特大型轉(zhuǎn)盤軸承滾道淬火時(shí)支點(diǎn)布置對(duì)淬火效果的影響

鄒本輝，李巨章

(大連聯(lián)合風(fēng)電軸承有限公司，遼寧 瓦房店 116300)

特大型轉(zhuǎn)盤軸承滾道淬火通常采用中頻感應(yīng)加熱方式，考慮到滾道淬火的效果，工件通常是豎直稍向后傾斜放置，這有利于淬火冷卻均勻，從而保證滾道淬火質(zhì)量。但因工件較大，設(shè)備較為特殊，淬火過(guò)程中易發(fā)生工件爬行現(xiàn)象(此時(shí)工件停止轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)頭在同一地方繼續(xù)加熱)，導(dǎo)致滾道受熱嚴(yán)重不均，甚至出現(xiàn)燒傷或淬火裂紋，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。針對(duì)上述問(wèn)題，以HKVP3500型中頻感應(yīng)淬火機(jī)床加工1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承為例進(jìn)行分析，以期找到相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 問(wèn)題分析

HKVP3500型中頻感應(yīng)淬火機(jī)床工作狀態(tài)如圖1所示，床身導(dǎo)軌向后傾斜，角度約為γ=15°(圖2)。導(dǎo)軌上有上、下橫梁，可根據(jù)工件的直徑進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。上橫梁有滑動(dòng)座和輔助滾輪，可根據(jù)工件尺寸進(jìn)行左右位置的調(diào)整，在工件旋轉(zhuǎn)時(shí)起輔助支撐作用。下橫梁有長(zhǎng)度標(biāo)尺，下橫梁上的主動(dòng)軸和固定座位置固定不變，從動(dòng)軸及滑動(dòng)座可根據(jù)工件直徑進(jìn)行左右調(diào)整。工件主要靠主動(dòng)軸和從動(dòng)軸支撐。淬火時(shí)，工件在主動(dòng)軸帶動(dòng)下按一定速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，淬火感應(yīng)器位置不動(dòng)，通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置，保證工件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱和均勻冷卻，完成淬火加工。

1—導(dǎo)軌；2—上橫梁；3—下橫梁；4，11—滑動(dòng)座；5—從動(dòng)軸；6—主動(dòng)軸；7—固定座；8—淬火感應(yīng)器；9—工件；10—輔助滾輪

圖2 工件受力分析圖

對(duì)淬火過(guò)程中的工件和下橫梁上的支撐軸進(jìn)行受力分析，如圖2和圖3所示。下橫梁在斜面方向上的受力為

F=Gcosγ，

式中：G為工件的重力。下橫梁主要的受力點(diǎn)是主動(dòng)軸和從動(dòng)軸支點(diǎn)，其余受力較小，可暫時(shí)忽略。在通常情況下，兩支撐軸的直徑基本一致，當(dāng)二者在同一水平線上時(shí)受力相同，即

式中：α為主、從動(dòng)軸與套圈中心的夾角，0<α<180°。而主動(dòng)軸所受摩擦力(工件旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力)為

由此式可知，在0<α<180°時(shí)，f動(dòng)隨著α的增大而增大。同理，從動(dòng)軸對(duì)淬火套圈產(chǎn)生的摩擦阻力f阻也隨α的增大而增大。同時(shí)，f阻為滾動(dòng)摩擦，f動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，f動(dòng)的摩擦因數(shù)μ動(dòng)遠(yuǎn)大于f阻的摩擦因數(shù)μ阻；所以，f阻遠(yuǎn)小于f動(dòng)。由此可得，α越大，f動(dòng)越大，并且與f阻的差值也越大，從而使工件旋轉(zhuǎn)動(dòng)力越大，越不易打滑。

圖3 兩支撐軸受力圖

零件在支點(diǎn)上的運(yùn)行狀態(tài)受2個(gè)支點(diǎn)(主、從動(dòng)軸)間距(間距決定α角)的影響最大，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸在不同的支點(diǎn)間距下產(chǎn)生的摩擦力是決定工件是否發(fā)生爬行現(xiàn)象的主要原因。現(xiàn)通過(guò)調(diào)整兩支點(diǎn)間距，結(jié)合人工輔助拉動(dòng)的方式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

依次將從動(dòng)輪調(diào)到設(shè)備標(biāo)尺的600，700，800，900，1 000 mm處，然后主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，單人手拉工件制動(dòng)，表1為試驗(yàn)結(jié)果。

表1 工件淬火受力支點(diǎn)間距與人工拉動(dòng)效果

2 改進(jìn)措施

隨著主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的間距加大，工件所受的壓力變大，摩擦力也變大，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不易打滑，淬火效果好。但如果主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的間距過(guò)大，會(huì)使支撐軸受力過(guò)大，超出設(shè)備承載極限，損壞設(shè)備。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)取二者間距為1 480 mm，此時(shí)夾角α=90.72°，試驗(yàn)工件為1.5 MW風(fēng)電變槳軸承外圈，直徑2 080 mm。當(dāng)主、從動(dòng)軸半徑相等時(shí)，現(xiàn)令α=90.72°不變，當(dāng)更換產(chǎn)品型號(hào)時(shí)，由α求出主、從動(dòng)軸間所需的距離

式中：X為主、從動(dòng)軸與套圈間接觸點(diǎn)的距離；D為套圈外輪廓直徑。由此式可知，當(dāng)D增大時(shí)，X也隨之增大。

當(dāng)淬火套圈為3.0 MW風(fēng)電變槳軸承外圈時(shí)，D=2 620 mm，則X=1 864 mm。當(dāng)更換為3.0 MW風(fēng)電偏航軸承外圈時(shí)，D=3 250 mm，則X=2 312.5 mm。其他條件不變，當(dāng)從動(dòng)軸半徑大于主動(dòng)軸半徑時(shí)， 由受力分析知，F(xiàn)1>F2，則對(duì)應(yīng)的f動(dòng)會(huì)變大，f阻會(huì)變小。因此，在布置淬火支點(diǎn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮支點(diǎn)間距、從動(dòng)軸半徑及支撐軸的強(qiáng)度，以選擇合適的方案。

根據(jù)上述理論分析及試驗(yàn)所得結(jié)果，在滾道淬火工序采取增加支撐軸間距的方法進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐，在近半年的生產(chǎn)中，先后加工多種風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈，淬火效果穩(wěn)定，未出現(xiàn)工件爬行現(xiàn)象，保證了套圈滾道的表面淬火質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)根據(jù)零件尺寸和支點(diǎn)的位置確定夾角α在不小于90°的情況下，淬火可以正常進(jìn)行，不易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

(2)在零件尺寸過(guò)大情況下，如果設(shè)備調(diào)整后夾角α仍達(dá)不到要求，必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證確保工件不發(fā)生爬行后，才可進(jìn)行淬火加工。

(3)不能無(wú)限制增加α角，以防止支撐軸受力過(guò)大而損壞。

(4)適當(dāng)加大從動(dòng)軸直徑，可以增加主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)力，保證工件穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。

(5)在該類型中頻感應(yīng)淬火機(jī)床的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，可以增加支撐軸的剛性，同時(shí)給出機(jī)床支點(diǎn)的承載極限及工件直徑變化與支點(diǎn)合理布置的關(guān)系曲線圖，以便于操作者在使用此類型淬火機(jī)床時(shí)對(duì)設(shè)備及加工工藝參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，避免工件旋轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生爬行現(xiàn)象，保證工件的淬火質(zhì)量。