重型轉爐耳軸剖分軸承結構設計

焦陽，王金成，范強

(洛陽LYC軸承有限公司 技術中心，河南 洛陽 471039)

隨著我國節能減排、環境治理的深入推進，大批中小型轉爐作為落后產能逐步被淘汰，而250 t以上的重型轉爐憑借生產效率高、環境污染小的優點，正逐漸替代中小型轉爐，成為新的發展趨勢。

重型轉爐耳軸驅動端和非驅動端各安裝一套特大型調心滾子軸承，外形尺寸和重量均非常大，用于承受爐體、鋼水、托圈和傾動裝置等重量，可承受較大的徑向和軸向載荷，具有補償軸承座不對中和耳軸撓曲的能力[1]。驅動端軸承位于爐體和傾動機構大齒輪之間，若采用整體調心滾子軸承，不便于拆卸，維護成本高且影響正常生產[2]。

近年來，許多鋼廠用剖分調心滾子軸承替代驅動側整體調心滾子軸承，以便于更換和維護，節約成本，提高生產效率。但重型轉爐耳軸部分軸承內、外徑和寬度均很大，其保持架結構形式、外圈剖切和安裝定位、內圈連接及加工定位等問題均不同于傳統的剖分調心滾子軸承，需要對其進行專門設計。

1 保持架結構設計

1.1 傳統保持架結構

傳統的剖分調心滾子軸承主要有支柱焊接半保持架和雙爪半保持架整體結構2種形式。

采用支柱焊接半保持架的剖分調心滾子軸承如圖1所示，其采用空心滾子，滾子中心有支柱孔，支柱穿入滾子支柱孔內，兩端焊接在兩側的半保持架擋圈上。但滾子支柱孔受加工條件限制，加工表面粗糙，應力集中嚴重，在承受大載荷并伴隨沖擊時容易引起滾子碎裂。另外，由于焊接導致的半保持架擋圈熱變形，使支柱與半保持架擋圈的回轉中心徑發生變化，容易引起支柱與滾子干涉、摩擦甚至被切斷，可靠性較低。

采用雙爪半保持架整體結構的剖分調心滾子軸承如圖2所示，2列滾子由中間的雙爪半保持架引導，兩端各一個半保持架蓋通過螺釘固定在半保持架上，從而形成2列滾子和半保持架的組件。為便于安裝，內圈一般沒有固定中擋邊，而是由半保持架與滾子內端面接觸，起到軸向引導滾子的作用。這種結構保持架僅適用于尺寸小、重量輕的軸承，對于重型轉爐用特大型剖分軸承，當承受較大軸向載荷時，引導滾子端面的半保持架往往會因強度不足造成磨損。另外，滾子和半保持架組件尺寸和重量均非常大，當受到沖擊、振動時容易出現2列滾子轉速差及受力不均衡，從而造成保持架變形甚至斷裂。保持架安裝和拆卸也不便。

1—半外圈；2—半緊固圈；3—半緊固圈螺釘；4—半內圈；5—支柱；6—半保持架小墊圈；7—半保持架大墊圈；8—滾子圖1 支柱焊接半保持架耳軸剖分軸承結構示意圖

1—半外圈；2—半緊固圈；3—半緊固圈螺釘；4—半內圈；5—半保持架螺釘；6—半保持架蓋；7—半保持架；8—滾子圖2 雙爪半保持架整體結構耳軸剖分軸承結構示意圖

1.2 改進后保持架結構

為克服傳統保持架結構的缺陷，重型轉爐剖分軸承改進采用單爪半保持架。如圖3所示，每列滾子由一個單爪半保持架引導，滾子裝入半保持架兜孔內，外側的半保持架蓋通過螺釘與半保持架連接在一起。滾子、半保持架和半保持架蓋組成滾子和半保持架組件，一列滾子和半保持架組成一個完整的滾子和保持架組件。2列滾子和保持架組件中間有一定的軸向間隙，2列組件各自在軸承內、外圈之間獨立運轉，互不干涉。

此結構采用實心滾子，兼具雙爪半保持架整體結構高可靠性的優點。而且，當軸承受到沖擊、振動時，又避免了雙爪半保持架整體結構因2列滾子的轉速差及受力不均衡造成的保持架變形甚至斷裂的風險。當其中一列滾子和保持架組件產生歪斜的趨勢時，另一列組件可起到引導、扶正的作用。半保持架上帶有若干個吊裝孔，滾子和半保持架組件可以單獨移動、安裝和拆卸，便于裝配和維護。

1—半外圈；2—半緊固圈；3—半緊固圈螺釘；4—半內圈；5—半保持架螺釘；6—半保持架蓋；7—半保持架；8—滾子圖3 單爪半保持架耳軸部分軸承結構示意圖

另外，該結構軸承內圈帶有固定中擋邊，與滾子端面接觸，當滾子軸向受力產生歪斜時，內圈固定中擋邊對滾子起到支承作用，比內圈沒有固定中擋邊的雙爪半保持架整體結構具有更大的軸向承載能力。

2 外圈剖切及安裝定位

剖分調心滾子軸承外圈安裝在剖分軸承座內，軸承座與外圈軸向有間隙，軸承受力時兩半外圈會產生軸向錯位。如圖4所示，傳統的耳軸剖分調心滾子軸承外圈是V形切口，采用線切割加工，鉬絲從外圈中間的工藝孔穿過，分別向外圈兩端切割。而對于重型轉爐耳軸軸承，熱處理及冷加工過程中殘余應力較大，如果采用上述加工方式，由于軸承寬度大，鉬絲行程長，線切割過程中局部殘余應力釋放，外圈會產生很大的局部變形，容易導致外圈掉塊甚至崩裂。由于產品成本投入大，剖切風險很高。

圖4 傳統耳軸剖分軸承外圈結構圖

為了降低剖切加工風險，提高生產效率，重型轉爐耳軸剖分軸承外圈線切割時，鉬絲沿與軸承軸線成6°夾角的斜線從外徑面向內徑面切割，當切割到內、外徑面的中間位置時，旋轉鉬絲切割出一圓形工藝小孔，將鉬絲沿切口從外徑面退出，再從內徑面向外徑面切割到圓形工藝小孔位置，如圖5、圖6所示。這樣鉬絲切割行程短，應力釋放過程中外圈局部變形小，且在最后切割內、外徑面中間增加了圓形工藝小孔，提前釋放了應力，大大降低了外圈的線切割加工風險。

圖5 重型轉爐耳軸剖分軸承外圈結構圖

圖6 重型轉爐耳軸剖分軸承外圈剖切示意圖

為實現兩半外圈的軸向定位，在外圈油槽上設計了一個圓柱形盲孔，線切割時剖切線經過盲孔中心。在軸承裝配時盲孔內安裝一圓柱定位銷，其高度低于油槽，防止其阻斷油槽內潤滑油的圓周流動，從而實現兩半外圈的軸向定位。

3 內圈連接及加工定位

如圖1、圖2所示，傳統的剖分調心滾子軸承內圈是通過兩端的緊固圈實現連接的，但是重型轉爐耳軸剖分軸承內圈較寬，如果僅靠兩端的緊固圈連接，當軸承承受較大的徑向載荷時，兩半內圈中部會由于受力變形產生比較大的縫隙，將極大影響軸承的正常運轉。在此基礎上，在單爪半保持架耳軸剖分軸承兩半內圈中間的固定中擋邊上又增加了2個連接螺釘，從而提高軸承的可靠性(圖3)。

對于該軸承，兩半內圈通過緊固圈連接后需配磨，由于內圈剖切后橢圓變形比較大，兩半內圈會出現一定程度的徑向錯位，容易導致軸承配磨時徑向跳動超差。為解決這一問題，在內圈端面上設計了2個圓柱形盲孔(圖7)，線切割鉬絲沿盲孔中心穿過，合套配磨時，根據孔徑大小配以圓柱銷塞入盲孔中，確保兩半內圈徑向準確定位，從而保證后續的配磨加工精度。

圖7 重型轉爐耳軸軸承內圈結構圖

4 結束語

重型轉爐耳軸剖分調心滾子軸承采用實心滾子、單爪半保持架結構，與支柱焊接半保持架結構相比具有可靠性高的優點，與雙爪半保持架整體結構相比具有結構強度高，耐沖擊，移動、安裝和拆卸方便的優點；外圈采用斜切口，與傳統的V形切口相比具有剖切風險低的特點，并且在兩半外圈上設置有軸向定位裝置；內圈除緊固圈連接外在固定中擋邊上增設連接螺釘，使兩半內圈緊密貼合，并設有徑向定位裝置，確保配磨加工精度。

改進結構的部分調心滾子軸承已經在350 t和260 t轉爐耳軸上得到了應用和驗證，成功替代了國外同類產品。