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反观输入轴的固定端

更新时间:2019-03-10 02:35

  

  中国机械工业联合会机经网发布时间:2010-11-05 15:25:08 来源:铁姆肯公司

  刮板输送机是煤矿、化学矿山、金属矿山及电厂等用来输送物料的重要运输工具。从技术上说,它是一种挠性牵引的连续运输机械,具有机身低,长短调整方便,移置容易,机身坚固等特点。特别在矿用场合,由于地下采煤的环境恶劣、粉尘杂质多、维修不易,因此设备的可靠性显得尤为重要。作为动力传输部分的减速机,是否能维持正常工作状态,将直接影响到整机的工作效率。

  本文就减速机输入轴的轴承选型方案进行对比。以下是两种方案布局,下文分析中将进行具体阐述。

  对于矿用刮板减速机的输入轴,如图1所示的轴承布局是一种常见形式。在输入轴的左端采用圆柱滚子轴承和四点角接触球轴承,作为固定端使用。一方面,四点角接触球轴承具有一定的双向轴向承载能力,能起到对轴固定和限位的作用;另一方面,圆柱滚子轴承有很好的径向承载能力。通过这两个轴承的组合,能实现固定端的复合(径向和轴向)承载能力。如图2所示的方案则采用了双列圆锥滚子轴承作为固定端,同时提高了轴向和径向的复合承载能力。而另一端,即轴的浮动端,从图1可以看出采用了调心滚子轴承,除了该类型轴承有一定的复合承载能力,轴承的自调心特点是一个重要因素。由于调心滚子轴承靠近伞齿轮的啮合点,方便了安装过程。图2的浮动端利用圆柱滚子轴承的良好浮动特性,安装也很方便。下面让我们就以上方案的特点进行进一步的对比。

  浮动端的作用在于补偿热膨胀。由于轴和轴承座的材质及温升不一样,这会造成两者不同的轴向膨胀量,而多余的膨胀量所产生的力直接作用在轴承上。如果,轴承无法在轴承座内浮动,那么热膨胀力将可能造成轴承抱死。对于上图1这样一个应用情况,因为输入轴的转速较高,且内圈与载荷之间有相对转动,所以内圈必须采用紧配合,以防止内圈和轴之间产生蠕动;而外圈和和轴承座孔采用松配合,使轴承可以向右侧浮动。

  然而,由于减速机的壳体是剖分式的,如果上下壳体的轴承座孔圆度控制不当,组装后就会将轴承外圈卡住,使其不能浮动。其结果就是,轴承的一列受轴向力与径向力(如图3右侧),而另一列(如图3左侧)不承受力或者承受很小的径向力。输入轴的速度对于调心轴承来说已经属于高速,对于同时承受轴向力和径向力的一侧,滚子会有比较大的偏斜,从而对保持架的架梁产生挤压和冲击,造成保持架过早损坏。此外,由于这种偏斜作用,将产生更多的滑动摩擦,这会使滚动体和滚道之间摩损加剧,发热量增多。

  相比之下,圆柱滚子轴承会比调心滚子轴承更适合浮动端的使用(如图2右侧所示)。图4所示为NU型圆柱滚子轴承。从内部结构来看,外圈两侧挡边的作用是对滚动体的轴向定位,而内圈没有挡边,因此可在轴向力的作用下浮动。所以即使减速机壳体卡住轴承外圈,热膨胀量仍旧可以被释放。虽然圆柱滚子轴承不具有调心的作用,但因此却提高了轴的刚性,对保证伞齿轮正确啮合是有好处的。

  反观输入轴的固定端,除了图1这样的轴承选型,也可考虑使用双列圆锥滚子轴承(如图2左侧所示)。采用这种类型轴承,有两个优点。

  第一、 更好的承载能力。对圆锥滚子轴承而言,其滚动体和滚道之间为线接触;而四点角接触球轴承的滚动体和滚道之间,是点接触。因此,当有力作用于前者时,力的作用分布在一条线上;而对后者来说,力是集中在一点上。这种设计上的特点,使圆锥滚子轴承比四点角接触球轴承有更好的承载能力。随着刮板输送机的发展,装机功率也越来越大,采用圆锥滚子轴承将更好地应付高载荷,同时也有利于提高轴的刚性。考虑到轴承与轴采用紧配合,双内圈圆锥滚子轴承在安装过程中会更方便,而双外圈圆锥滚子轴承对输入轴的刚性会更好。

  第二、更有效地应对冲击载荷。对刮板机而言,其受力的变化以及冲击载荷的存在,对轴承的性能是个重大考验。标准的球轴承和圆柱滚子轴承均采用高碳钢作为原料,经全淬透热处理后,其硬度由表及里都达到了HRC58~64。然而,这样的质地也会比较脆,当遇到较大的冲击载荷时,容易产生裂纹,造成轴承损坏。而对于标准的圆锥滚子轴承,在市场上有一些品牌如铁姆肯公司(Timken®)的产品,以低碳钢为原材料,采用表面渗碳的热处理工艺。其轴承的特点是表面坚硬(HRC58~64)耐磨,而心部柔软(HRC30~35),能减缓所受的冲击载荷。此外,这种渗碳的热处理方式会在轴承表面产生一种压应力,能抑制裂纹的扩展,延长轴承的使用寿命。

  本文主要是针对刮板减速机输入轴的不同轴承选型方案作了阐述,希望通过这样的对比,能够帮助更多的设计者和用户更好地选择和使用轴承,减少停机时间,提高生产效率,延长轴承的工作寿命。

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