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轧机齿轮座轴承改型

作者: 浏览：328 发表时间：2023-05-16

摘要：轧机齿轮座轴承原采用剖分式浇铸轴承合金的滑动轴承，为适应市场要求将轧机速度提高后，齿轮座严重发热、滑动轴承烧损事故时有发生，只能以中低速维持生产。另外，滑动轴承在更换的时候，需要重新修磨齿轮轴，更换周期一般在15天左右，对于生产非常不利。Φ600 mm轧机齿轮座轴承由滑动轴承改为四列圆柱滚子轴承后，生产效率大大提高，更换周期缩短，并且一年大修未发现滚动轴承破坏。

关键词：四列圆柱滚子轴承；齿轮座轴承；滑动轴承；设计

滑动轴承具有工作平稳、无噪声、径向尺寸小、耐冲击和承载能力大等特点，因而原齿轮座轴承广泛采用剖分式浇铸轴承合金的滑动轴承。但滑动轴承在使用安装的过程中，精度要求（尤其是水平精度）高，即齿轮轴两端必须在一条水平线上，否则会由于传动轴倾斜而改变轴颈与轴承的接触间隙从而破坏油膜的形成。两端的轴瓦安装要求苛刻，费时费力。齿轮座轴承要求工作温度小于60℃ ，当轧制速度提高后，摩擦功耗加大导致轴承发热继而损坏的现象非常突出。此外，安装检修一次齿轮座需15天左右，劳动强度大，严重影响生产时间。

国内众多研究机构和使用厂家对轧机齿轮座轴承发热问题都做了广泛的研究[1~5]，分析表明：齿轮座轴承发热主要是由于使用场合的特点、使用条件的变化和滑动轴承的固有弱点所致。改善润滑条件、添加减磨剂等虽然能在一定程度上减少发热，但效果十分有限，而且安装、检修的问题不能完全解决。

滚动轴承具有起动摩擦力小、磨耗少、润滑方便、工作温度范围广以及维护方便等一系列的优点，使用越来越广泛。包头钢铁集团公司带钢厂以承受大径向载荷的四列短圆柱滚子轴承替代滑动轴承取得了良好效果，下文以Φ600 mm轧机齿轮座轴承改制为例进行叙述。

1　滚动轴承选型

人字齿轮工作时的受力分析见图1。由于齿面间的摩擦力相对较小，图1中的分析忽略摩擦力的作用。与齿面垂直的法向咬合平面内的法向力Fn可分解为圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa。

式中：T为传递扭矩；d为齿轮分度圆直径；α为法面压力角；β为分度圆压力角。根据对人字齿轮的受力分析可知：人字齿轮所受的两个轴向力相互抵消，圆周力Ft和径向力 Fr的值随扭矩T增大而增大，主动轮与从动轮受到的径向力Fr方向分别指向齿轮中心。随着径向力Fr的增大，齿轮轴所受的径向力也增大。

根据轧机齿轮座轴承的使用工况及受力分析可知，轧机齿轮座轴承在工作时只承受较大的径向力，不承受轴向力。而四列圆柱滚子轴承的径向承载能力大，性能稳定，安装调试方便简单，并且由于轴承的内滚道是圆柱形的，可获得较高的加工精度，故决定选用四列圆柱滚子轴承作为轧机齿轮座轴承。

2 轴承的结构设计

我国在行业标准JB／T5389．1－2005中规定了轧机用四列圆柱滚子轴承的结构及技术条件，针对包头钢铁集团公司带钢厂Φ600mm机组的情况，选用FCDP型的四列圆柱滚子轴承结构。FCDP结构为二个内圈和带平挡圈的两个外圈。示意图及其模型见图2。

轧机齿轮座轴承改制主要是为了适应市场要求提高轧机速度。另外，轧机齿轮座轴承在工作中要承受一定的冲击载荷，考虑到轧机齿轮座轴承的工作状况，应选择表面渗碳、淬火后表面硬度很高，而心部硬度低，能承受冲击载荷的材料，此处选用G20Cr2Ni4A钢。四列圆柱滚子轴承的外形尺寸，主要依据齿轮座原有尺寸条件设计。因机组的齿轮轴磨损程度不同，在校核齿轮轴强度的前提下，可以依据齿轮轴和齿轮轴座孔的尺寸来确定滚动轴承的外形尺寸。

为***大限度提高承载能力，滚动体采用支柱焊接的空心滚子。由于齿轮座轴承工作过程中存在冲击载荷，意味着滚子在工作过程中要承受不同程度的边缘载荷。为了避免或减少这些边缘载荷影响，滚子应带凸度，在试制过程中采用素线为圆弧修正线的修形滚子。滚子截面形状见图3，凸度量由（4）、（5）和（6）式确定。