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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(jī)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(jī)出廠后六個(gè)月以內(nèi)。這不但嚴(yán)重困擾著回轉(zhuǎn)支承制造廠產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù)，同時(shí)也對(duì)主機(jī)廠產(chǎn)
品市場(chǎng)造成不利影響，因此認(rèn)真解決好這一問題是回轉(zhuǎn)支承制造廠和主機(jī)廠的共同的目標(biāo)和責(zé)任，也是雙方進(jìn)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(jì)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(jī)配套回轉(zhuǎn)支承二萬余套，除挖掘機(jī)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(dāng)然，挖掘機(jī)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(jī)工況
要惡劣，回轉(zhuǎn)速度較快，沖擊負(fù)荷也較大，斷齒的可能性相應(yīng)地也大些，這也是不爭(zhēng)的事實(shí)。因此，挖掘機(jī)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(jī)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(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)支承齒輪的要求。雖然統(tǒng)計(jì)資料表明挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的概率大于其它主機(jī)
，但也僅限于極少的二、三種挖掘機(jī)上，大部分機(jī)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(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)20～22噸級(jí)的挖掘機(jī)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(jí)基本一致，國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)齒高和標(biāo)準(zhǔn)壓力角。回轉(zhuǎn)支承齒輪周向許用力Ｐ可按下
式計(jì)算：
P=Kz*m*b/78 (噸)
式中 Kz=(z/150)^(±0.09)外齒取＋；內(nèi)齒取－
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(jí)的挖掘機(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)支承齒輪負(fù)荷要求，但在該級(jí)別中個(gè)別機(jī)型出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)支承
早期斷齒率卻高達(dá)2%，其它絕大部分機(jī)型無此現(xiàn)象發(fā)生。
③ 通過對(duì)多起早期斷齒實(shí)物的分析研究發(fā)現(xiàn)，大部分?jǐn)帻X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(kuò)張所致。齒輪受擠壓而產(chǎn)生的塑性變
形也相當(dāng)明顯，且上部較下部嚴(yán)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(rèn)為：造成挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承早期斷齒的作用力并非是周向回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，而是與之嚙合的小齒輪對(duì)其施
加的徑向擠壓力，且擠壓時(shí)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(duì)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(duì)傾斜，同時(shí)產(chǎn)生沿回轉(zhuǎn)支承徑向與大臂反方向的相對(duì)位移，位移量與回轉(zhuǎn)支承徑向間隙相當(dāng)。因與
回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪安裝在大臂的相反方向，當(dāng)兩者齒側(cè)間隙過小時(shí)，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(dān)的負(fù)荷卻由齒輪擔(dān)當(dāng)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(jìn)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(bǔ)償齒側(cè)間隙的不足，隨著回轉(zhuǎn)支承
滾道的進(jìn)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(duì)大齒輪的擠壓力是
地面對(duì)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(rèn)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(hào)的挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支承的齒輪壓力角分別為25°和27°，國(guó)
內(nèi)合資廠也有采用。這對(duì)提高齒輪抗徑向擠壓能力是有效的。
當(dāng)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(jī)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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