/24/30=1 000 000(788/230)10/3/230/60/24/30=6.1 個(gè)月，滿足用戶需要。由于考慮到防塵、預(yù)置游隙、及差動(dòng)滑動(dòng)理論等進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在用戶實(shí)際使用過(guò)程中，提供的10 套軸承在主機(jī)用戶中使用壽命達(dá)到8 個(gè)多月。長(zhǎng)壽命、防塵、預(yù)置游隙推力圓柱滾子軸承82760ZW 軸承具有長(zhǎng)壽命、可靠度高、預(yù)置游隙、防塵效果好等特點(diǎn)，實(shí)屬國(guó)內(nèi)同行業(yè)首創(chuàng)，該軸承滿足了用戶的要求，值得推廣。

5 結(jié)語(yǔ)

該軸承研制的成功，帶動(dòng)了其他軋機(jī)軸承的開(kāi)發(fā)與研制?？赏茝V到其他軸承的防塵研制。該產(chǎn)品經(jīng)用戶使用證明，質(zhì)量穩(wěn)定，剛度、精度性能指標(biāo)滿足用戶要求，擴(kuò)展了軸承的應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)前景看好。通過(guò)新產(chǎn)品鑒定達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。我們將以全新的技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品，回報(bào)給用戶，增強(qiáng)公司在國(guó)內(nèi)乃至世界的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。