轉(zhuǎn)盤軸承損壞原因探討與改進對策

重慶大學(xué)　朱渝春

重慶機械電子技?！堄乐?/p>

1、轉(zhuǎn)盤軸承損壞現(xiàn)象

在汽車起重機、挖掘機等各類工程機械中，轉(zhuǎn)盤軸承是傳遞轉(zhuǎn)臺與底盤之間的軸向載荷、徑向載荷和傾翻力矩的重要部件。

在輕載工況時，它能正常工作，自如地旋轉(zhuǎn)。但在重載時，尤其是在Z大起重量及Z大幅度時，重物回轉(zhuǎn)困難，甚至根本不能回轉(zhuǎn)以致卡死。此時通常采取減小幅度、調(diào)整支腿或移動底盤位置等方法使車身傾斜，以幫助實現(xiàn)重物的回轉(zhuǎn)運動，完成預(yù)定的起重等作業(yè)。所以在檢修工作中往往會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤軸承滾道已嚴(yán)重損壞，內(nèi)座圈兩側(cè)和作業(yè)區(qū)前方下滾道產(chǎn)生沿滾道方向的環(huán)形裂紋，處座圈上滾道受力Z大區(qū)域發(fā)生壓陷，并在整個壓陷區(qū)產(chǎn)生徑向龜裂，其損壞狀態(tài)如圖1所示。

1.內(nèi)座圈；2.外座圈；3.滾柱

圖1 滾道損壞狀態(tài)圖

2、轉(zhuǎn)盤軸承損壞原因探討

（1）安全系數(shù)的影響

轉(zhuǎn)盤軸承經(jīng)常在低速大載荷工況下運轉(zhuǎn)，其承載能力一般可用靜容量表示，額定靜容量記為C0a。所謂靜容量是指滾道永久變形量δ達到3d0/10000時轉(zhuǎn)盤軸承的承載能力，d0為滾動體直徑。外載荷的組合一般都用當(dāng)量載荷Cd來表示。靜容量與當(dāng)量載荷之比稱為安全系數(shù)，記為fs，這是設(shè)計和選用轉(zhuǎn)盤軸承的主要依據(jù)。

當(dāng)采用校核滾柱與滾道間Z大接觸應(yīng)力的方法設(shè)計轉(zhuǎn)盤軸承時，取許用線接觸應(yīng)力〔σk線〕＝2.0～2.5×102kN/cm。目前，大多數(shù)廠家均根據(jù)外載荷的大小對轉(zhuǎn)盤軸承進行選型計算。據(jù)現(xiàn)有資料介紹，目前小噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承較之大噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承的接觸應(yīng)力要小，實際安全系數(shù)較高。而起重機噸位越大，則其轉(zhuǎn)盤軸承直徑越大，制造精度越低，其安全系數(shù)實際上反而較低，這就是大噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承比小噸位起重機轉(zhuǎn)盤軸承更容易損壞的根本原因。目前普遍認為，40t以上起重機的轉(zhuǎn)盤軸承，其線接觸應(yīng)力不應(yīng)超過2.0×102kN/cm，安全系數(shù)應(yīng)不小于1.10。

（2）轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)剛度的影響

轉(zhuǎn)盤軸承是傳遞轉(zhuǎn)臺與底盤間各種載荷的重要部件，其本身剛度并不大，主要依賴支承它的底盤和轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)剛度。從理論上講，轉(zhuǎn)臺的理想結(jié)構(gòu)為大剛度的圓筒狀，以便能讓轉(zhuǎn)臺所受的載荷均勻分布，但受整機高度限制不可能做到。對轉(zhuǎn)臺進行的有限元分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)盤軸承相連的底板變形較大，大偏載工況下更為嚴(yán)重，致使載荷集中作用在小部分滾子上，從而加大了單個滾子所受到的壓力；尤為嚴(yán)重的是轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的變形會改變滾子與滾道的接觸狀況，大大減少接觸長度并導(dǎo)致接觸應(yīng)力大幅增加。而目前廣泛采用的接觸應(yīng)力和靜容量的計算方法，都是以轉(zhuǎn)盤軸承均勻受力、且滾子有效接觸長度為滾子長度的80％為前提的。顯而易見，這種前提是不符合實際情況的。這也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤軸承易于損壞的另一個原因。

（３）熱處理狀態(tài)的影響

轉(zhuǎn)盤軸承本身的加工質(zhì)量受制造精度、軸向間隙和熱處理狀態(tài)的影響很大，這里容易忽略的因素是熱處理狀態(tài)的影響。顯然，要使?jié)L道表面不產(chǎn)生裂紋及壓陷，就要求滾道表面除具有足夠的硬度而外，還必須具有足夠的硬化層深度和心部硬度。據(jù)國外資料介紹，滾道硬化層深度應(yīng)隨滾動體的增大而加厚，Z深可超過6ｍｍ以上，心部硬度也應(yīng)較高，這樣滾道才會有較高的抗壓潰能力。所以轉(zhuǎn)盤軸承滾道表面淬硬層深度不足，心部硬度偏低，也是造成其損壞的原因之一。

3、改進對策

（1）通過有限元分析，適當(dāng)加大轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)盤軸承相連部位的板材厚度，以便提高轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)剛度。

（2）對大直徑轉(zhuǎn)盤軸承進行設(shè)計時，應(yīng)適當(dāng)加大安全系數(shù)；適當(dāng)增加滾子的數(shù)量也可以改善滾子與滾道的接觸狀況。

（3）提高轉(zhuǎn)盤軸承的制造精度，重點放在熱處理工藝上?？山档椭蓄l淬火速度，力求獲得較大的表面硬度和淬硬深度，防止?jié)L道表面出現(xiàn)淬火裂紋。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）