影響回轉(zhuǎn)支承承載能力的四個(gè)參數(shù)《建筑機(jī)械》2002年第一期

　　回轉(zhuǎn)支承的失效形式有兩種，一是滾道損壞，二是斷齒，而滾道損壞占的比例達(dá)98%以上，因此我們說(shuō)，滾道質(zhì)量是回轉(zhuǎn)支承質(zhì)量的核心問(wèn)題，影響回轉(zhuǎn)支承滾道質(zhì)量的因素較多，其中滾道淬火硬度、淬硬層深度、滾道曲率半徑和接觸角無(wú)疑是最重要的四個(gè)影響因素，它們以不同的方式影響著滾道質(zhì)量，并決定了回轉(zhuǎn)支承的承載能力和使用壽命。
　　? 滾道硬度
　　回轉(zhuǎn)支承滾道淬火硬度對(duì)其額定靜容量影響較大，如以HRC55時(shí)額定靜容量為標(biāo)準(zhǔn)1，則滾道硬度與額定靜容量有下列對(duì)應(yīng)關(guān)系：

滾道硬度HRC	60	59	58	57	56	55	53	50
靜容量對(duì)比系數(shù)	1.53	1.39	1.29	1.16	1.05	1	0.82	0.58

　　標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低硬度為HRC55，通常實(shí)際平均淬火硬度在HRC57左右，因此大多數(shù)回轉(zhuǎn)支承實(shí)際承載能力均高于按HRC55計(jì)算的理論值。從上表也可看出當(dāng)硬度低于HRC53時(shí)，即使留有1.2的安全系數(shù)，使用也不安全了，特別當(dāng)硬度只有HRC50時(shí)，1.7倍的安全系數(shù)也形同虛設(shè)，非常危險(xiǎn)。硬度不夠容易造成回轉(zhuǎn)支承失效，從滾道表面點(diǎn)蝕開(kāi)始到坍塌結(jié)束。
　　? 滾道淬硬層深度
　　滾道淬硬層深度目前尚無(wú)無(wú)損檢測(cè)的方法，主要靠工藝和裝備來(lái)保障，必要的淬硬層深度是回轉(zhuǎn)支承滾道不產(chǎn)生剝落的保障。當(dāng)回轉(zhuǎn)支承受外負(fù)荷作用時(shí)，鋼球與滾道的點(diǎn)接觸就變成了面接觸，是一個(gè)長(zhǎng)半軸為a，短半軸為b的橢圓面，滾道除受壓應(yīng)力外，還受到剪切應(yīng)力作用，最大剪切應(yīng)力發(fā)生在表面下0.47a深處，因此滾道淬硬層深度須大于0.47a（一般取0.6a），這也是標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)鋼球直徑大小，而不是根據(jù)回轉(zhuǎn)支承直徑大小來(lái)規(guī)定淬硬層深度的原因，同時(shí)給出了具體最小保證值。深度不夠又會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)支承的承載能力產(chǎn)生什么樣的影響呢？它定量化的描述是：額定靜容量CO與淬硬層深度H0.908成正比，由此可計(jì)算出，將要求為4mm的淬硬層深度只淬到2.5mm，那么CO將由1降至0.65，由此而產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)支承失效形式為滾道剝落，即使采取焊補(bǔ)措施也無(wú)濟(jì)于事。
　　? 滾道曲率半徑
　　這里的滾道曲率半徑是指滾道在垂直剖面內(nèi)的曲率半徑，它與鋼球半徑的比值t（一般為1.04~1.08）的大小也顯著影響著回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量和動(dòng)容量（壽命Lh），設(shè)t=1.04時(shí)為額定靜容量和壽命均為1，則有下列對(duì)比關(guān)系：

曲率比t	1.04	1.06	1.08	1.10
CO	1	0.82	0.72	0.65
Lh	1	0.59	0.43	0.33

　　從表中可看出半徑比越大額定靜容量越低，使用壽命越短，即使?jié)L道熱處理硬度和淬硬層深度都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而不能有效控制該半徑比，回轉(zhuǎn)支承的承載能力和使用壽命仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，而這一點(diǎn)往往被忽視，但它卻是影響回轉(zhuǎn)支承性能的重要參數(shù)。
   滾道曲面是通過(guò)成型砂輪磨削得到的，砂輪的修整精度直接復(fù)印到滾道上，砂輪修正時(shí)主要有三個(gè)誤差源：半徑對(duì)刀誤差，上、下圓弧偏心距誤差和修正筆回轉(zhuǎn)誤差，其中前二個(gè)誤差的大小除與裝備水平有關(guān)外，很大程度上取決于操作工的責(zé)任心和操作水平，因此有很大的不確定性，對(duì)刀誤差影響著滾道半徑，且它和偏心距誤差共同影響著滾道接觸角。
   ? 滾道接觸角α
   該接觸角是指鋼球在滾道上的接觸點(diǎn)和鋼球球心連線與回轉(zhuǎn)支承徑向剖面（水平面）之間的夾角?；剞D(zhuǎn)支承的額定靜容量CO與sinα成線性正比，一般原始接觸角α取45o，之所以稱(chēng)之謂原始接觸角，是因它是滾道設(shè)計(jì)計(jì)算和測(cè)量的角度，在回轉(zhuǎn)支承軸、徑向間隙為0時(shí)，原始接觸角和裝配后的實(shí)際接觸角一致，當(dāng)回轉(zhuǎn)支承有間隙時(shí)，實(shí)際接觸角大于原始接觸角，間隙越大，實(shí)際接觸角越大，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的間隙范圍內(nèi)一般將增加2o~10o,即實(shí)際接觸角將達(dá)到47o~55o,這是一個(gè)對(duì)承載能力有利的變化，如果原始接觸角和間隙都較大，實(shí)際接觸角超過(guò)60o,隨著滾道的磨損間隙將進(jìn)一步加大，實(shí)際接觸角也將增大，也就是鋼球的落點(diǎn)向滾道邊緣靠近，這時(shí)將出現(xiàn)接觸橢圓面超出滾道邊緣，滾道實(shí)際受力將高于理論計(jì)算應(yīng)力，而造成滾道邊緣壓潰，回轉(zhuǎn)支承失效。因此控制好原始接觸角和裝配間隙已不是一個(gè)簡(jiǎn)單的精度問(wèn)題，而是保障承載能力和使用壽命的大事。
   影響原始接觸角的因素是滾道半徑誤差和上、下半弧偏心距的誤差，而實(shí)際接觸角以原始接觸角為最小值，隨著間隙的加大而加大，當(dāng)鋼球與滾道的曲率比不同時(shí)，同樣的滾道半徑和上、下弧偏心距誤差對(duì)原始接觸角誤差大小的影響程度不同，見(jiàn)下表（一）、（二）。

表（一）

	t=1.08	t=1.06	t=1.04
ΔE/d0 =+0.5‰	+1.02°	+1.37°	+2.06°
ΔE/d0 =-0.5‰	-1.01°	-1.34°	-1.99°
ΔE/d0 =+1‰	+2.06°	+2.77°	+4.21°
ΔE/d0 =-1‰	-2.00°	-2.64°	-3.92°
ΔE/d0 =+2‰	+4.21°	+5.69°	+8.81°
ΔE/d0 =-2‰	-3.92°	-5.17°	-7.62°
注：ΔR/d0為滾道半徑誤差與鋼球直徑比

表（二）

	t=1.08	t=1.06	t=1.04
ΔR/d0=+1‰	-1.38°	-1.82°	-2.67°
ΔR/d0=-1‰	+1.49°	+2.01	+3.1°
ΔR/d0=+2‰	-2.67°	-3.48°	-5°
ΔR/d0=-2‰	+3.1°	+4.25°	+6.78°
ΔR/d0=+3‰	-3.88°	-5.00°	-7.06°
ΔR/d0=-3‰	+4.86°	+6.78°	+11.29°
注：ΔR/d0為滾道半徑誤差與鋼球直徑比。

　　同樣，裝配間隙對(duì)實(shí)際接觸角的影響也與曲率比有關(guān)，曲率比越小，實(shí)際接觸角越大，換言之曲率比越小，原始接觸角越難控制，間隙對(duì)實(shí)際接觸角影響越大。軸向間隙對(duì)接觸角的見(jiàn)表（三）：

A/d0	2‰	4‰	8‰	10‰	12‰
t=1.04	+2.06°	+4.21°	+8.81°	+11.316°	+13.99°
t=1.08	+1.02°	+2.06°	+4.21°	+5.32°	+6.45°
注：A/d0 為軸向間隙與鋼球直徑比。

　　從提高滾道的承載能力角度考慮，我們希望滾道與鋼球的半徑比越小越好，然從控制接觸角角度考慮，又不希望太小。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)回轉(zhuǎn)支承廠普遍使用的砂輪修整方式都很難兼顧兩者。顧此失彼，而這往往被一些制造廠有意無(wú)意地忽視了。不是接觸角失控就是采用增大滾道半徑犧牲滾道承載能力來(lái)控制接觸角，不管哪種情況出現(xiàn)都是用戶(hù)所不愿接受的。

　　解決這一矛盾的有效辦法是采用數(shù)控裝置修整砂輪。數(shù)控三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)修整，從原理上避免了半徑對(duì)刀和偏心距調(diào)整而產(chǎn)生的誤差，滾道半徑和原始接觸角得到有效保障。如果我們把滾道的淬火硬度和淬硬層深度稱(chēng)之謂滾道的“硬件”，那么滾道的半徑和接觸角就是滾道的“軟件”，只“硬”不“軟”事倍功半，只有“軟、硬”兼?zhèn)涞臐L道才是回轉(zhuǎn)支承品質(zhì)的保障。數(shù)控三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)修整砂輪，有效地保障了滾道的“軟件”水平，而滾道在熱處理之前的數(shù)控車(chē)削，則為“硬件”提供了重要保障，這種保障體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一：數(shù)控車(chē)削的滾道曲面、形狀規(guī)則、表面粗糙度低、滾道邊口圓弧倒角半徑一致，且與滾道面平滑連接。規(guī)則的滾道曲面，使淬硬層深度均勻成為可能，平滑連接的倒角避免了淬火時(shí)的“尖角效應(yīng)”，根除了滾道邊口易淬裂的缺陷。一致的倒角半徑解決了過(guò)大的倒角造成的滾道有效承載區(qū)域的縮小，使鋼球在滾道上的接觸面過(guò)早地到達(dá)邊口，而影響使用壽命。其二：數(shù)控車(chē)削的滾道曲面，除表面粗糙度外，其余尺寸與磨削后的滾道曲面一致，因此滾道的磨削量很小（為普通方法加工的1/2~1/3），較大限度地保留了淬硬層深度和表面硬度，同時(shí)數(shù)控車(chē)削滾道使內(nèi)、外圈的滾道中心直徑的一致性得到了很好的保障，避免了因配磨而損失的淬硬層深度和表面硬度，進(jìn)一步提高了回轉(zhuǎn)支承的承載能力和使用壽命。
　　綜上所述，只有“軟、硬”兼?zhèn)涞臐L道，才是回轉(zhuǎn)支承承載能力的有效保障，而數(shù)控化加工是目前更有效和更可靠的手段。
　　作者：馬鞍山統(tǒng)力回轉(zhuǎn)支承有限公司侯寧（董事長(zhǎng)、總經(jīng)理、高級(jí)工程師）
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