矿用刮板机齿轮箱输入轴的轴承选型方案比较

铁姆肯公司

　　矿用刮板机是煤矿作业用来输送物料的重要运输工具。由于地下采煤具有环境恶劣、粉尘杂质多和维修不易等特点，设备的可靠性显得尤为重要。作为动力传输部分的齿轮箱是否能维持正常工作状态，将直接影响到整机的工作效率，本文将就齿轮箱输入轴的两种轴承选型方案进行对比。

　　1　输入轴的轴承布局

　　图1所示的轴承布局对于矿用刮板机齿轮箱的输入轴来说是一种常见形式。在输入轴的左端采用圆柱滚子轴承和四点角接触球轴承作为固定端使用。一方面，四点角接触球轴承具有一定的双向轴向承载能力，能起到对轴固定和限位的作用；另一方面，圆柱滚子轴承有很好的径向承载能力。通过这两个轴承的组合，能实现固定端的复合（径向和轴向）承载能力。图2所示的方案则采用了双列圆锥滚子轴承作为固定端，同时提高了轴向和径向的复合承载能力。而在轴的浮动端，图1采用了调心滚子轴承，该类型轴承有一定的复合承载能力，轴承的自调心特点也是一个重要因素。由于调心滚子轴承靠近伞齿轮的啮合点，还方便了安装过程。图2的浮动端利用了圆柱滚子轴承的良好浮动特性，安装也很方便。

　　从以上分析可以看出，两种布局方案各有优势。下文将针对两个方案的特点进行进一步的对比。

　　2　浮动端的轴承选型
　　浮动端的作用在于补偿热膨胀。由于轴和轴承座的材质及温升不一样，这会造成两者不同的轴向膨胀量，而多余的膨胀量所产生的力直接作用在轴承上。如果轴承无法在轴承座内浮动，那么热膨胀力将可能造成轴承抱死。对于上图1所示的应用情况，因为输入轴的转速较高，且内圈与载荷之间有相对转动，所以内圈必须采用紧配合，以防止内圈和轴之间产生蠕动；而外圈和轴承座孔采用松配合，使轴承可以向右侧浮动。

　　然而，由于齿轮箱的壳体是剖分式的，如果上下壳体的轴承座孔圆度控制不当，组装后就会将轴承外圈卡住，使其不能浮动。这就会导致调心轴承的一列受轴向力与径向力（如图3右侧），而另一列（如图3左侧）不承受力或者承受很小的径向力，两侧的承载区都相应地发生变化。带来的问题是，对于不受力或承载很小的那一侧，滚动体容易出现打滑现象，而且由于调心滚动体自身的形状特点造成对保持架更多的冲击。此外，因为轴转速较高，所以滚动体在进出承载区的冲击频率也会相应较高。所有这些因素Z终结果是导致保持架过早损坏，轴承因此报废，机器停产。

　　相比之下，圆柱滚子轴承会比调心滚子轴承更适合浮动端的使用（如图2右侧所示）。图4所示的NU型圆柱滚子轴承从内部结构来看，外圈两侧挡边的作用是对滚动体的轴向定位；而内圈没有挡边，因此可在轴向力的作用下浮动。故即使齿轮箱壳体卡住轴承外圈，热膨胀量仍旧可以被释放，承载区和保持架也不受影响。虽然圆柱滚子轴承不具有调心的作用，但因此却提高了轴的刚性，对保证伞齿轮正确啮合是有好处的。

　　3　固定端的轴承选型
　　反观输入轴的固定端，除了图1这样的轴承选型，也可考虑使用双列圆锥滚子轴承（图2左侧所示）。采用这种类型轴承有两个优点。

　　、更好的承载能力。对圆锥滚子轴承而言，其滚动体和滚道之间为线接触；而四点角接触球轴承的滚动体和滚道之间是点接触。因此，当有力作用于前者时，力的作用分布在一条线上；而对后者来说，力是集中在一点上。这个设计上的特点使圆锥滚子轴承比四点角接触球轴承有更好的承载能力。考虑到轴承与轴采用紧配合，双内圈圆锥滚子轴承在安装过程中会更方便，而双外圈圆锥滚子轴承对输入轴的刚性会更好。

　　第二、更有效地应对冲击载荷。对矿用刮板机而言，其受力的变化以及冲击载荷的存在，对轴承的性能是个重大考验。标准的球轴承和圆柱滚子轴承均采用高碳钢作为原料，经全淬透热处理后，其硬度由表及里都达到了HRC58~64。然而，这样的质地也会比较脆，当遇到较大的冲击载荷时容易产生裂纹，造成轴承损坏。铁姆肯公司解决这一问题的办法是对圆锥滚子轴承采用低碳钢为原材料，辅以表面渗碳的热处理工艺。其特点是表面坚硬（HRC58~64）耐磨而心部柔软（HRC30~35），能减缓所受的冲击载荷。此外，这种渗碳的热处理方式会在轴承表面产生一种压应力，能抑制裂纹的扩展，延长轴承的使用寿命。

　　4　结论
　　通过以上对两种方案的对比，我们不难看出方案2相对方案1具有以下优势：
　　◆浮动端采用圆柱滚子轴承，排除了热膨胀所带来的保持架损坏问题；
　　◆固定端采用圆锥滚子轴承，提高了承载能力以及输入轴的刚性；
　　◆Timken®轴承采用表面渗碳处理，可有效应对冲击载荷。
　　因而，方案2对于延长轴承的工作寿命，降低维护成本，减少停机时间，提高矿用刮板机的生产效率是更加理想的选择。