冶金齒輪箱軸承的應(yīng)用技術(shù)（一）

冶金齒輪箱的種類與應(yīng)用非常廣泛，主要通過齒輪間的嚙合與傳動(dòng)作用來實(shí)現(xiàn)加速、減速、改變傳動(dòng)方向、改變轉(zhuǎn)動(dòng)力矩或分配動(dòng)力，以滿足各種冶金設(shè)備動(dòng)力傳動(dòng)的需求。冶金齒輪箱不僅用于各種主機(jī)設(shè)備，如棒線材、型材或板材的粗扎、精軋和立輥等主傳動(dòng)齒輪箱，而且也用于眾多輔機(jī)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)，如飛剪、卷取機(jī)、穿孔機(jī)、縱切機(jī)以及輸送滾道等。作為最關(guān)鍵的冶金設(shè)備之一，冶金齒輪箱能否穩(wěn)定可靠地運(yùn)行關(guān)系到整條生產(chǎn)線能否正常工作，一旦其出現(xiàn)故障將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。冶金齒輪箱通常處于重負(fù)載、沖擊載荷、高或低轉(zhuǎn)速、高溫或高污染等苛刻運(yùn)行環(huán)境，正是由于工作環(huán)境的特殊性及連續(xù)可靠的工作需求，冶金齒輪箱對配用的軸承提出了更為嚴(yán)格的要求。采用高性能的軸承，正確選擇軸承選型、公差配合、初始游隙以及安裝尺寸是確保齒輪箱連續(xù)可靠工作的前提條件。

 軸承選型

 1.選擇適合的軸承類型

　　冶金齒輪箱軸承一般采用雙列滾子軸承組合來滿足重負(fù)載和大功率的動(dòng)力傳動(dòng)需求。滾子軸承以圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承及調(diào)心滾子軸承為主。冶金齒輪箱采用何種類型的軸承應(yīng)由齒輪軸的受力工況及各類軸承的特點(diǎn)決定。雙列圓錐滾子軸承具有良好的徑向與軸向復(fù)合載荷能力，軸承內(nèi)部游隙可調(diào)整，而且利于增強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)剛性，因此圓錐滾子軸承是冶金齒輪箱設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮的軸承類型。但圓錐滾子軸承也有不足之處，例如價(jià)格較高且不具備自調(diào)心和抗偏心能力，因此冶金齒輪箱也大量選用其他類型的軸承，如調(diào)心或圓柱滾子軸承。

 　　冶金齒輪箱經(jīng)常混用不同類型的軸承以達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。與圓錐滾子軸承相比，調(diào)心滾子軸承成本較低，在特定受力條件下該軸承也能承受徑軸向復(fù)合載荷。調(diào)心滾子軸承最大的優(yōu)點(diǎn)是具備自調(diào)心能力，可在偏心條件下正常工作。當(dāng)軸承外型尺寸相近，選用雙列圓柱滾子軸承可獲得更高的徑向承載能力，但該類型軸承不能承受軸向載荷。通常在徑向與軸向復(fù)合載荷條件選用圓柱滾子軸承時(shí)，需要采用添加止推軸承或其他類型的軸承來承受軸向負(fù)載。

 2.雙列圓錐滾子軸承組合方式

采用雙列圓錐滾子軸承組合時(shí)，軸承一端通常設(shè)為“固定端”， 即軸承內(nèi)外圈端面均被頂緊不留間隙，起到軸向定位并承受軸向負(fù)載作用；另一端軸承為“浮動(dòng)端”，用來吸收齒輪軸熱膨脹及累積公差。“浮動(dòng)端”軸承只承受徑向載荷，軸承外圈端面與軸承座端蓋及擋肩應(yīng)預(yù)留足夠間隙，以抵消受熱膨脹后齒輪軸發(fā)生軸向位移，詳細(xì)結(jié)構(gòu)。為提高傳遞扭距，冶金齒輪箱大量選用斜齒輪的嚙合方式。在重載條件下，斜齒輪不易產(chǎn)生沖擊振動(dòng)噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且承載能力較大，因此斜齒輪在重載傳動(dòng)條件下優(yōu)于直齒輪傳動(dòng)。

 但斜齒輪嚙合時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的軸向推力并作用到“固定端”軸承。當(dāng)軸向推力較大時(shí)，選用雙列圓錐滾子軸承作為“固定端”，或者添加止推軸承均是理想的解決辦法。當(dāng)齒輪軸只有單個(gè)斜齒輪嚙合，且齒輪軸“固定端”選用調(diào)心滾子軸承時(shí)，應(yīng)注意軸承所受最大軸向與徑向受力的比值關(guān)系。調(diào)心滾子軸承由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)軸承所受軸向力超過自身所受徑向力1/3或1/4（根據(jù)具體軸承系列而定）時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)單側(cè)滾子受力，另一側(cè)滾子空載的情況。不受力端滾子在旋轉(zhuǎn)過程中無法在滾道中引導(dǎo)和定位，出現(xiàn)滾子歪斜、打滑和撞擊保持架等情況，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致保持架斷裂，軸承提前失效。雙列圓錐滾子軸承采用純滾動(dòng)及滾子端面擋邊引導(dǎo)設(shè)計(jì)，通過控制軸承安裝游隙，可用于較大軸向受力及單列滾子承載工況，兩種類型軸承的特點(diǎn)與區(qū)別。“固定端”軸承承受徑軸向復(fù)合載荷，為了分擔(dān)軸承受力并提高使用壽命，“固定端”一般放在徑向受力較小的一側(cè)，“浮動(dòng)端”放在徑向受力較大一端。有時(shí)選用調(diào)心滾子軸承來提高軸承的軸向承載能力，也會(huì)將“固定端”放在徑向受力較大的一側(cè)，在這種情況下，“固定端”調(diào)心滾子軸承承載能力應(yīng)高于“浮動(dòng)端”軸承。

3.考慮實(shí)際工況和軸向載荷

錐型傘齒輪傳動(dòng)與斜齒輪較為相似，齒輪嚙合時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的軸向載荷，軸承選型也應(yīng)參考實(shí)際工況與軸向載荷大小。人字形齒輪傳動(dòng)可當(dāng)作成對使用但旋向相反的錐齒輪應(yīng)用，人字形齒輪嚙合時(shí)不會(huì)產(chǎn)生軸向推力，在軋機(jī)齒輪箱中應(yīng)用較廣。選用人字形齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，輸入與輸出軸只需設(shè)置一個(gè)“固定端”軸向定位齒輪即可，其余位置均應(yīng)設(shè)為“浮動(dòng)端”。“浮動(dòng)端”軸承可采用圓柱或調(diào)心滾子軸承，“固定端”應(yīng)選用軸向承載能力較強(qiáng)的雙列圓錐滾子軸承。軸承優(yōu)化選型設(shè)計(jì)“浮動(dòng)端”軸承均采用單列圓柱滾子軸承。另外，在高速棒線材軋機(jī)齒輪箱應(yīng)用中，高速輸入軸經(jīng)常采用特殊設(shè)計(jì)的雙列圓錐滾子軸承來勝任高轉(zhuǎn)速、頻繁加速、減速、正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)等苛刻軸承應(yīng)用條件。

4.考慮足夠的承載能力

軸承選型時(shí)除正確選擇軸承類型外，所選軸承是否具有足夠的承載能力也是要考慮的關(guān)鍵因素。計(jì)算軸承受力得出軸承理論壽命是最常用的衡量軸承承載能力的方法。冶金齒輪箱根據(jù)不同的應(yīng)用，一般都會(huì)有軸承最低理論壽命的要求，例如有些齒輪箱要求軸承最低壽命不低于5萬h，有些應(yīng)用要求不低于3萬h。通常在計(jì)算軸承壽命時(shí)，為得到保守軸承壽命，一般軸承旋轉(zhuǎn)速度選用平均工況條件轉(zhuǎn)速來替代最高旋轉(zhuǎn)速度。齒輪箱傳動(dòng)在功率恒定條件下，轉(zhuǎn)速降低會(huì)導(dǎo)致扭矩提高，而扭矩提高會(huì)導(dǎo)致軸承受力變大。軸承壽命與轉(zhuǎn)速成1∶1反比關(guān)系，但與受力成10倍關(guān)系，即軸承受力增大一倍，軸承壽命會(huì)降低10倍。對于一些重載及轉(zhuǎn)速較低的應(yīng)用，理論軸承壽命結(jié)果通常無法真實(shí)反映軸承性能，通常主要考慮軸承額定當(dāng)量與軸承受力比值是否大于安全系數(shù)，更精確的方法是通過分析軟件計(jì)算軸承滾子的最大接觸應(yīng)力。

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