摘  要 ：軋機齒輪座軸承原采用剖分式澆鑄軸承合金的滑動軸承，為適應(yīng)市場要求將軋機速度提高后，齒輪座嚴(yán)重發(fā)熱、滑動軸承燒損事故時有發(fā)生，只能以中低速維持生產(chǎn)。另外，滑動軸承在更換的時候，需要重新修磨齒輪軸，更換周期一般在15天左右，對于生產(chǎn)非常不利。Φ600 mm軋機齒輪座軸承由滑動軸承改為四列圓柱滾子軸承后，生產(chǎn)效率大大提高，更換周期縮短，并且一年大修未發(fā)現(xiàn)滾動軸承破壞。

關(guān)鍵詞 ：四列圓柱滾子軸承；齒輪座軸承；滑動軸承；設(shè)計

滑動軸承具有工作平穩(wěn)、無噪聲、徑向尺寸小、耐沖擊和承載能力大等特點，因而原齒輪座軸承廣泛采用剖分式澆鑄軸承合金的滑動軸承。但滑動軸承在使用安裝的過程中，精度要求（尤其是水平精度）高，即齒輪軸兩端必須在一條水平線上，否則會由于傳動軸傾斜而改變軸頸與軸承的接觸間隙從而破壞油膜的形成。兩端的軸瓦安裝要求苛刻，費時費力。齒輪座軸承要求工作溫度小于60℃ ，當(dāng)軋制速度提高后，摩擦功耗加大導(dǎo)致軸承發(fā)熱繼而損壞的現(xiàn)象非常突出。此外，安裝檢修一次齒輪座需15天左右，勞動強度大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)時間。

國內(nèi)眾多研究機構(gòu)和使用廠家對軋機齒輪座軸承發(fā)熱問題都做了廣泛的研究[1~5]，分析表明：齒輪座軸承發(fā)熱主要是由于使用場合的特點、使用條件的變化和滑動軸承的固有弱點所致。改善潤滑條件、添加減磨劑等雖然能在一定程度上減少發(fā)熱，但效果十分有限，而且安裝、檢修的問題不能完全解決。

滾動軸承具有起動摩擦力小、磨耗少、潤滑方便、工作溫度范圍廣以及維護方便等一系列的優(yōu)點，使用越來越廣泛。包頭鋼鐵集團公司帶鋼廠以承受大徑向載荷的四列短圓柱滾子軸承替代滑動軸承取得了良好效果，下文以Φ600 mm軋機齒輪座軸承改制為例進行敘述。

1　滾動軸承選型

人字齒輪工作時的受力分析見圖1。由于齒面間的摩擦力相對較小，圖1中的分析忽略摩擦力的作用。與齒面垂直的法向咬合平面內(nèi)的法向力Fn可分解為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。

式中：T為傳遞扭矩；d為齒輪分度圓直徑；α為法面壓力角；β為分度圓壓力角。根據(jù)對人字齒輪的受力分析可知：人字齒輪所受的兩個軸向力相互抵消，圓周力Ft和徑向力 Fr的值隨扭矩T增大而增大，主動輪與從動輪受到的徑向力Fr方向分別指向齒輪中心。隨著徑向力Fr的增大，齒輪軸所受的徑向力也增大。

根據(jù)軋機齒輪座軸承的使用工況及受力分析可知，軋機齒輪座軸承在工作時只承受較大的徑向力，不承受軸向力。而四列圓柱滾子軸承的徑向承載能力大，性能穩(wěn)定，安裝調(diào)試方便簡單，并且由于軸承的內(nèi)滾道是圓柱形的，可獲得較高的加工精度，故決定選用四列圓柱滾子軸承作為軋機齒輪座軸承。

2  軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T5389．1－2005中規(guī)定了軋機用四列圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件，針對包頭鋼鐵集團公司帶鋼廠Φ600mm機組的情況，選用FCDP型的四列圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)。FCDP結(jié)構(gòu)為二個內(nèi)圈和帶平擋圈的兩個外圈。示意圖及其模型見圖2。

軋機齒輪座軸承改制主要是為了適應(yīng)市場要求提高軋機速度。另外，軋機齒輪座軸承在工作中要承受一定的沖擊載荷，考慮到軋機齒輪座軸承的工作狀況，應(yīng)選擇表面滲碳、淬火后表面硬度很高，而心部硬度低，能承受沖擊載荷的材料，此處選用G20Cr2Ni4A鋼。四列圓柱滾子軸承的外形尺寸，主要依據(jù)齒輪座原有尺寸條件設(shè)計。因機組的齒輪軸磨損程度不同，在校核齒輪軸強度的前提下，可以依據(jù)齒輪軸和齒輪軸座孔的尺寸來確定滾動軸承的外形尺寸。

為***大限度提高承載能力，滾動體采用支柱焊接的空心滾子。由于齒輪座軸承工作過程中存在沖擊載荷，意味著滾子在工作過程中要承受不同程度的邊緣載荷。為了避免或減少這些邊緣載荷影響，滾子應(yīng)帶凸度，在試制過程中采用素線為圓弧修正線的修形滾子。滾子截面形狀見圖3，凸度量由（4）、（5）和（6）式確定。

式中：W指滾子載荷，在軸承中一般取***大滾動體載荷來計算；δ為滾子凸度值，Lw為滾子長度；t為修整圓弧長；Rc為修整圓弧半徑；t1為倒角長。

軸承原始游隙范圍選用3組以上游隙；軸頸與軸承內(nèi)圈的配合為過盈配合，軸頸的公差為P6。軸承座孔與軸承外圈的配合為間隙配合，軸承座孔的公差為G7。在加工過程中，還需要考慮到軸與座孔材料的膨脹系數(shù)差異，在不同的溫度下控制配合公差，以滿足滾動軸承的安裝配合要求。

3  試用情況

將試制的四列圓柱滾子軸承安裝在Φ600mm機組上，提高了軋制速度，連續(xù)生產(chǎn)也未發(fā)現(xiàn)軸承座有發(fā)熱現(xiàn)象，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，一年后主機大修時仍未發(fā)現(xiàn)軸承損壞，且軸承的安裝、更換方便，將原檢修時間縮短了3～5天，節(jié)約了改造時間；同時還可以將原有的機座和齒輪軸合理利用，節(jié)省費用。

參考文獻：

［1 袁偉民，王海宏，陳　磊．圓柱滾子軋機軸承的改進［J］．軸承，2001 （8）：8－9．

［2］周鳳星，程耕國．軋機軸承、齒輪箱的故障診斷技術(shù)［J］．機電工程技術(shù)，2003，32（4）：69－71． 

［3］劉建志，彭政華，胡逢波．高速線材軋機軸承及其應(yīng)用［J］．軸承，2001 （11 ）：13－14． 

［4］張少忠，曾國俊．線材軋機軸承故障分析處理［J］．南方鋼鐵，1999，111 （12）：9－14．

［5］肖景順．軋機軸承失效原因分析及對策［J］．河北冶金，1999，32（1 ）：48－50．