大包轉(zhuǎn)臺(tái)用推力關(guān)節(jié)軸承

何國輝

(福建龍溪軸承(集團(tuán))股份有限公司,福建 漳州 363000)

大包轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄技術(shù)的重要組成部分，是連鑄機(jī)的主要平臺(tái)設(shè)備，其主要任務(wù)是支承鋼包，將鋼包由受包位回轉(zhuǎn)到澆鑄位。鋼包升降由兩支升降液壓油缸推動(dòng)，油缸兩端各連接一套推力關(guān)節(jié)軸承，承受鋼包及提升臂的全部質(zhì)量并隨油缸升降做來回?cái)[動(dòng)，工況極其惡劣。因此，有必要對大包轉(zhuǎn)臺(tái)用推力關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行研究。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 摩擦副的選擇

大包轉(zhuǎn)臺(tái)推力關(guān)節(jié)軸承(圖1)承受的軸向載荷很大，轉(zhuǎn)速較低，在±12°范圍內(nèi)每天擺動(dòng)15次，環(huán)境溫度在80 ℃以內(nèi)，周圍環(huán)境較臟，可能會(huì)有臟物進(jìn)入，在擺動(dòng)過程中承受一定的沖擊，但不應(yīng)出現(xiàn)振動(dòng)的聲音。在這種工況下，采用現(xiàn)有的表面硬度較軟的PTFE織物和PTFE復(fù)合材料作為摩擦副，存在臟物損傷自潤滑層而縮短使用壽命的可能。因此在設(shè)計(jì)中選用了新型的雙金屬自潤滑材料做摩擦副，如圖2所示。該材料是鋼和銅經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成，銅層彌散著一定比例的固體自潤滑材料。采用此種材料主要基于以下幾個(gè)原因：(1)雙金屬材料的銅層里彌散著固體自潤滑材料；(2)銅層比鍍鉻層軟，沖擊時(shí)不會(huì)產(chǎn)生聲音，也不會(huì)咬合在一起；(3)其在工作中既可以不加潤滑脂，也可以加潤滑脂，加潤滑脂后的摩擦系數(shù)非常低，小于0.1；(4)其中的固體自潤滑材料在運(yùn)轉(zhuǎn)中可以在摩擦面形成轉(zhuǎn)移膜，使用壽命較長。

1.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

對采用新型摩擦副材料制成的推力關(guān)節(jié)軸承在自制的關(guān)節(jié)軸承摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。

1—座圈；2—密封圈；3—襯墊；4—軸圈；5—沉頭螺釘

圖2 雙金屬材料顯微組織圖

共試驗(yàn)了3套軸承，試驗(yàn)過程中不加油脂。試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)載荷P=32.5 kN，擺動(dòng)角度β=40°，擺動(dòng)頻率f=35 次/min。軸承失效的判定條件為溫度超過150 ℃或摩擦系數(shù)大于0.2。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果

從表1可知，軸承溫度最后達(dá)到150 ℃，試驗(yàn)機(jī)報(bào)警并停止試驗(yàn)，此時(shí)軸承的摩擦系數(shù)為0.2。

從試驗(yàn)后拆下來的軸承來看，雙金屬自潤滑材料銅層發(fā)生磨損，但磨損均勻，軸圈外球面有一層固體自潤滑材料轉(zhuǎn)移膜，銅層磨掉后，軸承軸圈鍍鉻球面與雙金屬材料的鋼背摩擦，造成溫度急劇升高，超過150 ℃。

從實(shí)時(shí)監(jiān)測的摩擦系數(shù)和溫升來看，軸承在正常磨損情況下，摩擦系數(shù)一直穩(wěn)定在0.1～0.15，溫度穩(wěn)定在85 ℃左右，實(shí)際壽命超過了計(jì)算壽命，可見該軸承采用這種雙金屬自潤滑材料作為摩擦副是合適的。

1.3 雙金屬自潤滑材料的固定

一般關(guān)節(jié)軸承的自潤滑材料的固定方式都采用膠粘劑粘貼固化。但雙金屬自潤滑材料采用此固定方式存在以下問題：(1)如果周圍環(huán)境溫度較高，膠粘劑容易老化；(2)自潤滑材料嚴(yán)重磨損導(dǎo)致關(guān)節(jié)軸承失效后,自潤滑材料不可更換，使得軸承不能重復(fù)使用；(3)較大的沖擊時(shí)，膠粘層容易失效；(4)雙金屬材料厚度為2～3 mm，較難粘貼。基于以上問題，采用螺釘固定方式，同時(shí)把雙金屬材料的固定孔預(yù)先整成錐形，與座圈的錐孔配合，用螺釘鎖緊，以防止雙金屬材料在重載擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滑移。此固定方式不僅可靠，而且使軸承的修復(fù)變得簡單。

1.4 潤滑槽的設(shè)計(jì)

由于大包轉(zhuǎn)臺(tái)工作環(huán)境較臟，同時(shí)軸承在使用過程中會(huì)磨掉不少銅屑，這些臟物會(huì)粘在球面上，從而影響軸承的使用壽命。如果球面上有少許的潤滑脂可以把摩擦系數(shù)從0.12左右降到0.08左右，從而提高軸承的使用壽命，因此，在大包轉(zhuǎn)臺(tái)維護(hù)時(shí)，可以添加鋁基潤滑脂。

為了使?jié)櫥茉诟咻d荷下到達(dá)承載區(qū)，在座圈外徑上均布設(shè)計(jì)3個(gè)注脂孔，在雙金屬材料的球面上加工兩條徑向潤滑槽；同時(shí)每片雙金屬材料之間的間隙作為軸向潤滑槽，與注脂孔相交(圖3)。此設(shè)計(jì)使?jié)櫥軌虻竭_(dá)球面的每個(gè)地方。

圖3 座圈潤滑槽示意圖

2 加工要點(diǎn)

2.1 雙金屬材料的加工與整形

由于每片未成形前的雙金屬材料的四周都是圓弧，且加工精度對雙金屬材料能否準(zhǔn)確裝配至關(guān)重要，采用了加工中心加工雙金屬材料外形和固定孔，這樣才能保證雙金屬材料的尺寸穩(wěn)定性，保證雙金屬材料能夠互換。

整形是制造過程中難度最大的工序，雙金屬材料厚度為2～3 mm，由兩種不同的金屬組成，在整形過程中反彈很大，需要反復(fù)修改整形模具才能達(dá)到要求，一旦反彈量掌握不好，就會(huì)造成模具報(bào)廢，損失較大。整形模具采用徑向整形的結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。利用該模具對雙金屬材料進(jìn)行整形，下料后可使其直接成形，省去了預(yù)成形工序；最關(guān)鍵在于它可以根據(jù)不同型號的反彈量反復(fù)修模以達(dá)到所要求的尺寸，且成形效果好于軸向整形的模具結(jié)構(gòu)。整形模具為一個(gè)球臺(tái)，在數(shù)控加工中需要在模具對面同時(shí)加工一個(gè)模具(主要用于配重和測量尺寸)。由于是斷續(xù)切削，加工效率不高，同時(shí)球的對稱度測量存在難點(diǎn)，所以整形模具加工質(zhì)量直接影響雙金屬材料的成形質(zhì)量。

圖4 整形模具

2.2 軸圈、座圈的加工

軸圈、座圈都采用數(shù)控車床加工，由于尺寸很大，裝夾一次要花很長時(shí)間。測量軸圈、座圈的球徑尺寸和球位時(shí)，為了提高效率和精度，需要在線測量，以避免反復(fù)裝夾。根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度高的特點(diǎn)，把千分表裝在刀架上，通過刀架的x和y坐標(biāo)的移動(dòng)，與基準(zhǔn)面的尺寸相比較，測量出球面上3個(gè)截面的尺寸和變動(dòng)量，如果和預(yù)先計(jì)算出來的尺寸一致，就證明加工的球徑和球位是準(zhǔn)確的。把加工好的軸圈、座圈放在三坐標(biāo)機(jī)上測量，與在線測量的結(jié)果一致，表明這種在線測量的方法是可靠的。

這樣加工軸圈、座圈的球徑尺寸是統(tǒng)一的，可使用戶在安裝時(shí)對軸圈、座圈隨意組配。

座圈的固定孔用來固定雙金屬材料，如果加工精度達(dá)不到要求，雙金屬材料就無法固定。加工時(shí)，鉆頭要對準(zhǔn)球面的法線，而且工作臺(tái)要準(zhǔn)確分度。為此，設(shè)計(jì)了專用的鉆床加工，固定鉆頭的卡夾可以準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)任意角度，工作臺(tái)可以快速準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)分度，加工出來的孔尺寸穩(wěn)定性好，加工效率高。

3 結(jié)束語

根據(jù)大包轉(zhuǎn)臺(tái)推力關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)速低、承載大、承受一定沖擊的特點(diǎn)，采用雙金屬自潤滑材料做為軸承的摩擦副。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，確定了雙金屬自潤滑材料固定方式與潤滑槽的結(jié)構(gòu)形式，在加工工藝上，解決了雙金屬自潤滑材料的整形與軸、座圈的加工難點(diǎn)，產(chǎn)品滿足客戶需求，在國內(nèi)各大鋼廠得到廣泛使用，替代了進(jìn)口產(chǎn)品。