軋機用長壽命推力圓柱滾子軸承設計

頓麗華

(瓦房店軸承集團有限責任公司工程中心，遼寧 瓦房店116300)

隨著國民經濟的快速發展，冶金行業也有著突飛猛進的進展。冶金業需要大量的軋機軸承。軋機軋輥軸承的工況非常惡劣，沖擊載荷大，大大地影響了主機及軸承使用壽命。研究、開發高速重載、長壽命的、運轉性能良好與之相適應的軋機軸承是當務之急。具有長壽命、防塵、預置游隙性能的推力圓柱滾子軸承82760ZW 是瓦軸集團自主開發研制的防塵雙向雙列推力圓柱軸承單元，應用于軋機軋輥上，隸屬于軋機軸承技術領域。

1 軸承的結構

以往的軋機用雙向推力圓柱滾子軸承采用2 個座圈、1 個中軸圈、2 排滾子和帶有螺釘的2 組保持架組成，軸承總裝圖見圖1。軸承沒有考慮防塵效果，軸承本身不帶軸向游隙，用戶自行調整游隙，每排滾子為一整體，在運轉時由于滾子兩端線速度不等，會造成滾子打滑現象，溫升提高，縮短軸承使用壽命。

82760ZW 雙列雙向推力圓柱滾子軸承的設計充分考慮了用戶的需求，對常規軸承進行了改進設計，避免了上述軸承的結構弊端。

82760ZW 雙列雙向推力圓柱滾子軸承由2 個座圈、1 個中軸圈、1 個中隔圈、2 個平擋圈、4 組滾子(每組52 個)、2 組螺釘(每組13 個)、2 組保持架組成。此軸承內徑φ300 mm，外徑φ460 mm，寬度為80 mm，可以承受兩個方向的軸向負荷，具有很好的防塵效果，可不用調整游隙。

82760ZW 軸承在產品結構設計上充分考慮軋機的高速、重載、高可靠性、長壽命及防塵要求，利用計算機優化設計，使滾子等主參數適宜，最大程度滿足載荷要求，使得軸承疲勞壽命更長。依據赫茲理論，滾子采用修緣曲線，減小了應力集中。每列滾子均為等長的兩部分，均勻排列在滾道上，目的是減小長滾子在滾道上的差動滑動，減小滑動摩擦，消除滾子打滑現象，改善了運轉條件。在中軸圈上下有兩個平擋圈，與座圈形成封閉空間，填有潤滑脂，起到防塵及潤滑作用。合理設計平檔圈與座圈間的間隙，以達到最佳防塵、預置游隙效果。在兩座圈間增加了中隔圈，調整軸向游隙，該軸承預先調整好了軸向游隙，安裝時不需要再調整游隙，形成合適的彈性油膜，增加承載能力。在中隔圈上設有油孔，以便定期補給油脂。座圈、中軸圈、滾子采用真空脫氣軸承鋼，提高了軸承額定動載荷，延長了軸承的額定壽命。保持架采用黃銅材料，銅架具有一定的強度和剛度，又具有良好的自潤滑性和耐磨性。對中隔圈進行磷化處理，起到防銹作用。軸承總裝圖見圖2。

2 軸承的主要參數設計及材料選擇

2.1 軸向游隙

考慮軸承的結構特點及使用條件，軸承的軸向游隙至關重要，取值為0.060 ～0.120 mm，即為軸向預游隙。這樣取值可避免軸承發熱和軸承受力良好。同時更好地增加軸承剛性，平素軸向游隙用戶自行調整，用戶經驗往往不足，游隙過大或過小。軸向游隙過小，會使軸承內部溫升過快，導致軸承失效。軸向游隙過大，不能形成正常油膜。出廠時該軸承預先調整好了軸向游隙，安裝時不需要再調整游隙，形成合適的彈性油膜，增加承載能力。

2.2 滾子直徑及長度的選取

在軸承整體結構合理的情況下，根據工況條件，在有效的空間范圍內，選用最合理的主參數，滾子直徑Dwe=(0.15 ～0.19)·T，T為裝配高。滾子長度L=KL·Dwe。KL取1～2.3。綜合考慮滾子尺寸確定為φ15×34 mm，把滾子分為兩段，滾子長取17 mm，即滾子尺寸為φ15 mm×17 mm。分為雙列。系數選取較大值，盡量增大滾子直徑及滾子長度，以及整套軸承的滾子數，使軸承具有最大的額定動載荷和額定靜載荷。同時根據赫茲彈性接觸理論，滾子母線采用了修緣曲線，減小了應力集中。提高了座圈、中軸圈和滾子三者的疲勞壽命，使得軸承疲勞壽命更長。

2.3 滾子個數的選取

考慮到保持架的強度及鉚釘位置及鉚釘孔的加工精度，取52 個滾子。

2.4 軸承材料的選取

軸承的座圈、中軸圈、滾子選用GCr15SiMn、GCr15真空脫氣軸承鋼。這種材料具有良好的接觸疲勞強度、較好的硬度、較高的耐磨性。采用真空脫氣軸承鋼，可提高軸承額定動載荷，延長軸承額定壽命。保持架采用黃銅材料，銅架具有一定的強度和剛度，又具有良好的自潤滑性和耐磨性。對中隔圈進行磷化處理，起到防銹作用。平擋圈與中隔圈采用45 號鋼，進行調質處理，提高其機械性能。

2.5 保持架蓋與座的連接

考慮到軸承僅承受軸向力，徑向力基本可以忽略不計，螺釘與保持架的連接沒有采用焊接技術，而是在裝配時將螺紋孔中的油清理干凈，螺釘擰緊后與保持架蓋用金屬膠粘結牢固，避免了保持架焊接受熱變形。保證了保持架精度的穩定性。

2.6 軸承旋轉性能及精度

為了適應軋機軸承高速重載性能要求，使軋機運轉更平穩，除提高軸承套圈精度外，要嚴格控制座圈及中軸圈的厚度變動量，減小軸承的軸向跳動，滿足軋機高速要求。同時為了提高鋼板軋制質量及精度，軸承精度采用P6 級。通過控制精度及端面跳動等技術指標，大大地提高了軋機軋制鋼板的精度及生產效率。

3 工藝加工要求

3.1 車加工要求

車加工工藝合理設計軸承的車加工留量、合理安排各工序，機床性能調整到最佳狀態，選擇合適的工藝參數。在生產加工過程中，嚴格執行工藝，在車加工時嚴格保證軸承零件的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，使各工序的加工工藝參數處在最佳狀態。

3.2 磨加工要求

在磨削過程中采用特殊工藝方法。采用往復循環加工工藝確保零件加工精度。且在粗磨之后采用附加回火工藝，以消除磨削應力，使產品具有良好的尺寸加工精度和穩定性，提高了零件的精度，并獲得較高的幾何精度及尺寸的穩定性，保證最終成品尺寸。

3.3 熱處理方面

我們采用了軸承行業最先進的氮基氣體保護淬火工藝，最大程度上減小變形量，從而壓縮了磨削留量。工藝中嚴格控制套圈硬度及內部組織。并采用附加回火工藝，消除粗磨時產生殘余應力，進一步穩定內部組織。

3.4 軸承裝配

為保證用戶對軸承高可靠性的要求，必須保證軸承的清潔度。因此，在裝配之前，用超聲波清洗機對軸承零件進行徹底清洗。并且100%進行探傷和殘磁檢驗，以確保裝配后的質量。裝配時對隔圈進行配磨，確保裝配后的軸向游隙。

4 產品應用

長壽命、防塵、預置游隙推力圓柱滾子軸承82760ZW，其滾子長度Lwe=17 mm×2 mm;直徑Dw=15 mm;每排Z=52 個滾子;回轉中心徑Dpw=380 mm;bm=1;fc=142.936 帶入公式Ca=bm fcLwe7/9Z3/4Dwe29/27。經計算額定動載荷為788×1 000 N=788 kN。用戶提供該軸承所受軸向載荷為P=230 kN，軸承轉速為n=200 r/min，要求軸承使用壽命為半年即可。經計算，該軸承額定疲勞使用壽命L10=1 000 000(Ca/P)10/3/n/60/24/30=1 000 000(788/230)10/3/230/60/24/30=6.1 個月，滿足用戶需要。由于考慮到防塵、預置游隙、及差動滑動理論等進行的優化設計。在用戶實際使用過程中，提供的10 套軸承在主機用戶中使用壽命達到8 個多月。長壽命、防塵、預置游隙推力圓柱滾子軸承82760ZW 軸承具有長壽命、可靠度高、預置游隙、防塵效果好等特點，實屬國內同行業首創，該軸承滿足了用戶的要求，值得推廣。

5 結語

該軸承研制的成功，帶動了其他軋機軸承的開發與研制。可推廣到其他軸承的防塵研制。該產品經用戶使用證明，質量穩定，剛度、精度性能指標滿足用戶要求，擴展了軸承的應用領域，市場前景看好。通過新產品鑒定達到了國內先進水平。我們將以全新的技術應用于產品，回報給用戶，增強公司在國內乃至世界的市場競爭力和影響力。