回轉支承承載能力的探析與提高

劉曙暉

（馬鞍山方圓精密機械有限公司，安徽 馬鞍山 243041）

回轉支承有兩種失效方法，首先是平常占絕大多數的滾道損壞，其次是出現斷齒的情況，所以滾道的質量，在回轉支承的質量中占著重要的關鍵地位。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支承滾道的關鍵性因素，而且還決定回轉支承的承載能力與使用壽命。所以明確有可能影響回轉支承失效的原因，并且提出提升回轉支承的方法，對于提高工作的效率有很大的推進作用[1]。

1 影響回轉支承能力的因素

1.1 滾道的硬度

如果以HRC55的額定靜容量當成1，那么滾道的硬度與額定靜容量的關系如表1。

表1 滾道硬度分析

行業標準的最低硬度是HRC55，一般情況下，滾道淬火硬度大約在HRC58。所以，大部分回轉支承的承載能力都比HRC55要高。從上表中可以看到當硬度低于HRC55的小時，使用起來就完全不安全了，甚至極度的危險。當滾道的硬度不夠高的時候，就可能會發生回轉支承失效的情況，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備來確保的，重要的淬硬層深度能夠確保滾道不會出現剝落等等的情況?；剞D支承在承受外載荷的時候，滾道與鋼球就會由點接觸成為了面接觸，他就成為了一個長半軸為A，短半軸為B的橢圓。滾道不但受壓應力，還受剪切應力。剪切應力最大的是在0.48A區域處，所以淬硬層的深度必須要大于0.48A。并不是依據回轉支承的直徑，而是根據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，也會給回轉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，那么回轉支承就會產生滾道剝落的情況。

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。當兩個半徑的比值越來越大的時候額定的靜容量會越來越小，這也會縮短使用的壽命。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，回轉支承的承載能力與使用壽命仍然不達標。而這一點卻常常被忽略，但是這確實是影響回轉支承性能的關鍵。滾道的曲面是由成型的砂輪進行磨削，對砂輪進行修磨的時候有多個誤差的來源：半徑對刀、下圓弧偏心距、修正筆回轉，前面兩個都是和裝備相關的，主要由操作工人的責任感決定，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和球心進行連線與回轉支承水平面的角度。通常把接觸角取45°成為原始的接觸角，這是滾道在設計、計算與測量的時候的角度。在回轉支承的軸、徑向的間隙為零的時候，理論的接觸角與實際的接觸角相同。當回轉支承有間隙的時候，實際的角度就要比理論的角度大，并且間隙越大，角度也會越大，在標準的空間范圍內，通常會提高五度左右，就是實際角度會達到50°左右，這對承載能力也是一個好的改變，但是如果實際的角度與間隙都比較大，實際角度就會大于60°。如果滾道發生磨損，間隙還會增大，角度也會增大，就會出現“邊緣”受載，這也是很危險的。

2 回轉支承能力提高對策分析

2.1 提高回轉支承的剛性

設計回轉支承，主要應考慮支承的承載能力、經濟性等方面的要求。回轉支承的重要特點是截面尺寸相對于滾道中心直徑是很小的，象一個薄壁件，故軸向抗彎能力極小。安裝時，在螺栓作用下，支承會隨安裝平面不平而變形；受載時，在翹曲變形處會引起支承滾道局部卡緊，出現集中（尖峰）負荷，影響支承回轉，降低使用壽命，甚至會引起事故。那么，對于提高回轉支承和安裝平臺的剛性有著極大的影響。還可以使用支承預緊法來提升剛性。進行預緊的時候，要一直測量他的變化情況，要注意在變形的低谷時期，變形隨著預緊的提升不是線性關系，在高數值的階段，變形隨著重量的增加是線性的。如果變形出現了線性關系就要馬上停止，在這個時候已經可以獲得一定的剛度。

2.2 優化滾道的結構

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，變成一個橢圓形的進行代替。橢圓的長軸在徑向的方向，短軸在軸向方向。r是滾球的半徑，R是滾球圓弧的半徑。對橢圓滾道進行結構上的優化，能夠提升回轉支承承載能力?？梢园褭E圓滾道45°的角度兩邊的滾道進行互換，在內側發揮改善情況的區域，轉換到外側來發揮作用，以此來提高滾道的承載能力。要把45°兩側滾道的位置交換，只需要把橢圓滾道的長軸與短軸交換，就是把長軸放在回轉支承軸向方向短軸放在徑向的方向，長短軸進行互換之后，上下橢圓的滾道中心而不同心，上下滾道都是一個橢圓。

2.3 選擇適宜滾圈材料

回轉支承中滾圈所使用的材料，在選擇時要考慮幾方面的因素，首先是根據設計和實際使用情況，對于承受一般符合的汽車起重機、挖掘機等的回轉支承，其齒圈和滾圈的材料的抗拉強度應不低于637MPa，韌性不低于49J/cm2，滾道淬硬層不小于HRC55；對于承受重負荷的回轉支承，其齒面和滾圈材料的抗拉強度應不低于785MPa，韌性不低于49J/cm2，滾道淬硬層不小于HRC58-62,；對于對于承受輕負荷的回轉支承，其滾圈材料的強度可選小一些。回轉支承運轉的時候滾道與滾球所產生的接觸應力非常高，中心的應力通常會達到4000MPa。因此滾道的表面要具有高強度的接觸硬度。此外回轉支承在運轉的時候滾道上的每一處都要經受交變的應力，通常要滾道上的每處經歷十的七次方以上的作用，如果滾道出現剝落等情況，可能會使機器進行出現長時間的故障。因此回轉支承套圈的材料，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。滾道上最大應力的地方在滾道地表面之下，再往下還有深度的高應力區?，F如今，在國內外回轉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候，50Mn的能力與50鋼相似，但是淬透性要比他好，進行熱處理之后的強度也高于50鋼。

2.4 潤滑滾動體

潤滑對于回轉支承的壽命、摩擦磨損與振動有著很大的影響，如果沒有好的潤滑那么回轉支承就無法進行工作，通過調查回轉支承損壞的原因顯示，大約40%的回轉支承損壞，都是潤滑不好導致的，所以對回轉支承進行良好的潤滑，是減少摩擦與損壞的有效辦法?；剞D支承的潤滑設計有：合適的潤滑方法、選擇好的潤滑劑、潤滑劑的用量以及換油的時長?；剞D支承潤滑一般有油潤滑、脂潤滑與固體潤滑幾類。通常情況下，采用的是脂潤滑。當回轉支承在高速的條件下運轉的時候，必須要使用稀油潤滑，經常使用的潤滑油包括機械油、汽輪機油、變壓器油等等，在使用稀油進行潤滑的時候，潤滑油的粘度是決定潤滑油膜的好壞的。為了能夠形成好的潤滑油膜，機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，回轉支承有高轉速的時候使用低粘度的潤滑油；在低速重載的時候使用高粘度的潤滑脂。

3 結語

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