冶金齿轮箱轴承的应用技术（一）

冶金齿轮箱的种类与应用非常广泛，主要通过齿轮间的啮合与传动作用来实现加速、减速、改变传动方向、改变转动力矩或分配动力，以满足各种冶金设备动力传动的需求。冶金齿轮箱不仅用于各种主机设备，如棒线材、型材或板材的粗扎、精轧和立辊等主传动齿轮箱，而且也用于众多辅机设备传动系统，如飞剪、卷取机、穿孔机、纵切机以及输送滚道等。作为最关键的冶金设备之一，冶金齿轮箱能否稳定可靠地运行关系到整条生产线能否正常工作，一旦其出现故障将导致严重后果。冶金齿轮箱通常处于重负载、冲击载荷、高或低转速、高温或高污染等苛刻运行环境，正是由于工作环境的特殊性及连续可靠的工作需求，冶金齿轮箱对配用的轴承提出了更为严格的要求。采用高性能的轴承，正确选择轴承选型、公差配合、初始游隙以及安装尺寸是确保齿轮箱连续可靠工作的前提条件。

 轴承选型

 1.选择适合的轴承类型

　　冶金齿轮箱轴承一般采用双列滚子轴承组合来满足重负载和大功率的动力传动需求。滚子轴承以圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承及调心滚子轴承为主。冶金齿轮箱采用何种类型的轴承应由齿轮轴的受力工况及各类轴承的特点决定。双列圆锥滚子轴承具有良好的径向与轴向复合载荷能力，轴承内部游隙可调整，而且利于增强传动系统刚性，因此圆锥滚子轴承是冶金齿轮箱设计优先考虑的轴承类型。但圆锥滚子轴承也有不足之处，例如价格较高且不具备自调心和抗偏心能力，因此冶金齿轮箱也大量选用其他类型的轴承，如调心或圆柱滚子轴承。

 　　冶金齿轮箱经常混用不同类型的轴承以达到最优化设计的目的。与圆锥滚子轴承相比，调心滚子轴承成本较低，在特定受力条件下该轴承也能承受径轴向复合载荷。调心滚子轴承最大的优点是具备自调心能力，可在偏心条件下正常工作。当轴承外型尺寸相近，选用双列圆柱滚子轴承可获得更高的径向承载能力，但该类型轴承不能承受轴向载荷。通常在径向与轴向复合载荷条件选用圆柱滚子轴承时，需要采用添加止推轴承或其他类型的轴承来承受轴向负载。

 2.双列圆锥滚子轴承组合方式

采用双列圆锥滚子轴承组合时，轴承一端通常设为“固定端”， 即轴承内外圈端面均被顶紧不留间隙，起到轴向定位并承受轴向负载作用；另一端轴承为“浮动端”，用来吸收齿轮轴热膨胀及累积公差。“浮动端”轴承只承受径向载荷，轴承外圈端面与轴承座端盖及挡肩应预留足够间隙，以抵消受热膨胀后齿轮轴发生轴向位移，详细结构。为提高传递扭距，冶金齿轮箱大量选用斜齿轮的啮合方式。在重载条件下，斜齿轮不易产生冲击振动噪声、运转平稳且承载能力较大，因此斜齿轮在重载传动条件下优于直齿轮传动。

 但斜齿轮啮合时会产生额外的轴向推力并作用到“固定端”轴承。当轴向推力较大时，选用双列圆锥滚子轴承作为“固定端”，或者添加止推轴承均是理想的解决办法。当齿轮轴只有单个斜齿轮啮合，且齿轮轴“固定端”选用调心滚子轴承时，应注意轴承所受最大轴向与径向受力的比值关系。调心滚子轴承由于自身的结构特点，当轴承所受轴向力超过自身所受径向力1/3或1/4（根据具体轴承系列而定）时，轴承会出现单侧滚子受力，另一侧滚子空载的情况。不受力端滚子在旋转过程中无法在滚道中引导和定位，出现滚子歪斜、打滑和撞击保持架等情况，严重时可能导致保持架断裂，轴承提前失效。双列圆锥滚子轴承采用纯滚动及滚子端面挡边引导设计，通过控制轴承安装游隙，可用于较大轴向受力及单列滚子承载工况，两种类型轴承的特点与区别。“固定端”轴承承受径轴向复合载荷，为了分担轴承受力并提高使用寿命，“固定端”一般放在径向受力较小的一侧，“浮动端”放在径向受力较大一端。有时选用调心滚子轴承来提高轴承的轴向承载能力，也会将“固定端”放在径向受力较大的一侧，在这种情况下，“固定端”调心滚子轴承承载能力应高于“浮动端”轴承。

3.考虑实际工况和轴向载荷

锥型伞齿轮传动与斜齿轮较为相似，齿轮啮合时也会产生较大的轴向载荷，轴承选型也应参考实际工况与轴向载荷大小。人字形齿轮传动可当作成对使用但旋向相反的锥齿轮应用，人字形齿轮啮合时不会产生轴向推力，在轧机齿轮箱中应用较广。选用人字形齿轮啮合传动时，输入与输出轴只需设置一个“固定端”轴向定位齿轮即可，其余位置均应设为“浮动端”。“浮动端”轴承可采用圆柱或调心滚子轴承，“固定端”应选用轴向承载能力较强的双列圆锥滚子轴承。轴承优化选型设计“浮动端”轴承均采用单列圆柱滚子轴承。另外，在高速棒线材轧机齿轮箱应用中，高速输入轴经常采用特殊设计的双列圆锥滚子轴承来胜任高转速、频繁加速、减速、正转及反转等苛刻轴承应用条件。

4.考虑足够的承载能力

轴承选型时除正确选择轴承类型外，所选轴承是否具有足够的承载能力也是要考虑的关键因素。计算轴承受力得出轴承理论寿命是最常用的衡量轴承承载能力的方法。冶金齿轮箱根据不同的应用，一般都会有轴承最低理论寿命的要求，例如有些齿轮箱要求轴承最低寿命不低于5万h，有些应用要求不低于3万h。通常在计算轴承寿命时，为得到保守轴承寿命，一般轴承旋转速度选用平均工况条件转速来替代最高旋转速度。齿轮箱传动在功率恒定条件下，转速降低会导致扭矩提高，而扭矩提高会导致轴承受力变大。轴承寿命与转速成1∶1反比关系，但与受力成10倍关系，即轴承受力增大一倍，轴承寿命会降低10倍。对于一些重载及转速较低的应用，理论轴承寿命结果通常无法真实反映轴承性能，通常主要考虑轴承额定当量与轴承受力比值是否大于安全系数，更精确的方法是通过分析软件计算轴承滚子的最大接触应力。

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