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回轉(zhuǎn)支承早期斷齒分析及解決措施

發(fā)布時(shí)間:2021-03-19

回轉(zhuǎn)支承早期斷齒分析及解決措施

造成挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承早期失效的主要原因有二條:一是斷齒;二是滾道破壞。其中,斷齒是主要原因,占90%

上,且絕大多數(shù)發(fā)生在挖掘機(jī)出廠后六個(gè)月以內(nèi)。這不但嚴(yán)重困擾著回轉(zhuǎn)支承制造廠產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù),同時(shí)也對(duì)主機(jī)廠產(chǎn)

品市場(chǎng)造成不利影響,因此認(rèn)真解決好這一問題是回轉(zhuǎn)支承制造廠和主機(jī)廠的共同的目標(biāo)和責(zé)任,也是雙方進(jìn)一步合作

共同發(fā)展的根本保證。

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   因斷齒而使回轉(zhuǎn)支承早期失效的根本原因是什么呢?設(shè)計(jì)問題;制造問題,材質(zhì)問題;裝配問題還是使用問題。透

過下列現(xiàn)象不難發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)之所在:

   ① 在過去的十二年里,馬鞍山回轉(zhuǎn)支承廠共為各類主機(jī)配套回轉(zhuǎn)支承二萬余套,除挖掘機(jī)行業(yè)外,僅有一起回轉(zhuǎn)

支承斷齒記錄,而且是發(fā)生在晚期。當(dāng)然,挖掘機(jī)的工況較塔吊、汽車吊等其它大部分使用回轉(zhuǎn)支承的行業(yè)的主機(jī)工況

要惡劣,回轉(zhuǎn)速度較快,沖擊負(fù)荷也較大,斷齒的可能性相應(yīng)地也大些,這也是不爭(zhēng)的事實(shí)。因此,挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承

的模數(shù)較同一滾道直徑的其它行業(yè)主機(jī)用回轉(zhuǎn)支承要大一檔,而且是硬齒面(一般在47HRC~58HRC之間選取不同的硬度

段),基本滿足了挖掘機(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)支承齒輪的要求。雖然統(tǒng)計(jì)資料表明挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的概率大于其它主機(jī)

,但也僅限于極少的二、三種挖掘機(jī)上,大部分機(jī)種極少有回轉(zhuǎn)支承早期斷齒事故發(fā)生。

   ② 從我們掌握的資料分析,國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)20~22噸級(jí)的挖掘機(jī)使用的回轉(zhuǎn)支承齒輪模數(shù)都為10mm(或徑節(jié)

=2.5),熱處理和精度等級(jí)基本一致,國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)齒高和標(biāo)準(zhǔn)壓力角?;剞D(zhuǎn)支承齒輪周向許用力P可按下

式計(jì)算:

   P=Kz*m*b/78 (噸)

   式中 Kz=(z/150)^(±0.09)外齒取+;內(nèi)齒取-

   z-齒數(shù)m-模數(shù)mmb-齒寬mm

  若設(shè)齒寬b=80;齒數(shù)z=90~110;且為內(nèi)嚙合,則齒輪周向許用力為:

   p=(90~110/150)^(-0.09)*10*80/78

   =10.74~10.55(噸)

   可見齒輪的周向許用力能夠滿足該噸級(jí)的挖掘機(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)支承齒輪負(fù)荷要求,但在該級(jí)別中個(gè)別機(jī)型出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)支承

早期斷齒率卻高達(dá)2%,其它絕大部分機(jī)型無此現(xiàn)象發(fā)生。

   ③ 通過對(duì)多起早期斷齒實(shí)物的分析研究發(fā)現(xiàn),大部分?jǐn)帻X發(fā)生在沿齒寬方向的上半部,一半以上的斷裂面與輪齒

的上端面相交,并成45°~60°左右的夾角,即使全齒脫落其裂紋也是自上而下擴(kuò)張所致。齒輪受擠壓而產(chǎn)生的塑性變

形也相當(dāng)明顯,且上部較下部嚴(yán)重得多,整圈齒槽寬都有不同程度變化,從下至上、從根至頂齒槽寬遞增。

   我們是否可以認(rèn)為:造成挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的作用力并非是周向回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力,而是與之嚙合的小齒輪對(duì)其施

加的徑向擠壓力,且擠壓時(shí)小齒輪的軸線與回轉(zhuǎn)支承齒輪軸線不平行。該力產(chǎn)生于挖掘過程中地面對(duì)斗的反作用力,由

于回轉(zhuǎn)支承有間隙的原故,與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈分別聯(lián)接的上下兩部分在傾覆力矩的作用下,將發(fā)生在回轉(zhuǎn)支承通過大臂

的軸向剖面上的相對(duì)傾斜,同時(shí)產(chǎn)生沿回轉(zhuǎn)支承徑向與大臂反方向的相對(duì)位移,位移量與回轉(zhuǎn)支承徑向間隙相當(dāng)。因與

回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪安裝在大臂的相反方向,當(dāng)兩者齒側(cè)間隙過小時(shí),位移尚未完成,小齒輪便壓上大齒輪,這種情

況下本應(yīng)由回轉(zhuǎn)支承滾道承擔(dān)的負(fù)荷卻由齒輪擔(dān)當(dāng)了,由于小齒輪是懸臂安裝原本傾斜的軸線在擠壓力的反作用下進(jìn)一

步加劇,致使作用在大齒輪上的擠壓力集中在齒寬的上部。開始齒輪由塑性變形來補(bǔ)償齒側(cè)間隙的不足,隨著回轉(zhuǎn)支承

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滾道的進(jìn)一步磨合,其徑向間隙漸漸加大,而變形量卻是有限的。通過受力分析可以看到:小齒輪對(duì)大齒輪的擠壓力是

地面對(duì)斗的反作用力的幾倍甚至十幾倍,并且作用在齒廓上的力將被再一次放大,壓力角越小放大系數(shù)越大。這一經(jīng)過

兩次放大的力足以造成大小齒輪斷齒。以上分析的結(jié)論與第③條現(xiàn)象是吻合的。

   因此,筆者認(rèn)為:回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的根本原因是與小齒輪的配合側(cè)隙過小。建議側(cè)隙值不小于回轉(zhuǎn)支承徑向間隙

的1.25倍。值得參改的是,我廠近期為加拿大制造的四種型號(hào)的挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承的齒輪壓力角分別為25°和27°,國(guó)

內(nèi)合資廠也有采用。這對(duì)提高齒輪抗徑向擠壓能力是有效的。

   當(dāng)然,諸如回轉(zhuǎn)支承材質(zhì)缺陷;齒淬后殘余內(nèi)應(yīng)力較大、內(nèi)部有裂紋;因回轉(zhuǎn)支承滾道失效回轉(zhuǎn)卡滯;挖掘機(jī)違章

操作等也可導(dǎo)致回轉(zhuǎn)支承齒輪早期失效,但應(yīng)該分布面較廣且離散。


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