1、轴承的作用和工作条件
TY320型液力变矩器上的7215轴承是以背靠背形式成对安装的角接触球轴承,(轴承后置代号加/DB)。轴承的内套圈安装在涡轮轮毂上,外套圈安装在泵轮接盘上,轴承的一个重要作用是轴向定位,也就是保证液力变矩器的泵轮、涡轮和导轮之间的轴向有一定间隙,使液力变矩器在工作时三轮不发生碰撞和摩擦。如这对轴承损坏了,三轮间就会碰撞摩损,液力变矩器就无法正常工作。
这对轴承在液力变矩器中工作状态的温度为100℃左右。内、外套圈分别随涡轮和泵轮旋转,内、外套圈的相对转速在很大范围之间频繁变动。推土机的工作状况是推土-倒退-行走-推土,所以轴承受到的轴向载荷也是频繁变动的。特别在推土时遇到大石块或树根,载荷突然升高,泵轮随发动机转速不变,涡轮转速迅速下降、扭矩迅速增大,轴承内、外套圈的相对转速也会突然提高,并同时受到很大的轴向冲击载荷。
2、轴承的损坏情况和原因分析
根据对几例轴承损坏情况的检查发现,在这对背靠背安装的轴承中,如图1所示,左边的轴承损坏严重,钢板冲压保持架变形断裂,滚珠表面磨损变形,轴承内、外套圈滚道受轴向冲击的一边轴肩被挤压拓平。这种情况说明轴承频繁受到的如图1所示单边轴向冲击载荷很大,也就是推土机经常超负荷工作。而右边轴承没有损坏。这说明成对安装轴承的预紧载荷量不合适。另外检查润滑油中所含杂质较多,这从滚珠和滚道表面有许多点蚀现象也反映油质不清洁。这说明对润滑油滤器保养不到位。
造成轴承损坏的原因是复杂的,轴承经常在高温中工作,会降低轴承的强度;推土机频繁超负荷工作使轴承频繁受到很大的轴向冲击,造成滚珠和滚道塑性变形而损坏;润滑油不清洁会造成轴承的早期磨损。这些原因归结起来就是操作者对推土机的过度使用和保养不当,使轴承在很恶劣的条件下长时间工作,各种不良影响同时作用于某个轴承,就造成个别轴承的早期损坏。为使液力变矩器的故障率降低为零,对轴承在设计、制造、选用和安装工艺多方面制定了专门的要求。
3、轴承在设计、制造和选用方面的专门要求
为提高这对轴承在较为恶劣工作条件下的可靠性,在轴承的设计、制造和选用方面提出专门的要求:
3.1 对接触角的选择
7215轴承是角接触球轴承,角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷,其轴向载荷能力由接触角决定,接触角越大承受轴向载荷能力越大。角接触球轴承有三种接触角的规格,分别为15°、25°和40°,原TY320液力变矩器上选用25°接触角的轴承,40°接触角的轴承适用于承受较大的轴向载荷,这对轴承在推土机重负荷工作时要承受很大的轴向冲击载荷,所以我们改选用接触角为40°的7215B/DB轴承。(后置代号B表示接触角为40°)
3.2 对内套圈的优化设计
7215B/DB轴承的内套圈有两种规格,一种内套圈滚道两边轴肩的直径是相同的,由于角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷,这样内套圈滚道一边的轴肩不会受到轴向载荷,另一边的轴肩又承受不了很大的轴向冲击载荷。经优化设计,在相同重量的情况下,另一种规格内套圈滚道两边轴肩的直径是不相同的,不承受轴向载荷一边的轴肩直径减小,承受轴向载荷一边的轴肩直径加大,这样就使这种规格的轴承能承受更大的轴向冲击载荷。所以我们选用后一种规格的优化设计的内套圈。
3.3 对保持架材料和式样的要求
保持架所受的机械应力来自摩擦力、应变力和惯性力,同时还受到某些润滑油及其老化生成物、有机杂质等化学物质的侵蚀,因此保持架材料的选择对轴承运行可靠性影响很大。由于轴承在较高温度中工作,不能采用酚醛层压布管实体保持架或尼龙保持架,并且频繁受到很大轴向冲击载荷,所以我们选用黄铜实体保持架的7215BM/DB轴承。(后置代号M表示黄铜实体保持架)。由于轴承内、外套圈滚道两边轴肩不同直径的结构,留给保持架的空间就不大了。如采用内套圈引导式的保持架,则保持架的厚度就较薄,为加强保持架的强度,保持架设计为滚珠引导的锥台式的保持架。
3.4 对预紧变形量δ的确定
成对安装的角接触球轴承是在轴承生产中已考虑到预紧变形量的大小,在相配对的两个轴承的内套圈或外套圈的端面上,磨去一定的预紧变形量δ,当将这对轴承安装到轴承部件上去时,用紧固装置压紧相应端面,两轴承即处于预紧状态。如图2所示。
对轴承预紧的目的是:增加轴承的刚度;使旋转轴在轴向和径向正确定位,提高轴的旋转精度;降低轴承部位的振动和噪音;防止滚动体的自转和公转打滑现象;增大轴承内部负荷区域,提高轴承内部负荷分布的合理性;补偿因磨损造成的轴承内部游隙变化;合理的预紧可以防止振纹损伤和减少摩擦磨损;延长轴承寿命。
轴承信息港营管部获悉:但是预紧变形量过大,会使轴承工作时摩擦力矩增大,导致轴承的过热和使用寿命下降。因此要根据载荷情况和使用要求选取恰当的预紧变形量,并经过试验确定合适的预紧变形量。
实际轴承在工作状态、安装状态、自然状态、制造状态这四种状态下的预紧变形量是不同的。工作状态温度升高使预紧变形量增大,安装状态孔和轴的过盈量也使预紧变形量增大,所以轴承在制造状态时的预紧变形量要小于工作状态时的预紧变形量,小多少是根据工作状态时的温度和安装孔和轴的公差来决定的。我们经过实际安装和试验运转,已确定了最合适的预紧变形量。
4 轴承在安装工艺方面的专门要求
安装过程中的操作不当,是造成轴承的早期损坏的重要隐患。我们在轴承安装工艺方面也提出专门要求:
4.1 不允许用敲击法安装轴承,必须用压入法安装轴承。
4.2 必须用按压入法设计的专用工装安装轴承。
4.3 压入轴承外套圈时,必须垫实泵轮接盘轴承孔下的孔肩,防止压到底时造成孔肩根部的内伤。
4.4 压入内套圈前,单配定位罩与轴承端面的间隙达到装配工艺要求,如图3所示。
4.5 压入内套圈时必须用导向装置,防止压偏造成轴面损伤。
4.6 内套圈压板的两螺栓必须在泵轮与泵轮接盘36个螺栓拧紧后再可拧紧。
4.7 安装好后转动泵轮接盘无异常摩擦感觉,相对输出轴转动时,可有点预紧的连动感觉,不能与输出轴咬死。
取两只量杯,其中一个盛有待检查的润滑油,另一只空放在桌面上,将盛满润滑油的量杯举高离开桌面30-40厘米并倾斜,让润滑油慢慢流到空杯中,观察其流动情况,质量好的润滑油油流时应该是细长、均匀、连绵不断,若出现油流忽快忽慢,时而有大块流下,则说润滑油已变质。
手捻法
将润滑油捻在大拇指与食指之间反复研磨,较好的润滑油手感到有润滑性、磨屑少、无摩擦,若感到手指之间的砂粒之类较大摩擦感,则表明润滑油内杂质多,不能再用,应更换新润滑油。
光照法
在天气晴朗的日子,用螺丝刀将润滑油撩起,与水平面成45度角。对照阳光,观察油滴情况,在光照下,可清晰地看到润滑油中无磨屑为良好,可继续作用,若磨屑过多,应更换润滑油。
油滴痕迹法
轴承信息港营管部获悉:取一张干净的白色滤试纸,滴油数滴在滤试纸上,待润滑油渗漏后,若表面有黑色粉末,用手触摸有阻涩感,则说明润滑油里面杂质已很多,好的润滑油无粉末,用手摸上去干而光滑,且呈黄色痕迹。