摘  要 ：軋機(jī)齒輪座軸承原采用剖分式澆鑄軸承合金的滑動(dòng)軸承，為適應(yīng)市場(chǎng)要求將軋機(jī)速度提高后，齒輪座嚴(yán)重發(fā)熱、滑動(dòng)軸承燒損事故時(shí)有發(fā)生，只能以中低速維持生產(chǎn)。另外，滑動(dòng)軸承在更換的時(shí)候，需要重新修磨齒輪軸，更換周期一般在15天左右，對(duì)于生產(chǎn)非常不利。Φ600 mm軋機(jī)齒輪座軸承由滑動(dòng)軸承改為四列圓柱滾子軸承后，生產(chǎn)效率大大提高，更換周期縮短，并且一年大修未發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承破壞。

關(guān)鍵詞 ：四列圓柱滾子軸承；齒輪座軸承；滑動(dòng)軸承；設(shè)計(jì)

滑動(dòng)軸承具有工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、徑向尺寸小、耐沖擊和承載能力大等特點(diǎn)，因而原齒輪座軸承廣泛采用剖分式澆鑄軸承合金的滑動(dòng)軸承。但滑動(dòng)軸承在使用安裝的過(guò)程中，精度要求（尤其是水平精度）高，即齒輪軸兩端必須在一條水平線上，否則會(huì)由于傳動(dòng)軸傾斜而改變軸頸與軸承的接觸間隙從而破壞油膜的形成。兩端的軸瓦安裝要求苛刻，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。齒輪座軸承要求工作溫度小于60℃ ，當(dāng)軋制速度提高后，摩擦功耗加大導(dǎo)致軸承發(fā)熱繼而損壞的現(xiàn)象非常突出。此外，安裝檢修一次齒輪座需15天左右，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)時(shí)間。

國(guó)內(nèi)眾多研究機(jī)構(gòu)和使用廠家對(duì)軋機(jī)齒輪座軸承發(fā)熱問(wèn)題都做了廣泛的研究[1~5]，分析表明：齒輪座軸承發(fā)熱主要是由于使用場(chǎng)合的特點(diǎn)、使用條件的變化和滑動(dòng)軸承的固有弱點(diǎn)所致。改善潤(rùn)滑條件、添加減磨劑等雖然能在一定程度上減少發(fā)熱，但效果十分有限，而且安裝、檢修的問(wèn)題不能完全解決。

滾動(dòng)軸承具有起動(dòng)摩擦力小、磨耗少、潤(rùn)滑方便、工作溫度范圍廣以及維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，使用越來(lái)越廣泛。包頭鋼鐵集團(tuán)公司帶鋼廠以承受大徑向載荷的四列短圓柱滾子軸承替代滑動(dòng)軸承取得了良好效果，下文以Φ600 mm軋機(jī)齒輪座軸承改制為例進(jìn)行敘述。

1　滾動(dòng)軸承選型

人字齒輪工作時(shí)的受力分析見(jiàn)圖1。由于齒面間的摩擦力相對(duì)較小，圖1中的分析忽略摩擦力的作用。與齒面垂直的法向咬合平面內(nèi)的法向力Fn可分解為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。

式中：T為傳遞扭矩；d為齒輪分度圓直徑；α為法面壓力角；β為分度圓壓力角。根據(jù)對(duì)人字齒輪的受力分析可知：人字齒輪所受的兩個(gè)軸向力相互抵消，圓周力Ft和徑向力 Fr的值隨扭矩T增大而增大，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪受到的徑向力Fr方向分別指向齒輪中心。隨著徑向力Fr的增大，齒輪軸所受的徑向力也增大。

根據(jù)軋機(jī)齒輪座軸承的使用工況及受力分析可知，軋機(jī)齒輪座軸承在工作時(shí)只承受較大的徑向力，不承受軸向力。而四列圓柱滾子軸承的徑向承載能力大，性能穩(wěn)定，安裝調(diào)試方便簡(jiǎn)單，并且由于軸承的內(nèi)滾道是圓柱形的，可獲得較高的加工精度，故決定選用四列圓柱滾子軸承作為軋機(jī)齒輪座軸承。

2  軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T5389．1－2005中規(guī)定了軋機(jī)用四列圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件，針對(duì)包頭鋼鐵集團(tuán)公司帶鋼廠Φ600mm機(jī)組的情況，選用FCDP型的四列圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)。FCDP結(jié)構(gòu)為二個(gè)內(nèi)圈和帶平擋圈的兩個(gè)外圈。示意圖及其模型見(jiàn)圖2。

軋機(jī)齒輪座軸承改制主要是為了適應(yīng)市場(chǎng)要求提高軋機(jī)速度。另外，軋機(jī)齒輪座軸承在工作中要承受一定的沖擊載荷，考慮到軋機(jī)齒輪座軸承的工作狀況，應(yīng)選擇表面滲碳、淬火后表面硬度很高，而心部硬度低，能承受沖擊載荷的材料，此處選用G20Cr2Ni4A鋼。四列圓柱滾子軸承的外形尺寸，主要依據(jù)齒輪座原有尺寸條件設(shè)計(jì)。因機(jī)組的齒輪軸磨損程度不同，在校核齒輪軸強(qiáng)度的前提下，可以依據(jù)齒輪軸和齒輪軸座孔的尺寸來(lái)確定滾動(dòng)軸承的外形尺寸。

為***大限度提高承載能力，滾動(dòng)體采用支柱焊接的空心滾子。由于齒輪座軸承工作過(guò)程中存在沖擊載荷，意味著滾子在工作過(guò)程中要承受不同程度的邊緣載荷。為了避免或減少這些邊緣載荷影響，滾子應(yīng)帶凸度，在試制過(guò)程中采用素線為圓弧修正線的修形滾子。滾子截面形狀見(jiàn)圖3，凸度量由（4）、（5）和（6）式確定。

式中：W指滾子載荷，在軸承中一般取***大滾動(dòng)體載荷來(lái)計(jì)算；δ為滾子凸度值，Lw為滾子長(zhǎng)度；t為修整圓弧長(zhǎng)；Rc為修整圓弧半徑；t1為倒角長(zhǎng)。

軸承原始游隙范圍選用3組以上游隙；軸頸與軸承內(nèi)圈的配合為過(guò)盈配合，軸頸的公差為P6。軸承座孔與軸承外圈的配合為間隙配合，軸承座孔的公差為G7。在加工過(guò)程中，還需要考慮到軸與座孔材料的膨脹系數(shù)差異，在不同的溫度下控制配合公差，以滿足滾動(dòng)軸承的安裝配合要求。

3  試用情況

將試制的四列圓柱滾子軸承安裝在Φ600mm機(jī)組上，提高了軋制速度，連續(xù)生產(chǎn)也未發(fā)現(xiàn)軸承座有發(fā)熱現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，一年后主機(jī)大修時(shí)仍未發(fā)現(xiàn)軸承損壞，且軸承的安裝、更換方便，將原檢修時(shí)間縮短了3～5天，節(jié)約了改造時(shí)間；同時(shí)還可以將原有的機(jī)座和齒輪軸合理利用，節(jié)省費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

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