圓錐滾子軸承在單螺桿擠出機齒輪箱上的應用

邱 林

（寧夏青龍塑料管材有限公司，寧夏銀川 750002）

0 引言

專門生產聚烯烴塑料管材的單螺桿擠出機的齒輪箱，因為軸承選用不當，導致齒輪箱運行過程中頻繁出現齒輪損壞、軸承損壞等一系列齒輪箱故障，同時造成維修量和維修費用增加，針對這一技術問題進行改進。

1 技術改造背景

單螺桿擠出機廣泛應用于橡膠塑料行業，其性能對產品的質量影響極為重要。齒輪箱作為單螺桿擠出機設備的動力傳動部件，起著至關重要的作用，其質量的優劣和效率的高低直接決定了整套設備的性能。因其安裝空間的布置，要求齒輪箱的外形很小，集成度更高（圖1）。

單螺桿擠出機的齒輪箱把齒輪套和速比齒輪集成到齒輪箱內部，降低了制造加工和熱處理工藝的難度，提高了齒輪精度和傳動效率，不易損壞，增加了設備的整體使用壽命。軸承的選型是影響齒輪精度、傳動效率和設備整體使用壽命的關鍵因素。某公司使用的一臺擠出機的齒輪箱，因為上述因素導致齒輪箱運行過程中頻繁出現齒輪損壞、軸承損壞等一系列齒輪箱故障。以下為維修改造前的具體情況。

PE 管材單螺桿擠出機，型號90/33∶1，采用杭州威力機械有限公司圓柱齒輪減速器，型號ZLYJ315-W，減速比12.5∶1。該齒輪箱輸入齒軸使用22222 型調心滾子軸承2 盤，中齒軸使用22230 型調心滾子軸承2 盤（圖2）。使用此軸承對齒輪箱的加工精度和裝配精度要求非常高，由于該在用齒輪箱精度沒有達到要求，在使用過程中強行配置了調心軸承，結果造成軸向、徑向定位困難，間隙大無法消除，齒輪箱運行噪聲及振動大，溫度高，箱體溫度測量超過100 ℃。齒輪箱軸承、齒輪運行不足3 個月就損壞，故障率高，影響生產，并且維修成本高，每年維修費用在1 萬元以上，公司計劃新采購一個齒輪箱進行改造更換，但是投資成本高。

2 圓錐滾子軸承的應用分析

針對上述技術難題進行了研究，采取的維修改造技術方案是：更換成一種安裝尺寸相同，精度高，間隙小，易調整的軸承，擬采用單列圓錐滾子軸承分別替換原有調心滾子軸承（圖3）。

2.1 圓錐滾子軸結構特點

圓錐滾子軸承是分離型軸承，其類型代號為30000。當圓錐滾子軸承的重要尺寸均處于 GB/T 307.1—1994《滾動軸承向心軸承公差》范圍內時，圓錐滾子軸承外圈和內組件具備良好的互換性。圓錐滾子軸承外圈的角度、外滾道直徑尺寸和外形尺寸均已經實現標準化，單列圓錐滾子軸承是目前應用最廣泛的圓錐滾子軸承。

單列圓錐滾子軸承主要由外圈和內圈組件組成，內圈組件由內圈和框型保持架包裹的一組錐形滾子構成。根據ISO 圓錐滾子軸承外形尺寸標準的規定，任一標準型號的不同圓錐滾子軸承的外圈和內圈組件必須滿足互換性要求。即同型號圓錐滾子軸承的外圈尺寸、內圈組件的錐體直徑和圓錐角等必須滿足ISO 492（GB/T 307）中互換性的相關規定。

一般而言，單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角大小為10°～19°，能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷。單列圓錐滾子軸承承受軸向載荷的能力隨圓錐角的增加而變大。圓錐角大小在25°～29°的圓錐滾子軸承，具備承受較大軸向載荷的能力，其后置代號加B 表示。

圖1 單螺桿擠出機專用齒輪箱

圖2 調心滾子軸承

圖3 圓錐滾子軸承

2.2 圓錐滾子軸承的用途

圓錐滾子軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，主要承受徑向載荷。圓錐滾子軸承承受軸向載荷的能力由外圈的圓錐角決定，圓錐角越大，其承受軸向載荷的能力越大。單列圓錐滾子軸承游隙需用戶在安裝時調整。

圓錐滾子軸承的轉子安裝在圓錐形的內圈和外圈滾道之間。內圈上圓錐表面的投影線交匯在軸承軸線的同一點。這種設計是圓錐滾子軸承能夠同時承受徑向載荷和軸向載荷的根本原因。軸承的接觸角α 直接決定了軸承承受軸向載荷的能力，α 角度越大，軸承承載軸向載荷的能力增大。圓錐滾子軸承的接觸角α 通常采用計算系數e 表示，e 值越大，表示接觸角α 越大，軸承可以承受的軸向載荷越大。

2.3 圓錐滾子軸的安裝注意事項

在安裝單列圓錐滾子軸承的過程中可以根據實際需要調整軸向游隙的大小。一般情況下，通過調整軸頸上的調整螺母、調整墊片和軸承座孔內的螺紋，調整軸向游隙，有時也可以使用預緊彈簧調整。影響圓錐滾子軸承軸向游隙的因素有很多，其中軸承安裝布置、軸承間距離、軸和軸承座的材料等，是比較關鍵的因素。

針對單螺桿擠出齒輪箱工況，圓錐滾子軸承在使用過程中會承受較高的載荷和轉速，因此在調整軸承的軸向游隙時，必須考慮高載荷、高轉速導致油溫升高，而對游隙產生的影響。在調整軸向游隙時，將游隙適度調大一點，補償后期油溫升高導致的游隙減小量。在調整完畢后，必須使用千分表檢驗軸向游隙大小是否在預期調整范圍內。

3 結論

經過查閱相關技術資料進行理論分析和召開技術討論會，選用圓錐滾子軸承32222 和32230 分別替換原有22222 和22230 型調心滾子軸承，消除了軸向間隙及徑向跳動（圖4）。跟蹤實際使用效果，經過測量箱體表面溫度降低到70 ℃左右，減速器運行穩定，噪聲、振動大的問題得到解決，符合安全環保要求，節約了原計劃新采購齒輪箱的5 萬元資金，同時提高了齒輪箱運轉速度及運轉率，提高了生產效率。本維修改造技術方案通過多次實際運行試驗，被本公司認可和表揚。

圖4 圓錐滾子軸承