推力軸承式軸端鎖緊結構的研究

■濟鋼集團重工機械有限公司 （山東濟南 250101） 張文周

推力軸承式軸端鎖緊結構的研究

■濟鋼集團重工機械有限公司 （山東濟南 250101） 張文周

摘要：本文推薦了一種軸端鎖緊結構。運用推力軸承的殼體能夠相互平行旋轉的原理，在傳動件與鎖緊螺母之間增加了一套推力軸承，當傳動件松動時，推力軸承的旋轉可抵消傳動件與鎖緊螺母之間的相對摩擦力和轉矩。

機械結構中常規的鎖緊方式有摩擦鎖緊、鉚沖鎖緊以及機械鎖緊等幾種，在中等載荷及平穩工況下具有良好的鎖緊性能；但在重載和頻繁正、反向旋轉的工況下，常規方式的鎖緊力量明顯不足，如在冶金和礦山重型設備中，常規鎖緊方式在線壽命較短，在很大程度上增加了設備維修成本。

1. 重載下圓螺母鎖緊機構的失效機理

對于通過單鍵、雙鍵或花鍵方式安裝在軸端的傳動件，軸的末端常采用止動墊圈與圓螺母組合鎖緊。當重載工況下頻繁正、反向傳遞扭矩時，軸和傳動件上鍵槽的2個側面均承受循環載荷的擠壓，其寬度不斷變大，與之配合的鍵寬則有縮小的趨勢，造成軸與傳動件的配合間隙快速擴大，換向過程的沖擊力進一步加大并形成惡性循環，傳動件無法與軸同步旋轉，并沿著軸線方向及圓周方向發生竄動和旋轉，進而擠壓和摩擦較薄的止動墊圈，止動墊圈難以承受巨大摩擦和擠壓作用，很快被磨損掉或變形失效。

2. 推力軸承式軸端鎖緊的結構

針對重載和頻繁正、反向旋轉的工況，提出在傳動件和止動墊圈之間增加一套推力軸承的新型鎖緊結構，借助推力軸承的2個平行外殼可以旋轉的功能，用以抵消傳動件松動后對止動墊圈產生的巨大摩擦力，進而保護圓螺母不至于轉動和脫落，增強鎖緊的可靠性具體結構如附圖所示。

齒輪1為傳動件，與軸徑之間采用鍵聯接；在擋圈3的右側依次安裝止動墊圈5和圓螺母6。當傳動件發生松動時，必然對推力軸承的左側外殼產生摩擦和擠壓，由于推力軸承的2個外殼可以相互平行旋轉，因而右側外殼則會保持不動，這就保護了擋圈3、止動墊圈5和圓螺母6，圓螺母始終處于良好的鎖緊狀態而不會旋轉后退。

推力軸承式軸端鎖緊結構原理示意圖

3. 適用工況

本鎖緊結構特別適用于重載和頻繁正、反向旋轉工況下的鎖緊要求。例如鋼企的軋機機架輥、轉向輥等重型設備，不僅要承受鋼坯的重載沖擊，且頻繁正、反向旋轉，常態下振動劇烈。前期使用常規止動墊圈和圓螺母鎖緊軸承和內花鍵齒輪，實際結果是止動墊圈很快被擠碎，圓螺母脫落，軸端的大螺紋也因磨損變成“光桿”，導致設備的在線使用壽命很短，有時僅能維持10天左右的壽命。如想消除或減輕對止動墊圈和圓螺母的劇烈摩擦力，始終保持止動墊圈和圓螺母不磨損、不變形和不脫落，則上述結構為較理想的結構形式。

4. 突出優點與應用效果

（1）該鎖緊結構主要適用于承受重載、沖擊、頻繁正、反向旋轉工況下對軸端的鎖緊，如軋鋼生產線上的機架輥和轉向輥、礦山設備的破碎機主軸等。

（2）軋鋼生產線上的機架輥采用本結構后，在線壽命從原來的10天左右提高到2個月以上；石料破碎機主軸更換周期由原來的3個月提高到1年。解剖這些失效的傳動部位，發現均是鍵聯接處損壞，而止動墊圈和圓螺母完好無損。

參考文獻：

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[2]王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3]馮辛安.機械制造裝備設計[M].北京：機械工業出版社，2006.

收稿日期：（20141120）