提高7215軸承可靠性的措施
2016-01-28
文章分析了7215軸承在推土機液力變矩器中的作用和工況，在軸承的設計、制造、選用和安裝工藝等方面提出了專門的要求，有效地提高了該軸承的可靠性和使用壽命。
液力變矩器；7215軸承；可靠性
如何提高安裝在TY320型液力變矩器上的7215軸承的可靠性，是延長TY320型液力變矩器使用壽命的關鍵性技術問題。TY320型液力變矩器是安裝在TY320型推土機上連接發(fā)動機與變速箱的傳動裝置，必須針對推土機的特定結構和使用工況，對在使用中軸承出現(xiàn)的損壞情況進行分析和研究，在軸承的設計、制造、選用和安裝工藝等多方面提出專門的要求，才能有效地提高7215軸承的可靠性，才能延長TY320型液力變矩器的使用壽命。
1、軸承的作用和工作條件
TY320型液力變矩器上的7215軸承是以背靠背形式成對安裝的角接觸球軸承，（軸承后置代號加/DB）。軸承的內套圈安裝在渦輪輪轂上，外套圈安裝在泵輪接盤上，軸承的一個重要作用是軸向定位，也就是保證液力變矩器的泵輪、渦輪和導輪之間的軸向有一定間隙，使液力變矩器在工作時三輪不發(fā)生碰撞和摩擦。如這對軸承損壞了，三輪間就會碰撞摩損，液力變矩器就無法正常工作。
這對軸承在液力變矩器中工作狀態(tài)的溫度為100℃左右。內、外套圈分別隨渦輪和泵輪旋轉，內、外套圈的相對轉速在很大范圍之間頻繁變動。推土機的工作狀況是推土-倒退-行走-推土，所以軸承受到的軸向載荷也是頻繁變動的。特別在推土時遇到大石塊或樹根，載荷突然升高，泵輪隨發(fā)動機轉速不變，渦輪轉速迅速下降、扭矩迅速增大，軸承內、外套圈的相對轉速也會突然提高，并同時受到很大的軸向沖擊載荷。
2、軸承的損壞情況和原因分析
根據(jù)對幾例軸承損壞情況的檢查發(fā)現(xiàn)，在這對背靠背安裝的軸承中，如圖1所示，左邊的軸承損壞嚴重，鋼板沖壓保持架變形斷裂，滾珠表面磨損變形，軸承內、外套圈滾道受軸向沖擊的一邊軸肩被擠壓拓平。這種情況說明軸承頻繁受到的如圖1所示單邊軸向沖擊載荷很大，也就是推土機經(jīng)常超負荷工作。而右邊軸承沒有損壞。這說明成對安裝軸承的預緊載荷量不合適。另外檢查潤滑油中所含雜質較多，這從滾珠和滾道表面有許多點蝕現(xiàn)象也反映油質不清潔。這說明對潤滑油濾器保養(yǎng)不到位。
造成軸承損壞的原因是復雜的，軸承經(jīng)常在高溫中工作，會降低軸承的強度；推土機頻繁超負荷工作使軸承頻繁受到很大的軸向沖擊，造成滾珠和滾道塑性變形而損壞；潤滑油不清潔會造成軸承的早期磨損。這些原因歸結起來就是操作者對推土機的過度使用和保養(yǎng)不當，使軸承在很惡劣的條件下長時間工作，各種不良影響同時作用于某個軸承，就造成個別軸承的早期損壞。為使液力變矩器的故障率降低為零，對軸承在設計、制造、選用和安裝工藝多方面制定了專門的要求。
3、軸承在設計、制造和選用方面的專門要求
為提高這對軸承在較為惡劣工作條件下的可靠性，在軸承的設計、制造和選用方面提出專門的要求：
3.1 對接觸角的選擇
7215軸承是角接觸球軸承，角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角決定，接觸角越大承受軸向載荷能力越大。角接觸球軸承有三種接觸角的規(guī)格，分別為15°、25°和40°，原TY320液力變矩器上選用25°接觸角的軸承，40°接觸角的軸承適用于承受較大的軸向載荷，這對軸承在推土機重負荷工作時要承受很大的軸向沖擊載荷，所以我們改選用接觸角為40°的7215B/DB軸承。（后置代號B表示接觸角為40°）
3.2 對內套圈的優(yōu)化設計
7215B/DB軸承的內套圈有兩種規(guī)格，一種內套圈滾道兩邊軸肩的直徑是相同的，由于角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向載荷，這樣內套圈滾道一邊的軸肩不會受到軸向載荷，另一邊的軸肩又承受不了很大的軸向沖擊載荷。經(jīng)優(yōu)化設計，在相同重量的情況下，另一種規(guī)格內套圈滾道兩邊軸肩的直徑是不相同的，不承受軸向載荷一邊的軸肩直徑減小，承受軸向載荷一邊的軸肩直徑加大，這樣就使這種規(guī)格的軸承能承受更大的軸向沖擊載荷。所以我們選用后一種規(guī)格的優(yōu)化設計的內套圈。
3.3 對保持架材料和式樣的要求
保持架所受的機械應力來自摩擦力、應變力和慣性力，同時還受到某些潤滑油及其老化生成物、有機雜質等化學物質的侵蝕，因此保持架材料的選擇對軸承運行可靠性影響很大。由于軸承在較高溫度中工作，不能采用酚醛層壓布管實體保持架或尼龍保持架，并且頻繁受到很大軸向沖擊載荷，所以我們選用黃銅實體保持架的7215BM/DB軸承。（后置代號M表示黃銅實體保持架）。由于軸承內、外套圈滾道兩邊軸肩不同直徑的結構，留給保持架的空間就不大了。如采用內套圈引導式的保持架，則保持架的厚度就較薄，為加強保持架的強度，保持架設計為滾珠引導的錐臺式的保持架。
3.4 對預緊變形量δ的確定
成對安裝的角接觸球軸承是在軸承生產(chǎn)中已考慮到預緊變形量的大小，在相配對的兩個軸承的內套圈或外套圈的端面上，磨去一定的預緊變形量δ，當將這對軸承安裝到軸承部件上去時，用緊固裝置壓緊相應端面，兩軸承即處于預緊狀態(tài)。如圖2所示。
對軸承預緊的目的是：增加軸承的剛度；使旋轉軸在軸向和徑向正確定位，提高軸的旋轉精度；降低軸承部位的振動和噪音；防止?jié)L動體的自轉和公轉打滑現(xiàn)象；增大軸承內部負荷區(qū)域，提高軸承內部負荷分布的合理性；補償因磨損造成的軸承內部游隙變化；合理的預緊可以防止振紋損傷和減少摩擦磨損；延長軸承壽命。
但是預緊變形量過大，會使軸承工作時摩擦力矩增大，導致軸承的過熱和使用壽命下降。因此要根據(jù)載荷情況和使用要求選取恰當?shù)念A緊變形量，并經(jīng)過試驗確定合適的預緊變形量。
實際軸承在工作狀態(tài)、安裝狀態(tài)、自然狀態(tài)、制造狀態(tài)這四種狀態(tài)下的預緊變形量是不同的。工作狀態(tài)溫度升高使預緊變形量增大，安裝狀態(tài)孔和軸的過盈量也使預緊變形量增大，所以軸承在制造狀態(tài)時的預緊變形量要小于工作狀態(tài)時的預緊變形量，小多少是根據(jù)工作狀態(tài)時的溫度和安裝孔和軸的公差來決定的。我們經(jīng)過實際安裝和試驗運轉，已確定了最合適的預緊變形量。
4 軸承在安裝工藝方面的專門要求
安裝過程中的操作不當，是造成軸承的早期損壞的重要隱患。我們在軸承安裝工藝方面也提出專門要求：
4.1 不允許用敲擊法安裝軸承，必須用壓入法安裝軸承。
4.2 必須用按壓入法設計的專用工裝安裝軸承。
4.3 壓入軸承外套圈時，必須墊實泵輪接盤軸承孔下的孔肩，防止壓到底時造成孔肩根部的內傷。
4.4 壓入內套圈前，單配定位罩與軸承端面的間隙達到裝配工藝要求，如圖3所示。
4.5 壓入內套圈時必須用導向裝置，防止壓偏造成軸面損傷。
4.6 內套圈壓板的兩螺栓必須在泵輪與泵輪接盤36個螺栓擰緊后再可擰緊。
4.7 安裝好后轉動泵輪接盤無異常摩擦感覺，相對輸出軸轉動時，可有點預緊的連動感覺，不能與輸出軸咬死。
液力變矩器；7215軸承；可靠性
如何提高安裝在TY320型液力變矩器上的7215軸承的可靠性，是延長TY320型液力變矩器使用壽命的關鍵性技術問題。TY320型液力變矩器是安裝在TY320型推土機上連接發(fā)動機與變速箱的傳動裝置，必須針對推土機的特定結構和使用工況，對在使用中軸承出現(xiàn)的損壞情況進行分析和研究，在軸承的設計、制造、選用和安裝工藝等多方面提出專門的要求，才能有效地提高7215軸承的可靠性，才能延長TY320型液力變矩器的使用壽命。
1、軸承的作用和工作條件
TY320型液力變矩器上的7215軸承是以背靠背形式成對安裝的角接觸球軸承，（軸承后置代號加/DB）。軸承的內套圈安裝在渦輪輪轂上，外套圈安裝在泵輪接盤上，軸承的一個重要作用是軸向定位，也就是保證液力變矩器的泵輪、渦輪和導輪之間的軸向有一定間隙，使液力變矩器在工作時三輪不發(fā)生碰撞和摩擦。如這對軸承損壞了，三輪間就會碰撞摩損，液力變矩器就無法正常工作。
這對軸承在液力變矩器中工作狀態(tài)的溫度為100℃左右。內、外套圈分別隨渦輪和泵輪旋轉，內、外套圈的相對轉速在很大范圍之間頻繁變動。推土機的工作狀況是推土-倒退-行走-推土，所以軸承受到的軸向載荷也是頻繁變動的。特別在推土時遇到大石塊或樹根，載荷突然升高，泵輪隨發(fā)動機轉速不變，渦輪轉速迅速下降、扭矩迅速增大，軸承內、外套圈的相對轉速也會突然提高，并同時受到很大的軸向沖擊載荷。
2、軸承的損壞情況和原因分析
根據(jù)對幾例軸承損壞情況的檢查發(fā)現(xiàn)，在這對背靠背安裝的軸承中，如圖1所示，左邊的軸承損壞嚴重，鋼板沖壓保持架變形斷裂，滾珠表面磨損變形，軸承內、外套圈滾道受軸向沖擊的一邊軸肩被擠壓拓平。這種情況說明軸承頻繁受到的如圖1所示單邊軸向沖擊載荷很大，也就是推土機經(jīng)常超負荷工作。而右邊軸承沒有損壞。這說明成對安裝軸承的預緊載荷量不合適。另外檢查潤滑油中所含雜質較多，這從滾珠和滾道表面有許多點蝕現(xiàn)象也反映油質不清潔。這說明對潤滑油濾器保養(yǎng)不到位。
造成軸承損壞的原因是復雜的，軸承經(jīng)常在高溫中工作，會降低軸承的強度；推土機頻繁超負荷工作使軸承頻繁受到很大的軸向沖擊，造成滾珠和滾道塑性變形而損壞；潤滑油不清潔會造成軸承的早期磨損。這些原因歸結起來就是操作者對推土機的過度使用和保養(yǎng)不當，使軸承在很惡劣的條件下長時間工作，各種不良影響同時作用于某個軸承，就造成個別軸承的早期損壞。為使液力變矩器的故障率降低為零，對軸承在設計、制造、選用和安裝工藝多方面制定了專門的要求。
3、軸承在設計、制造和選用方面的專門要求
為提高這對軸承在較為惡劣工作條件下的可靠性，在軸承的設計、制造和選用方面提出專門的要求：
3.1 對接觸角的選擇
7215軸承是角接觸球軸承，角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角決定，接觸角越大承受軸向載荷能力越大。角接觸球軸承有三種接觸角的規(guī)格，分別為15°、25°和40°，原TY320液力變矩器上選用25°接觸角的軸承，40°接觸角的軸承適用于承受較大的軸向載荷，這對軸承在推土機重負荷工作時要承受很大的軸向沖擊載荷，所以我們改選用接觸角為40°的7215B/DB軸承。（后置代號B表示接觸角為40°）
3.2 對內套圈的優(yōu)化設計
7215B/DB軸承的內套圈有兩種規(guī)格，一種內套圈滾道兩邊軸肩的直徑是相同的，由于角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向載荷，這樣內套圈滾道一邊的軸肩不會受到軸向載荷，另一邊的軸肩又承受不了很大的軸向沖擊載荷。經(jīng)優(yōu)化設計，在相同重量的情況下，另一種規(guī)格內套圈滾道兩邊軸肩的直徑是不相同的，不承受軸向載荷一邊的軸肩直徑減小，承受軸向載荷一邊的軸肩直徑加大，這樣就使這種規(guī)格的軸承能承受更大的軸向沖擊載荷。所以我們選用后一種規(guī)格的優(yōu)化設計的內套圈。
3.3 對保持架材料和式樣的要求
保持架所受的機械應力來自摩擦力、應變力和慣性力，同時還受到某些潤滑油及其老化生成物、有機雜質等化學物質的侵蝕，因此保持架材料的選擇對軸承運行可靠性影響很大。由于軸承在較高溫度中工作，不能采用酚醛層壓布管實體保持架或尼龍保持架，并且頻繁受到很大軸向沖擊載荷，所以我們選用黃銅實體保持架的7215BM/DB軸承。（后置代號M表示黃銅實體保持架）。由于軸承內、外套圈滾道兩邊軸肩不同直徑的結構，留給保持架的空間就不大了。如采用內套圈引導式的保持架，則保持架的厚度就較薄，為加強保持架的強度，保持架設計為滾珠引導的錐臺式的保持架。
3.4 對預緊變形量δ的確定
成對安裝的角接觸球軸承是在軸承生產(chǎn)中已考慮到預緊變形量的大小，在相配對的兩個軸承的內套圈或外套圈的端面上，磨去一定的預緊變形量δ，當將這對軸承安裝到軸承部件上去時，用緊固裝置壓緊相應端面，兩軸承即處于預緊狀態(tài)。如圖2所示。
對軸承預緊的目的是：增加軸承的剛度；使旋轉軸在軸向和徑向正確定位，提高軸的旋轉精度；降低軸承部位的振動和噪音；防止?jié)L動體的自轉和公轉打滑現(xiàn)象；增大軸承內部負荷區(qū)域，提高軸承內部負荷分布的合理性；補償因磨損造成的軸承內部游隙變化；合理的預緊可以防止振紋損傷和減少摩擦磨損；延長軸承壽命。
但是預緊變形量過大，會使軸承工作時摩擦力矩增大，導致軸承的過熱和使用壽命下降。因此要根據(jù)載荷情況和使用要求選取恰當?shù)念A緊變形量，并經(jīng)過試驗確定合適的預緊變形量。
實際軸承在工作狀態(tài)、安裝狀態(tài)、自然狀態(tài)、制造狀態(tài)這四種狀態(tài)下的預緊變形量是不同的。工作狀態(tài)溫度升高使預緊變形量增大，安裝狀態(tài)孔和軸的過盈量也使預緊變形量增大，所以軸承在制造狀態(tài)時的預緊變形量要小于工作狀態(tài)時的預緊變形量，小多少是根據(jù)工作狀態(tài)時的溫度和安裝孔和軸的公差來決定的。我們經(jīng)過實際安裝和試驗運轉，已確定了最合適的預緊變形量。
4 軸承在安裝工藝方面的專門要求
安裝過程中的操作不當，是造成軸承的早期損壞的重要隱患。我們在軸承安裝工藝方面也提出專門要求：
4.1 不允許用敲擊法安裝軸承，必須用壓入法安裝軸承。
4.2 必須用按壓入法設計的專用工裝安裝軸承。
4.3 壓入軸承外套圈時，必須墊實泵輪接盤軸承孔下的孔肩，防止壓到底時造成孔肩根部的內傷。
4.4 壓入內套圈前，單配定位罩與軸承端面的間隙達到裝配工藝要求，如圖3所示。
4.5 壓入內套圈時必須用導向裝置，防止壓偏造成軸面損傷。
4.6 內套圈壓板的兩螺栓必須在泵輪與泵輪接盤36個螺栓擰緊后再可擰緊。
4.7 安裝好后轉動泵輪接盤無異常摩擦感覺，相對輸出軸轉動時，可有點預緊的連動感覺，不能與輸出軸咬死。