論交叉滾子軸承的返修
2009-08-17
陳巧蓮，曹小益，陳艷輝(郴州職業(yè)技術學院，湖南 郴州 423000)
【摘 要】 交叉滾子軸承被廣泛地使用于起重工程機械和軍工產(chǎn)品上。交叉滾子軸承結(jié)構尺寸大，成本高，購買一個交叉滾子軸承需人民幣約二十萬元，返修成本只有四萬多元，且返修后的軸承一樣的能滿足機械的使用性能，這樣大大節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益。本文從技術方面闡述了如何對已不能再使用的交叉滾子軸承進行返修的過程。
【關鍵詞】 交叉滾子軸承；外齒圈；滾子；上內(nèi)圈；下內(nèi)圈；滾道；返修
單排交叉滾子軸承由外齒圈、滾子、上內(nèi)圈、下內(nèi)圈等組成，滾子為圓柱型，平行交叉排列在外齒圈、上內(nèi)圈和下內(nèi)圈的滾道面所形成的通過直徑的截面為正方形，對角線垂直于地面的圓形空間內(nèi)(見圖一)。結(jié)構緊湊，重量輕，裝配間隙小，制造精度和安裝精度要求高，單排交叉滾子軸承是一種可以同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的大型軸承，通常帶有安裝孔，潤滑孔和密封裝置。
單排交叉滾子軸承外形尺寸大，更換困難，價格昂貴，在使用過程中，要求用戶維護保養(yǎng)及時，讓其具有良好的潤滑，并調(diào)整好其與傳動件的嚙合間隙等，以延長它的使用壽命，保證正常生產(chǎn)。
【關鍵詞】 交叉滾子軸承；外齒圈；滾子；上內(nèi)圈；下內(nèi)圈；滾道；返修
單排交叉滾子軸承由外齒圈、滾子、上內(nèi)圈、下內(nèi)圈等組成，滾子為圓柱型，平行交叉排列在外齒圈、上內(nèi)圈和下內(nèi)圈的滾道面所形成的通過直徑的截面為正方形，對角線垂直于地面的圓形空間內(nèi)(見圖一)。結(jié)構緊湊，重量輕，裝配間隙小，制造精度和安裝精度要求高，單排交叉滾子軸承是一種可以同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的大型軸承，通常帶有安裝孔，潤滑孔和密封裝置。
單排交叉滾子軸承外形尺寸大，更換困難，價格昂貴，在使用過程中，要求用戶維護保養(yǎng)及時，讓其具有良好的潤滑，并調(diào)整好其與傳動件的嚙合間隙等，以延長它的使用壽命，保證正常生產(chǎn)。
某焦化廠的2#斗輪堆取料機的回轉(zhuǎn)機構上使用了單排交叉滾子軸承，用了四年后進行了大修更換，拆卸后，對其進行仔細的觀測，發(fā)現(xiàn)它根本沒有潤滑的環(huán)境，安裝前其內(nèi)腔充滿了黃油，而設備本身給予的是稀油潤滑環(huán)境，由于干油堵塞所有潤滑孔，稀油無法進入內(nèi)腔，造成長期干磨，而且整機平衡性能不好，頭部接地壓力達6噸，使交叉滾子軸承受力不均勻，滾子和滾道已磨損和銹蝕，受力大的一邊更為嚴重，另外外圈與回轉(zhuǎn)驅(qū)動的小齒輪間隙上小下大，回轉(zhuǎn)驅(qū)動的小齒輪定位不牢，有跳動，齒輪嚙合間隙時大時小，造成打齒、憋死和回轉(zhuǎn)角度達不到設計要求的現(xiàn)象。所以，更換交叉滾子軸承時，有必要把新交叉滾子軸承的稀油潤滑改為干潤滑，重新調(diào)整整機平衡，保證齒輪的正常嚙合。
從節(jié)約生產(chǎn)成本的原則出發(fā)，先把舊的交叉滾子軸承拆開，經(jīng)過認真仔細的檢查和測量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過返修后其可再次使用。首先，在斗輪機這種特定的設備上使用，外齒圈的工作角度一般在180°左右，也就是說整圈外齒有一半未使用，再次使用時，用另一半齒，即使整圈外齒都已使用，還可以作齒面修復。其次，四個滾道面雖已損壞，而且面積大，但只是表面層，不深，有加工余量，可以返修，根據(jù)返修后的四個滾道面所形成的凈空間尺寸Z后確定滾子的大小。再者，整個交叉滾子軸承返修的成本只有原成本的1/3左右，可節(jié)約不少資金，有返修的必要。
返修過程如下：
1 清洗各個組件，修復所有組件外形上的缺陷
修復齒輪前先化驗上下內(nèi)圈及外齒圈的材質(zhì)，檢驗報告表明：其均為40Cr，采用J606焊條堆焊，經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后其硬度值為HB=240～270。上內(nèi)圈上8-M24絲孔大部分已損壞，重新攻絲成8-M27的絲孔，同樣，下內(nèi)圈上的8-φ25孔改鉆成8-φ28的孔，更換連接用螺栓等。
2 交叉滾子軸承主體上、下內(nèi)圈、外齒圈之間的找正復位
由于交叉滾子軸承長時間使用后，止口、防塵迷宮等變形嚴重，先找正后分別少量加工，車起即可，加工前外圈先加工齒輪齒頂圓，以此作為基準加工其它面，而上下內(nèi)圈以原止口為基準加工其它面(滾道除外)。
3 齒輪的修復
Z佳的辦法是測量出外齒圈上損壞磨損Z嚴重的齒，在保證齒輪模數(shù)不變的情況下，通過計算，重新滾齒，使齒輪負變位，同樣，與之相配合的減速機上的輸出小齒輪正變位，為了保證兩齒輪嚙合時中心距不變，成對的齒輪為高變位。其次是把已損壞磨損的齒先用修復液整形或堆焊并留加工余量，然后滾齒加工至原尺寸。為保證原傳動部位的零部件及備件（如輸出小齒輪等）能再次使用，需要保證齒輪嚙合的中心距不變，對齒形的修復，采用堆焊再加工的方法。
4 滾道面的修復
四個滾道面所形成的通過直徑的截面為正方形，對角線垂直于地面，即每個滾道面通過直徑的截面均與整體中心線成45°角，由于滾道表面損壞較嚴重，呈橢圓狀，表面有凸緣環(huán)和環(huán)狀凹痕，以前面指明的基準磨削加工滾道表面（因表面硬度高），經(jīng)測量橢圓度偏差為3mm，磨削加工完后，測硬度，均在HRC30～40，為保證45°角，特制作樣板（見圖二）用于測量角度。
從節(jié)約生產(chǎn)成本的原則出發(fā)，先把舊的交叉滾子軸承拆開，經(jīng)過認真仔細的檢查和測量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過返修后其可再次使用。首先，在斗輪機這種特定的設備上使用，外齒圈的工作角度一般在180°左右，也就是說整圈外齒有一半未使用，再次使用時，用另一半齒，即使整圈外齒都已使用，還可以作齒面修復。其次，四個滾道面雖已損壞，而且面積大，但只是表面層，不深，有加工余量，可以返修，根據(jù)返修后的四個滾道面所形成的凈空間尺寸Z后確定滾子的大小。再者，整個交叉滾子軸承返修的成本只有原成本的1/3左右，可節(jié)約不少資金，有返修的必要。
返修過程如下：
1 清洗各個組件，修復所有組件外形上的缺陷
修復齒輪前先化驗上下內(nèi)圈及外齒圈的材質(zhì)，檢驗報告表明：其均為40Cr，采用J606焊條堆焊，經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后其硬度值為HB=240～270。上內(nèi)圈上8-M24絲孔大部分已損壞，重新攻絲成8-M27的絲孔，同樣，下內(nèi)圈上的8-φ25孔改鉆成8-φ28的孔，更換連接用螺栓等。
2 交叉滾子軸承主體上、下內(nèi)圈、外齒圈之間的找正復位
由于交叉滾子軸承長時間使用后，止口、防塵迷宮等變形嚴重，先找正后分別少量加工，車起即可，加工前外圈先加工齒輪齒頂圓，以此作為基準加工其它面，而上下內(nèi)圈以原止口為基準加工其它面(滾道除外)。
3 齒輪的修復
Z佳的辦法是測量出外齒圈上損壞磨損Z嚴重的齒，在保證齒輪模數(shù)不變的情況下，通過計算，重新滾齒，使齒輪負變位，同樣，與之相配合的減速機上的輸出小齒輪正變位，為了保證兩齒輪嚙合時中心距不變，成對的齒輪為高變位。其次是把已損壞磨損的齒先用修復液整形或堆焊并留加工余量，然后滾齒加工至原尺寸。為保證原傳動部位的零部件及備件（如輸出小齒輪等）能再次使用，需要保證齒輪嚙合的中心距不變，對齒形的修復，采用堆焊再加工的方法。
4 滾道面的修復
四個滾道面所形成的通過直徑的截面為正方形，對角線垂直于地面，即每個滾道面通過直徑的截面均與整體中心線成45°角，由于滾道表面損壞較嚴重，呈橢圓狀，表面有凸緣環(huán)和環(huán)狀凹痕，以前面指明的基準磨削加工滾道表面（因表面硬度高），經(jīng)測量橢圓度偏差為3mm，磨削加工完后，測硬度，均在HRC30～40，為保證45°角，特制作樣板（見圖二）用于測量角度。
滾道經(jīng)表面淬火，淬火后硬度為HRC55～60。然后再次磨削。
5 滾子的配制
?。ǎ保┲谱靼藗€調(diào)整滾子，尺寸與原產(chǎn)品一致（φ70-0.023-0.010）；
?。ǎ玻⑸鲜鲆阎谱鞯陌藗€滾子在圓環(huán)腔內(nèi)均勻四點交叉按實際位置放置，每個位置上交叉放置兩個，將交叉滾子主要組件合成一體，擰緊螺栓使上下內(nèi)圈貼合；
?。ǎ常┧街С衅鹜恺X圈至一定高度（250mm以上），讓上下內(nèi)圈（一體）下沉到Z低位置測量出其上平面與外齒圈上平面的相對位置即高度差H3，作好記錄；
?。ǎ矗┩瑯樱街С衅鹕舷聝?nèi)圈（一體）至一定高度（250mm以上），讓外齒圈下沉到Z低位置測量出其上平面與上下內(nèi)圈（一體）上平面的相對位置即高度差H4，作好記錄；
?。ǎ担┯嬎愠錾鲜鰞纱螠y量值的差值H=H4-H3，換算成直徑的增補量X=（H-δ）/
mm=（H/.png)
-0.106）mm（δ為交叉滾子軸承上下游動間隙，約為30～80絲，取δ=0.3 mm）。
6、滾子直徑為φ（70+X）-0.023-0.010mm，具體推算見圖三至圖九。說明：上述中提到的H=H4-H3與H=H1+H2中的H相同，即H=H4-H3=H1+H2。
7、成批制作標準滾子，滾子數(shù)量為〔（交叉滾子軸承直徑×π）／（70+X）Y取整數(shù)，余數(shù)小于一個直徑φ（70+X）的正整數(shù)。若Y為偶數(shù)時，Y即為Z終值；若Y為奇數(shù)，則Z終值為Y-1，為了保證余數(shù)小于一個直徑的正數(shù)值，要求重新確定滾子的直徑（增大），用在止口墊薄銅板增加滾道凈空，重新調(diào)整，直到交叉滾子軸承上下游動間隙正確為止〕。
滾道面是成對加工的，外齒圈上一對，上下內(nèi)圈為一對，配對的滾道面每一個通過整體圓心的截面的兩母線成90º的角，且每根母線與中心線的夾角為45º，假設同一截面內(nèi)的成對加工的母線的兩交點在同一水平面內(nèi)，加工后的滾道內(nèi)腔的截面圖總是如圖三、圖四、圖五所示。
5 滾子的配制
?。ǎ保┲谱靼藗€調(diào)整滾子，尺寸與原產(chǎn)品一致（φ70-0.023-0.010）；
?。ǎ玻⑸鲜鲆阎谱鞯陌藗€滾子在圓環(huán)腔內(nèi)均勻四點交叉按實際位置放置，每個位置上交叉放置兩個，將交叉滾子主要組件合成一體，擰緊螺栓使上下內(nèi)圈貼合；
?。ǎ常┧街С衅鹜恺X圈至一定高度（250mm以上），讓上下內(nèi)圈（一體）下沉到Z低位置測量出其上平面與外齒圈上平面的相對位置即高度差H3，作好記錄；
?。ǎ矗┩瑯樱街С衅鹕舷聝?nèi)圈（一體）至一定高度（250mm以上），讓外齒圈下沉到Z低位置測量出其上平面與上下內(nèi)圈（一體）上平面的相對位置即高度差H4，作好記錄；
?。ǎ担┯嬎愠錾鲜鰞纱螠y量值的差值H=H4-H3，換算成直徑的增補量X=（H-δ）/
mm=（H/-0.106）mm（δ為交叉滾子軸承上下游動間隙，約為30～80絲，取δ=0.3 mm）。6、滾子直徑為φ（70+X）-0.023-0.010mm，具體推算見圖三至圖九。說明：上述中提到的H=H4-H3與H=H1+H2中的H相同，即H=H4-H3=H1+H2。
7、成批制作標準滾子，滾子數(shù)量為〔（交叉滾子軸承直徑×π）／（70+X）Y取整數(shù)，余數(shù)小于一個直徑φ（70+X）的正整數(shù)。若Y為偶數(shù)時，Y即為Z終值；若Y為奇數(shù)，則Z終值為Y-1，為了保證余數(shù)小于一個直徑的正數(shù)值，要求重新確定滾子的直徑（增大），用在止口墊薄銅板增加滾道凈空，重新調(diào)整，直到交叉滾子軸承上下游動間隙正確為止〕。
滾道面是成對加工的，外齒圈上一對，上下內(nèi)圈為一對，配對的滾道面每一個通過整體圓心的截面的兩母線成90º的角，且每根母線與中心線的夾角為45º，假設同一截面內(nèi)的成對加工的母線的兩交點在同一水平面內(nèi)，加工后的滾道內(nèi)腔的截面圖總是如圖三、圖四、圖五所示。
延長圖3中右邊的兩根母線與另兩根母線相交，再作出四根母線的兩根中心線和通過中必線交點的垂直、水平線，連接分形面（φ2820的圓柱面）與母線的交點后可知，四根母線所形成的圖開總為對角線為垂直和水平線的正方形，垂直對角線所形成的圓柱面直徑D為φ（2820+2P），見圖6(同樣，上面圖三的D為φ（2820-2P），省略)。
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支撐并固定起上下內(nèi)圈（250mm以上），讓外齒圈自然下垂（見圖8），使中心線與水平線成45º角的滾子與滾道母線接觸，這時外齒圈的上平面與上下內(nèi)圈的上平面的相對位移與初始位置比較變化了H1；支撐并固定起外齒圈（250mm以上），讓上下內(nèi)圈自然下垂（見圖9），使中心線與水平線成135º角的滾子與滾道母線接觸，這時外齒圈的上平面與上下內(nèi)圈的上平面的相對位移與初始位置比較變化了H2。圖八與圖九這兩個極限總的高度差為H=H1+H2。
6 安裝
認真清洗，滾子嚴格交叉相隔擺放，按圖紙要求，正確地定位三主體件的回火帶的相對位置，擰緊緊固件，試運行，在無任何故障的情況下，在內(nèi)腔的裝滾子部位塞滿黃油，完全組裝成一體，在主體外表面涂上機油并包扎。
結(jié)語
返修后回轉(zhuǎn)機構運轉(zhuǎn)情況至今良好，交叉滾子軸承無任何異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。這樣大大減少了資金的投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
[1]回轉(zhuǎn)支承型式、基本參數(shù)和技術要求.中華人民共和國機械工業(yè)部標準JB2300—841985年07-01實施.
[2] 郭遜.重型機械制造、裝配、工裝設計新技術新工藝與技術測量及相關標準規(guī)范實用手冊[M].
[3] 魏富海主編.現(xiàn)代工程機械故障診斷與排除、維護及檢修技術實務全書[M].
[4] 大型薄壁軸承45°內(nèi)外滾道面的磨削加工[J]. 一重技術 ,2002.
[5] 大型薄壁交叉滾子軸承內(nèi)外圈45°滾道面的磨削加工[J] .重型機械科技,2004.2.
陳巧蓮（1966－），女，高級講師，主要從事機械設計創(chuàng)新與教學工作。
6 安裝
認真清洗，滾子嚴格交叉相隔擺放，按圖紙要求，正確地定位三主體件的回火帶的相對位置，擰緊緊固件，試運行，在無任何故障的情況下，在內(nèi)腔的裝滾子部位塞滿黃油，完全組裝成一體，在主體外表面涂上機油并包扎。
結(jié)語
返修后回轉(zhuǎn)機構運轉(zhuǎn)情況至今良好，交叉滾子軸承無任何異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。這樣大大減少了資金的投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
[1]回轉(zhuǎn)支承型式、基本參數(shù)和技術要求.中華人民共和國機械工業(yè)部標準JB2300—841985年07-01實施.
[2] 郭遜.重型機械制造、裝配、工裝設計新技術新工藝與技術測量及相關標準規(guī)范實用手冊[M].
[3] 魏富海主編.現(xiàn)代工程機械故障診斷與排除、維護及檢修技術實務全書[M].
[4] 大型薄壁軸承45°內(nèi)外滾道面的磨削加工[J]. 一重技術 ,2002.
[5] 大型薄壁交叉滾子軸承內(nèi)外圈45°滾道面的磨削加工[J] .重型機械科技,2004.2.
陳巧蓮（1966－），女，高級講師，主要從事機械設計創(chuàng)新與教學工作。
