焦陽，王金成，范強(qiáng)

(洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039)

隨著我國節(jié)能減排、環(huán)境治理的深入推進(jìn)，大批中小型轉(zhuǎn)爐作為落后產(chǎn)能逐步被淘汰，而250 t以上的重型轉(zhuǎn)爐憑借生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小的優(yōu)點，正逐漸替代中小型轉(zhuǎn)爐，成為新的發(fā)展趨勢。

重型轉(zhuǎn)爐耳軸驅(qū)動端和非驅(qū)動端各安裝一套特大型調(diào)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(bǔ)償軸承座不對中和耳軸撓曲的能力[1]。驅(qū)動端軸承位于爐體和傾動機(jī)構(gòu)大齒輪之間，若采用整體調(diào)心滾子軸承，不便于拆卸，維護(hù)成本高且影響正常生產(chǎn)[2]。

近年來，許多鋼廠用剖分調(diào)心滾子軸承替代驅(qū)動側(cè)整體調(diào)心滾子軸承，以便于更換和維護(hù)，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。但重型轉(zhuǎn)爐耳軸部分軸承內(nèi)、外徑和寬度均很大，其保持架結(jié)構(gòu)形式、外圈剖切和安裝定位、內(nèi)圈連接及加工定位等問題均不同于傳統(tǒng)的剖分調(diào)心滾子軸承，需要對其進(jìn)行專門設(shè)計。

1 保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 傳統(tǒng)保持架結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的剖分調(diào)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(jié)構(gòu)2種形式。

采用支柱焊接半保持架的剖分調(diào)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(nèi)，兩端焊接在兩側(cè)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(yīng)力集中嚴(yán)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(dǎo)致的半保持架擋圈熱變形，使支柱與半保持架擋圈的回轉(zhuǎn)中心徑發(fā)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(jié)構(gòu)的剖分調(diào)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(dǎo)，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(nèi)圈一般沒有固定中擋邊，而是由半保持架與滾子內(nèi)端面接觸，起到軸向引導(dǎo)滾子的作用。這種結(jié)構(gòu)保持架僅適用于尺寸小、重量輕的軸承，對于重型轉(zhuǎn)爐用特大型剖分軸承，當(dāng)承受較大軸向載荷時，引導(dǎo)滾子端面的半保持架往往會因強(qiáng)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(dāng)受到?jīng)_擊、振動時容易出現(xiàn)2列滾子轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖

1—半外圈；2—半緊固圈；3—半緊固圈螺釘；4—半內(nèi)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(jié)構(gòu)耳軸剖分軸承結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 改進(jìn)后保持架結(jié)構(gòu)

為克服傳統(tǒng)保持架結(jié)構(gòu)的缺陷，重型轉(zhuǎn)爐剖分軸承改進(jìn)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(dǎo)，滾子裝入半保持架兜孔內(nèi)，外側(cè)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(nèi)、外圈之間獨立運(yùn)轉(zhuǎn)，互不干涉。

此結(jié)構(gòu)采用實心滾子，兼具雙爪半保持架整體結(jié)構(gòu)高可靠性的優(yōu)點。而且，當(dāng)軸承受到?jīng)_擊、振動時，又避免了雙爪半保持架整體結(jié)構(gòu)因2列滾子的轉(zhuǎn)速差及受力不均衡造成的保持架變形甚至斷裂的風(fēng)險。當(dāng)其中一列滾子和保持架組件產(chǎn)生歪斜的趨勢時，另一列組件可起到引導(dǎo)、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(hù)。

1—半外圈；2—半緊固圈；3—半緊固圈螺釘；4—半內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖

另外，該結(jié)構(gòu)軸承內(nèi)圈帶有固定中擋邊，與滾子端面接觸，當(dāng)滾子軸向受力產(chǎn)生歪斜時，內(nèi)圈固定中擋邊對滾子起到支承作用，比內(nèi)圈沒有固定中擋邊的雙爪半保持架整體結(jié)構(gòu)具有更大的軸向承載能力。

2 外圈剖切及安裝定位

剖分調(diào)心滾子軸承外圈安裝在剖分軸承座內(nèi)，軸承座與外圈軸向有間隙，軸承受力時兩半外圈會產(chǎn)生軸向錯位。如圖4所示，傳統(tǒng)的耳軸剖分調(diào)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(zhuǎn)爐耳軸軸承，熱處理及冷加工過程中殘余應(yīng)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(yīng)力釋放，外圈會產(chǎn)生很大的局部變形，容易導(dǎo)致外圈掉塊甚至崩裂。由于產(chǎn)品成本投入大，剖切風(fēng)險很高。

圖4 傳統(tǒng)耳軸剖分軸承外圈結(jié)構(gòu)圖

為了降低剖切加工風(fēng)險，提高生產(chǎn)效率，重型轉(zhuǎn)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(nèi)徑面切割，當(dāng)切割到內(nèi)、外徑面的中間位置時，旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(yīng)力釋放過程中外圈局部變形小，且在最后切割內(nèi)、外徑面中間增加了圓形工藝小孔，提前釋放了應(yīng)力，大大降低了外圈的線切割加工風(fēng)險。

圖5 重型轉(zhuǎn)爐耳軸剖分軸承外圈結(jié)構(gòu)圖

圖6 重型轉(zhuǎn)爐耳軸剖分軸承外圈剖切示意圖

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

3 內(nèi)圈連接及加工定位

如圖1、圖2所示，傳統(tǒng)的剖分調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈是通過兩端的緊固圈實現(xiàn)連接的，但是重型轉(zhuǎn)爐耳軸剖分軸承內(nèi)圈較寬，如果僅靠兩端的緊固圈連接，當(dāng)軸承承受較大的徑向載荷時，兩半內(nèi)圈中部會由于受力變形產(chǎn)生比較大的縫隙，將極大影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，在單爪半保持架耳軸剖分軸承兩半內(nèi)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(nèi)圈通過緊固圈連接后需配磨，由于內(nèi)圈剖切后橢圓變形比較大，兩半內(nèi)圈會出現(xiàn)一定程度的徑向錯位，容易導(dǎo)致軸承配磨時徑向跳動超差。為解決這一問題，在內(nèi)圈端面上設(shè)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(jù)孔徑大小配以圓柱銷塞入盲孔中，確保兩半內(nèi)圈徑向準(zhǔn)確定位，從而保證后續(xù)的配磨加工精度。

圖7 重型轉(zhuǎn)爐耳軸軸承內(nèi)圈結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

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

改進(jìn)結(jié)構(gòu)的部分調(diào)心滾子軸承已經(jīng)在350 t和260 t轉(zhuǎn)爐耳軸上得到了應(yīng)用和驗證，成功替代了國外同類產(chǎn)品。