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回轉(zhuǎn)支承早期斷齒分析及解決措施 |
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造成挖掘機用回轉(zhuǎn)支承早期失效的主要原因有二條：一是斷齒；二是滾道破壞。其中，斷齒是主要原因，占90％以
上，且絕大多數(shù)發(fā)生在挖掘機出廠后六個月以內(nèi)。這不但嚴重困擾著回轉(zhuǎn)支承制造廠產(chǎn)品質(zhì)量信譽，同時也對主機廠產(chǎn)
品市場造成不利影響，因此認真解決好這一問題是回轉(zhuǎn)支承制造廠和主機廠的共同的目標和責任，也是雙方進一步合作
共同發(fā)展的根本保證。
因斷齒而使回轉(zhuǎn)支承早期失效的根本原因是什么呢？設(shè)計問題；制造問題，材質(zhì)問題；裝配問題還是使用問題。透
過下列現(xiàn)象不難發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)之所在：
① 在過去的十二年里，馬鞍山回轉(zhuǎn)支承廠共為各類主機配套回轉(zhuǎn)支承二萬余套，除挖掘機行業(yè)外，僅有一起回轉(zhuǎn)
支承斷齒記錄，而且是發(fā)生在晚期。當然，挖掘機的工況較塔吊、汽車吊等其它大部分使用回轉(zhuǎn)支承的行業(yè)的主機工況
要惡劣，回轉(zhuǎn)速度較快，沖擊負荷也較大，斷齒的可能性相應(yīng)地也大些，這也是不爭的事實。因此，挖掘機用回轉(zhuǎn)支承
的模數(shù)較同一滾道直徑的其它行業(yè)主機用回轉(zhuǎn)支承要大一檔，而且是硬齒面（一般在47HRC～58HRC之間選取不同的硬度
段），基本滿足了挖掘機對回轉(zhuǎn)支承齒輪的要求。雖然統(tǒng)計資料表明挖掘機用回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的概率大于其它主機
，但也僅限于極少的二、三種挖掘機上，大部分機種極少有回轉(zhuǎn)支承早期斷齒事故發(fā)生。
② 從我們掌握的資料分析，國內(nèi)外絕大多數(shù)20～22噸級的挖掘機使用的回轉(zhuǎn)支承齒輪模數(shù)都為10mm（或徑節(jié)
=2.5），熱處理和精度等級基本一致，國產(chǎn)挖掘機一般采用標準齒高和標準壓力角�；剞D(zhuǎn)支承齒輪周向許用力Ｐ可按下
式計算：
P=Kz*m*b/78 (噸)
式中 Kz=(z/150)^(±0.09)外齒�。�；內(nèi)齒�。�
z－齒數(shù)m－模數(shù)mmb－齒寬mm
若設(shè)齒寬b=80；齒數(shù)z=90～110；且為內(nèi)嚙合，則齒輪周向許用力為：
p=(90～110/150)^(-0.09)*10*80/78
=10.74～10.55(噸)
可見齒輪的周向許用力能夠滿足該噸級的挖掘機對回轉(zhuǎn)支承齒輪負荷要求，但在該級別中個別機型出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)支承
早期斷齒率卻高達2%，其它絕大部分機型無此現(xiàn)象發(fā)生。
③ 通過對多起早期斷齒實物的分析研究發(fā)現(xiàn)，大部分斷齒發(fā)生在沿齒寬方向的上半部，一半以上的斷裂面與輪齒
的上端面相交，并成45°～60°左右的夾角，即使全齒脫落其裂紋也是自上而下擴張所致。齒輪受擠壓而產(chǎn)生的塑性變
形也相當明顯，且上部較下部嚴重得多，整圈齒槽寬都有不同程度變化，從下至上、從根至頂齒槽寬遞增。
我們是否可以認為：造成挖掘機回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的作用力并非是周向回轉(zhuǎn)驅(qū)動力，而是與之嚙合的小齒輪對其施
加的徑向擠壓力，且擠壓時小齒輪的軸線與回轉(zhuǎn)支承齒輪軸線不平行。該力產(chǎn)生于挖掘過程中地面對斗的反作用力，由
于回轉(zhuǎn)支承有間隙的原故，與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈分別聯(lián)接的上下兩部分在傾覆力矩的作用下，將發(fā)生在回轉(zhuǎn)支承通過大臂
的軸向剖面上的相對傾斜，同時產(chǎn)生沿回轉(zhuǎn)支承徑向與大臂反方向的相對位移，位移量與回轉(zhuǎn)支承徑向間隙相當。因與
回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪安裝在大臂的相反方向，當兩者齒側(cè)間隙過小時，位移尚未完成，小齒輪便壓上大齒輪，這種情
況下本應(yīng)由回轉(zhuǎn)支承滾道承擔的負荷卻由齒輪擔當了，由于小齒輪是懸臂安裝原本傾斜的軸線在擠壓力的反作用下進一
步加劇，致使作用在大齒輪上的擠壓力集中在齒寬的上部。開始齒輪由塑性變形來補償齒側(cè)間隙的不足，隨著回轉(zhuǎn)支承
滾道的進一步磨合，其徑向間隙漸漸加大，而變形量卻是有限的。通過受力分析可以看到：小齒輪對大齒輪的擠壓力是
地面對斗的反作用力的幾倍甚至十幾倍，并且作用在齒廓上的力將被再一次放大，壓力角越小放大系數(shù)越大。這一經(jīng)過
兩次放大的力足以造成大小齒輪斷齒。以上分析的結(jié)論與第③條現(xiàn)象是吻合的。
因此，筆者認為：回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的根本原因是與小齒輪的配合側(cè)隙過小。建議側(cè)隙值不小于回轉(zhuǎn)支承徑向間隙
的1.25倍。值得參改的是，我廠近期為加拿大制造的四種型號的挖掘機用回轉(zhuǎn)支承的齒輪壓力角分別為25°和27°，國
內(nèi)合資廠也有采用。這對提高齒輪抗徑向擠壓能力是有效的。
當然，諸如回轉(zhuǎn)支承材質(zhì)缺陷；齒淬后殘余內(nèi)應(yīng)力較大、內(nèi)部有裂紋；因回轉(zhuǎn)支承滾道失效回轉(zhuǎn)卡滯；挖掘機違章
操作等也可導(dǎo)致回轉(zhuǎn)支承齒輪早期失效，但應(yīng)該分布面較廣且離散。
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