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論交叉滾子軸承的返修

2009-08-17

 陳巧蓮，曹小益，陳艷輝(郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 郴州 423000) 
 
　　【摘　要】　交叉滾子軸承被廣泛地使用于起重工程機(jī)械和軍工產(chǎn)品上。交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)尺寸大，成本高，購(gòu)買(mǎi)一個(gè)交叉滾子軸承需人民幣約二十萬(wàn)元，返修成本只有四萬(wàn)多元，且返修后的軸承一樣的能滿足機(jī)械的使用性能，這樣大大節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本文從技術(shù)方面闡述了如何對(duì)已不能再使用的交叉滾子軸承進(jìn)行返修的過(guò)程。
　　【關(guān)鍵詞】　交叉滾子軸承；外齒圈；滾子；上內(nèi)圈；下內(nèi)圈；滾道；返修
　　單排交叉滾子軸承由外齒圈、滾子、上內(nèi)圈、下內(nèi)圈等組成，滾子為圓柱型，平行交叉排列在外齒圈、上內(nèi)圈和下內(nèi)圈的滾道面所形成的通過(guò)直徑的截面為正方形，對(duì)角線垂直于地面的圓形空間內(nèi)(見(jiàn)圖一)。結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，裝配間隙小，制造精度和安裝精度要求高，單排交叉滾子軸承是一種可以同時(shí)承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的大型軸承，通常帶有安裝孔，潤(rùn)滑孔和密封裝置。
　　單排交叉滾子軸承外形尺寸大，更換困難，價(jià)格昂貴，在使用過(guò)程中，要求用戶(hù)維護(hù)保養(yǎng)及時(shí)，讓其具有良好的潤(rùn)滑，并調(diào)整好其與傳動(dòng)件的嚙合間隙等，以延長(zhǎng)它的使用壽命，保證正常生產(chǎn)。


　　某焦化廠的2#斗輪堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上使用了單排交叉滾子軸承，用了四年后進(jìn)行了大修更換，拆卸后，對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)它根本沒(méi)有潤(rùn)滑的環(huán)境，安裝前其內(nèi)腔充滿了黃油，而設(shè)備本身給予的是稀油潤(rùn)滑環(huán)境，由于干油堵塞所有潤(rùn)滑孔，稀油無(wú)法進(jìn)入內(nèi)腔，造成長(zhǎng)期干磨，而且整機(jī)平衡性能不好，頭部接地壓力達(dá)6噸，使交叉滾子軸承受力不均勻，滾子和滾道已磨損和銹蝕，受力大的一邊更為嚴(yán)重，另外外圈與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的小齒輪間隙上小下大，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的小齒輪定位不牢，有跳動(dòng)，齒輪嚙合間隙時(shí)大時(shí)小，造成打齒、憋死和回轉(zhuǎn)角度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象。所以，更換交叉滾子軸承時(shí)，有必要把新交叉滾子軸承的稀油潤(rùn)滑改為干潤(rùn)滑，重新調(diào)整整機(jī)平衡，保證齒輪的正常嚙合。
　　從節(jié)約生產(chǎn)成本的原則出發(fā)，先把舊的交叉滾子軸承拆開(kāi)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真仔細(xì)的檢查和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)返修后其可再次使用。首先，在斗輪機(jī)這種特定的設(shè)備上使用，外齒圈的工作角度一般在180°左右，也就是說(shuō)整圈外齒有一半未使用，再次使用時(shí)，用另一半齒，即使整圈外齒都已使用，還可以作齒面修復(fù)。其次，四個(gè)滾道面雖已損壞，而且面積大，但只是表面層，不深，有加工余量，可以返修，根據(jù)返修后的四個(gè)滾道面所形成的凈空間尺寸Z后確定滾子的大小。再者，整個(gè)交叉滾子軸承返修的成本只有原成本的1/3左右，可節(jié)約不少資金，有返修的必要。
　　返修過(guò)程如下：
　　1　清洗各個(gè)組件，修復(fù)所有組件外形上的缺陷
　　修復(fù)齒輪前先化驗(yàn)上下內(nèi)圈及外齒圈的材質(zhì)，檢驗(yàn)報(bào)告表明：其均為40Cr，采用J606焊條堆焊，經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后其硬度值為HB=240～270。上內(nèi)圈上8-M24絲孔大部分已損壞，重新攻絲成8-M27的絲孔，同樣，下內(nèi)圈上的8-φ25孔改鉆成8-φ28的孔，更換連接用螺栓等。
　　2　交叉滾子軸承主體上、下內(nèi)圈、外齒圈之間的找正復(fù)位
　　由于交叉滾子軸承長(zhǎng)時(shí)間使用后，止口、防塵迷宮等變形嚴(yán)重，先找正后分別少量加工，車(chē)起即可，加工前外圈先加工齒輪齒頂圓，以此作為基準(zhǔn)加工其它面，而上下內(nèi)圈以原止口為基準(zhǔn)加工其它面(滾道除外)。
　　3　齒輪的修復(fù)
　　Z佳的辦法是測(cè)量出外齒圈上損壞磨損Z嚴(yán)重的齒，在保證齒輪模數(shù)不變的情況下，通過(guò)計(jì)算，重新滾齒，使齒輪負(fù)變位，同樣，與之相配合的減速機(jī)上的輸出小齒輪正變位，為了保證兩齒輪嚙合時(shí)中心距不變，成對(duì)的齒輪為高變位。其次是把已損壞磨損的齒先用修復(fù)液整形或堆焊并留加工余量，然后滾齒加工至原尺寸。為保證原傳動(dòng)部位的零部件及備件（如輸出小齒輪等）能再次使用，需要保證齒輪嚙合的中心距不變，對(duì)齒形的修復(fù)，采用堆焊再加工的方法。
　　4         滾道面的修復(fù)
　　四個(gè)滾道面所形成的通過(guò)直徑的截面為正方形，對(duì)角線垂直于地面，即每個(gè)滾道面通過(guò)直徑的截面均與整體中心線成45°角，由于滾道表面損壞較嚴(yán)重，呈橢圓狀，表面有凸緣環(huán)和環(huán)狀凹痕，以前面指明的基準(zhǔn)磨削加工滾道表面（因表面硬度高），經(jīng)測(cè)量橢圓度偏差為3mm，磨削加工完后，測(cè)硬度，均在HRC30～40，為保證45°角，特制作樣板（見(jiàn)圖二）用于測(cè)量角度。


　　滾道經(jīng)表面淬火，淬火后硬度為HRC55～60。然后再次磨削。
　　5　滾子的配制
　?。ǎ保┲谱靼藗€(gè)調(diào)整滾子，尺寸與原產(chǎn)品一致（φ70-0.023-0.010）；
　?。ǎ玻⑸鲜鲆阎谱鞯陌藗€(gè)滾子在圓環(huán)腔內(nèi)均勻四點(diǎn)交叉按實(shí)際位置放置，每個(gè)位置上交叉放置兩個(gè)，將交叉滾子主要組件合成一體，擰緊螺栓使上下內(nèi)圈貼合；
　?。ǎ常┧街С衅鹜恺X圈至一定高度（250mm以上），讓上下內(nèi)圈（一體）下沉到Z低位置測(cè)量出其上平面與外齒圈上平面的相對(duì)位置即高度差H3，作好記錄；
　?。ǎ矗┩瑯樱街С衅鹕舷聝?nèi)圈（一體）至一定高度（250mm以上），讓外齒圈下沉到Z低位置測(cè)量出其上平面與上下內(nèi)圈（一體）上平面的相對(duì)位置即高度差H4，作好記錄；
　?。ǎ担┯?jì)算出上述兩次測(cè)量值的差值H=H4-H3，換算成直徑的增補(bǔ)量X=（H-δ）/mm=（H/-0.106）mm（δ為交叉滾子軸承上下游動(dòng)間隙，約為30～80絲，取δ=0.3 mm）。
　　6、滾子直徑為φ（70+X）-0.023-0.010mm，具體推算見(jiàn)圖三至圖九。說(shuō)明：上述中提到的H=H4-H3與H=H1+H2中的H相同，即H=H4-H3=H1+H2。
　　7、成批制作標(biāo)準(zhǔn)滾子，滾子數(shù)量為〔（交叉滾子軸承直徑×π）／（70+X）Y取整數(shù)，余數(shù)小于一個(gè)直徑φ（70+X）的正整數(shù)。若Y為偶數(shù)時(shí)，Y即為Z終值；若Y為奇數(shù)，則Z終值為Y-1，為了保證余數(shù)小于一個(gè)直徑的正數(shù)值，要求重新確定滾子的直徑（增大），用在止口墊薄銅板增加滾道凈空，重新調(diào)整，直到交叉滾子軸承上下游動(dòng)間隙正確為止〕。
　　滾道面是成對(duì)加工的，外齒圈上一對(duì)，上下內(nèi)圈為一對(duì)，配對(duì)的滾道面每一個(gè)通過(guò)整體圓心的截面的兩母線成90º的角，且每根母線與中心線的夾角為45º，假設(shè)同一截面內(nèi)的成對(duì)加工的母線的兩交點(diǎn)在同一水平面內(nèi)，加工后的滾道內(nèi)腔的截面圖總是如圖三、圖四、圖五所示。



　　延長(zhǎng)圖3中右邊的兩根母線與另兩根母線相交，再作出四根母線的兩根中心線和通過(guò)中必線交點(diǎn)的垂直、水平線，連接分形面（φ2820的圓柱面）與母線的交點(diǎn)后可知，四根母線所形成的圖開(kāi)總為對(duì)角線為垂直和水平線的正方形，垂直對(duì)角線所形成的圓柱面直徑D為φ（2820+2P），見(jiàn)圖6(同樣，上面圖三的D為φ（2820-2P），省略)。





　　支撐并固定起上下內(nèi)圈（250mm以上），讓外齒圈自然下垂（見(jiàn)圖8），使中心線與水平線成45º角的滾子與滾道母線接觸，這時(shí)外齒圈的上平面與上下內(nèi)圈的上平面的相對(duì)位移與初始位置比較變化了H1；支撐并固定起外齒圈（250mm以上），讓上下內(nèi)圈自然下垂（見(jiàn)圖9），使中心線與水平線成135º角的滾子與滾道母線接觸，這時(shí)外齒圈的上平面與上下內(nèi)圈的上平面的相對(duì)位移與初始位置比較變化了H2。圖八與圖九這兩個(gè)極限總的高度差為H=H1+H2。
　　6　安裝
　　認(rèn)真清洗，滾子嚴(yán)格交叉相隔擺放，按圖紙要求，正確地定位三主體件的回火帶的相對(duì)位置，擰緊緊固件，試運(yùn)行，在無(wú)任何故障的情況下，在內(nèi)腔的裝滾子部位塞滿黃油，完全組裝成一體，在主體外表面涂上機(jī)油并包扎。
　　結(jié)語(yǔ)
　　返修后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)情況至今良好，交叉滾子軸承無(wú)任何異常現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣大大減少了資金的投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　參考文獻(xiàn)
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　　陳巧蓮（1966－），女，高級(jí)講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新與教學(xué)工作。