回轉(zhuǎn)支承承載能力的探析與提高

劉曙暉

（馬鞍山方圓精密機(jī)械有限公司，安徽 馬鞍山 243041）

回轉(zhuǎn)支承有兩種失效方法，首先是平常占絕大多數(shù)的滾道損壞，其次是出現(xiàn)斷齒的情況，所以滾道的質(zhì)量，在回轉(zhuǎn)支承的質(zhì)量中占著重要的關(guān)鍵地位。滾道淬火硬度、淬硬層的深度、曲率半徑與接觸角都能夠成為影響回轉(zhuǎn)支承滾道的關(guān)鍵性因素，而且還決定回轉(zhuǎn)支承的承載能力與使用壽命。所以明確有可能影響回轉(zhuǎn)支承失效的原因，并且提出提升回轉(zhuǎn)支承的方法，對(duì)于提高工作的效率有很大的推進(jìn)作用[1]。

1 影響回轉(zhuǎn)支承能力的因素

1.1 滾道的硬度

如果以HRC55的額定靜容量當(dāng)成1，那么滾道的硬度與額定靜容量的關(guān)系如表1。

表1 滾道硬度分析

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的最低硬度是HRC55，一般情況下，滾道淬火硬度大約在HRC58。所以，大部分回轉(zhuǎn)支承的承載能力都比HRC55要高。從上表中可以看到當(dāng)硬度低于HRC55的小時(shí)，使用起來就完全不安全了，甚至極度的危險(xiǎn)。當(dāng)滾道的硬度不夠高的時(shí)候，就可能會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)支承失效的情況，甚至是滾道坍塌。

1.2 滾道淬硬層的深度

滾道淬硬深度主要是依靠熱處理工藝和設(shè)備來確保的，重要的淬硬層深度能夠確保滾道不會(huì)出現(xiàn)剝落等等的情況?；剞D(zhuǎn)支承在承受外載荷的時(shí)候，滾道與鋼球就會(huì)由點(diǎn)接觸成為了面接觸，他就成為了一個(gè)長(zhǎng)半軸為A，短半軸為B的橢圓。滾道不但受壓應(yīng)力，還受剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力最大的是在0.48A區(qū)域處，所以淬硬層的深度必須要大于0.48A。并不是依據(jù)回轉(zhuǎn)支承的直徑，而是根據(jù)鋼球的直徑來決定淬硬層深度的，并且還有最小值，如果深度不夠的話，也會(huì)給回轉(zhuǎn)支承的承載能力帶來影響。例如把5mm的淬硬層深度，僅僅淬到3mm，那么回轉(zhuǎn)支承就會(huì)產(chǎn)生滾道剝落的情況。

1.3 滾道曲率半徑

滾道的曲率半徑，指的是滾道在垂直剖面里面的曲率半徑?；剞D(zhuǎn)支承的額定靜容量與壽命也受到滾道的曲率半徑與鋼球半徑的比值。當(dāng)兩個(gè)半徑的比值越來越大的時(shí)候額定的靜容量會(huì)越來越小，這也會(huì)縮短使用的壽命。如果滾道熱處理的硬度與淬硬層的深度都符合要求,但是無法管控這兩半徑的比值，回轉(zhuǎn)支承的承載能力與使用壽命仍然不達(dá)標(biāo)。而這一點(diǎn)卻常常被忽略，但是這確實(shí)是影響回轉(zhuǎn)支承性能的關(guān)鍵。滾道的曲面是由成型的砂輪進(jìn)行磨削，對(duì)砂輪進(jìn)行修磨的時(shí)候有多個(gè)誤差的來源：半徑對(duì)刀、下圓弧偏心距、修正筆回轉(zhuǎn)，前面兩個(gè)都是和裝備相關(guān)的，主要由操作工人的責(zé)任感決定，所以有著不確定性[2]。

1.4 滾道接觸角

滾道接觸角指的是鋼球與滾道上的接觸點(diǎn)和球心進(jìn)行連線與回轉(zhuǎn)支承水平面的角度。通常把接觸角取45°成為原始的接觸角，這是滾道在設(shè)計(jì)、計(jì)算與測(cè)量的時(shí)候的角度。在回轉(zhuǎn)支承的軸、徑向的間隙為零的時(shí)候，理論的接觸角與實(shí)際的接觸角相同。當(dāng)回轉(zhuǎn)支承有間隙的時(shí)候，實(shí)際的角度就要比理論的角度大，并且間隙越大，角度也會(huì)越大，在標(biāo)準(zhǔn)的空間范圍內(nèi)，通常會(huì)提高五度左右，就是實(shí)際角度會(huì)達(dá)到50°左右，這對(duì)承載能力也是一個(gè)好的改變，但是如果實(shí)際的角度與間隙都比較大，實(shí)際角度就會(huì)大于60°。如果滾道發(fā)生磨損，間隙還會(huì)增大，角度也會(huì)增大，就會(huì)出現(xiàn)“邊緣”受載，這也是很危險(xiǎn)的。

2 回轉(zhuǎn)支承能力提高對(duì)策分析

2.1 提高回轉(zhuǎn)支承的剛性

設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支承，主要應(yīng)考慮支承的承載能力、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求?；剞D(zhuǎn)支承的重要特點(diǎn)是截面尺寸相對(duì)于滾道中心直徑是很小的，象一個(gè)薄壁件，故軸向抗彎能力極小。安裝時(shí)，在螺栓作用下，支承會(huì)隨安裝平面不平而變形；受載時(shí)，在翹曲變形處會(huì)引起支承滾道局部卡緊，出現(xiàn)集中（尖峰）負(fù)荷，影響支承回轉(zhuǎn)，降低使用壽命，甚至?xí)鹗鹿?。那么，?duì)于提高回轉(zhuǎn)支承和安裝平臺(tái)的剛性有著極大的影響。還可以使用支承預(yù)緊法來提升剛性。進(jìn)行預(yù)緊的時(shí)候，要一直測(cè)量他的變化情況，要注意在變形的低谷時(shí)期，變形隨著預(yù)緊的提升不是線性關(guān)系，在高數(shù)值的階段，變形隨著重量的增加是線性的。如果變形出現(xiàn)了線性關(guān)系就要馬上停止，在這個(gè)時(shí)候已經(jīng)可以獲得一定的剛度。

2.2 優(yōu)化滾道的結(jié)構(gòu)

圖1 橢圓滾道

橢圓滾道如圖1，就是把滾道截面上本來是兩段圓弧的滾道，變成一個(gè)橢圓形的進(jìn)行代替。橢圓的長(zhǎng)軸在徑向的方向，短軸在軸向方向。r是滾球的半徑，R是滾球圓弧的半徑。對(duì)橢圓滾道進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，能夠提升回轉(zhuǎn)支承承載能力。可以把橢圓滾道45°的角度兩邊的滾道進(jìn)行互換，在內(nèi)側(cè)發(fā)揮改善情況的區(qū)域，轉(zhuǎn)換到外側(cè)來發(fā)揮作用，以此來提高滾道的承載能力。要把45°兩側(cè)滾道的位置交換，只需要把橢圓滾道的長(zhǎng)軸與短軸交換，就是把長(zhǎng)軸放在回轉(zhuǎn)支承軸向方向短軸放在徑向的方向，長(zhǎng)短軸進(jìn)行互換之后，上下橢圓的滾道中心而不同心，上下滾道都是一個(gè)橢圓。

2.3 選擇適宜滾圈材料

回轉(zhuǎn)支承中滾圈所使用的材料，在選擇時(shí)要考慮幾方面的因素，首先是根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際使用情況，對(duì)于承受一般符合的汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)等的回轉(zhuǎn)支承，其齒圈和滾圈的材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于637MPa，韌性不低于49J/cm2，滾道淬硬層不小于HRC55；對(duì)于承受重負(fù)荷的回轉(zhuǎn)支承，其齒面和滾圈材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于785MPa，韌性不低于49J/cm2，滾道淬硬層不小于HRC58-62,；對(duì)于對(duì)于承受輕負(fù)荷的回轉(zhuǎn)支承，其滾圈材料的強(qiáng)度可選小一些。回轉(zhuǎn)支承運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候滾道與滾球所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力非常高，中心的應(yīng)力通常會(huì)達(dá)到4000MPa。因此滾道的表面要具有高強(qiáng)度的接觸硬度。此外回轉(zhuǎn)支承在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候滾道上的每一處都要經(jīng)受交變的應(yīng)力，通常要滾道上的每處經(jīng)歷十的七次方以上的作用，如果滾道出現(xiàn)剝落等情況，可能會(huì)使機(jī)器進(jìn)行出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的故障。因此回轉(zhuǎn)支承套圈的材料，必須有著高度的耐磨性。滾圈的材料，還要有比較好的淬硬性與淬透性。滾道上最大應(yīng)力的地方在滾道地表面之下，再往下還有深度的高應(yīng)力區(qū)?，F(xiàn)如今，在國(guó)內(nèi)外回轉(zhuǎn)支承的滾圈材料主要使用的50Mn和42CrMo，42CrMo的淬透性比較好，在淬火之后也能達(dá)到需要的硬度，通常比較適合那些在淬火后還有高硬度與淬硬層深度的時(shí)候，50Mn的能力與50鋼相似，但是淬透性要比他好，進(jìn)行熱處理之后的強(qiáng)度也高于50鋼。

2.4 潤(rùn)滑滾動(dòng)體

潤(rùn)滑對(duì)于回轉(zhuǎn)支承的壽命、摩擦磨損與振動(dòng)有著很大的影響，如果沒有好的潤(rùn)滑那么回轉(zhuǎn)支承就無法進(jìn)行工作，通過調(diào)查回轉(zhuǎn)支承損壞的原因顯示，大約40%的回轉(zhuǎn)支承損壞，都是潤(rùn)滑不好導(dǎo)致的，所以對(duì)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，是減少摩擦與損壞的有效辦法?；剞D(zhuǎn)支承的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)有：合適的潤(rùn)滑方法、選擇好的潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑劑的用量以及換油的時(shí)長(zhǎng)?；剞D(zhuǎn)支承潤(rùn)滑一般有油潤(rùn)滑、脂潤(rùn)滑與固體潤(rùn)滑幾類。通常情況下，采用的是脂潤(rùn)滑。當(dāng)回轉(zhuǎn)支承在高速的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，必須要使用稀油潤(rùn)滑，經(jīng)常使用的潤(rùn)滑油包括機(jī)械油、汽輪機(jī)油、變壓器油等等，在使用稀油進(jìn)行潤(rùn)滑的時(shí)候，潤(rùn)滑油的粘度是決定潤(rùn)滑油膜的好壞的。為了能夠形成好的潤(rùn)滑油膜，機(jī)油的粘度必須要確保在最高溫度下也不喪失粘度。通常來說，回轉(zhuǎn)支承有高轉(zhuǎn)速的時(shí)候使用低粘度的潤(rùn)滑油；在低速重載的時(shí)候使用高粘度的潤(rùn)滑脂。

3 結(jié)語

在明確影響回轉(zhuǎn)支承承載能力的因素，并且有針對(duì)性的提出解決的措施對(duì)提升回轉(zhuǎn)支承承載的能力有著很大的積極影響，才能夠更好的推進(jìn)回轉(zhuǎn)支承的工作，提升工作效率與收益。