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作者：铁姆肯公司车辆设备应用工程师 林炜
刮板输送机是煤矿、化学矿山、金属矿山及电厂等用来输送物料的重要运输工具。从技术上说，它是一种挠性牵引的连续运输机械，具有机身低，长短调整方便，移置容易，机身坚固等特点。特别在矿用场合，由于地下采煤的环境恶劣、粉尘杂质多、维修不易，因此设备的可靠性显得尤为重要。作为动力传输部分的减速机，是否能维持正常工作状态，将直接影响到整机的工作效率。
本文就减速机输入轴的轴承选型方案进行对比。以下是两种方案布局，下文分析中将进行具体阐述。
一．输入轴的轴承布局
图1 输入轴的轴承布局方案1
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图2 输入轴的轴承布局方案2
图2 输入轴的轴承布局方案2
对于矿用刮板减速机的输入轴，如图1所示的轴承布局是一种常见形式。在输入轴的左端采用圆柱滚子轴承和四点角接触球轴承，作为固定端使用。一方面，四点角接触球轴承具有一定的双向轴向承载能力，能起到对轴固定和限位的作用；另一方面，圆柱滚子轴承有很好的径向承载能力。通过这两个轴承的组合，能实现固定端的复合(径向和轴向)承载能力。如图2所示的方案则采用了双列圆锥滚子轴承作为固定端，同时提高了轴向和径向的复合承载能力。而另一端，即轴的浮动端，从图1可以看出采用了调心滚子轴承，除了该类型轴承有一定的复合承载能力，轴承的自调心特点是一个重要因素。由于调心滚子轴承靠近伞齿轮的啮合点，方便了安装过程。图2的浮动端利用圆柱滚子轴承的良好浮动特性，安装也很方便。下面让我们就以上方案的特点进行进一步的对比。
二．浮动端的轴承选型
浮动端的作用在于补偿热膨胀。由于轴和轴承座的材质及温升不一样，这会造成两者不同的轴向膨胀量，而多余的膨胀量所产生的力直接作用在轴承上。如果，轴承无法在轴承座内浮动，那么热膨胀力将可能造成轴承抱死。对于上图1这样一个应用情况，因为输入轴的转速较高，且内圈与载荷之间有相对转动，所以内圈必须采用紧配合，以防止内圈和轴之间产生蠕动；而外圈和和轴承座孔采用松配合，使轴承可以向右侧浮动。
然而，由于减速机的壳体是剖分式的，如果上下壳体的轴承座孔圆度控制不当，组装后就会将轴承外圈卡住，使其不能浮动。其结果就是，轴承的一列受轴向力与径向力（如图3右侧），而另一列（如图3左侧）不承受力或者承受很小的径向力。输入轴的速度对于调心轴承来说已经属于高速，对于同时承受轴向力和径向力的一侧，滚子会有比较大的偏斜，从而对保持架的架梁产生挤压和冲击，造成保持架过早损坏。此外，由于这种偏斜作用，将产生更多的滑动摩擦，这会使滚动体和滚道之间摩损加剧，发热量增多。
然而，由于减速机的壳体是剖分式的，如果上下壳体的轴承座孔圆度控制不当，组装后就会将轴承外圈卡住，使其不能浮动。其结果就是，轴承的一列受轴向力与径向力（如图3右侧），而另一列（如图3左侧）不承受力或者承受很小的径向力。输入轴的速度对于调心轴承来说已经属于高速，对于同时承受轴向力和径向力的一侧，滚子会有比较大的偏斜，从而对保持架的架梁产生挤压和冲击，造成保持架过早损坏。此外，由于这种偏斜作用，将产生更多的滑动摩擦，这会使滚动体和滚道之间摩损加剧，发热量增多。
图3 轴承受力示意图
相比之下，圆柱滚子轴承会比调心滚子轴承更适合浮动端的使用(如图2右侧所示)。图4所示为NU型圆柱滚子轴承。从内部结构来看，外圈两侧挡边的作用是对滚动体的轴向定位，而内圈没有挡边，因此可在轴向力的作用下浮动。所以即使减速机壳体卡住轴承外圈，热膨胀量仍旧可以被释放。虽然圆柱滚子轴承不具有调心的作用，但因此却提高了轴的刚性，对保证伞齿轮正确啮合是有好处的。
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图4 NU型圆柱滚子轴承
三．固定端的轴承选型
反观输入轴的固定端，除了图1这样的轴承选型，也可考虑使用双列圆锥滚子轴承(如图2左侧所示)。采用这种类型轴承，有两个优点。
第一、 更好的承载能力。对圆锥滚子轴承而言，其滚动体和滚道之间为线接触；而四点角接触球轴承的滚动体和滚道之间，是点接触。因此，当有力作用于前者时，力的作用分布在一条线上；而对后者来说，力是集中在一点上。这种设计上的特点，使圆锥滚子轴承比四点角接触球轴承有更好的承载能力。随着刮板输送机的发展，装机功率也越来越大，采用圆锥滚子轴承将更好地应付高载荷，同时也有利于提高轴的刚性。考虑到轴承与轴采用紧配合，双内圈圆锥滚子轴承在安装过程中会更方便，而双外圈圆锥滚子轴承对输入轴的刚性会更好。
第一、 更好的承载能力。对圆锥滚子轴承而言，其滚动体和滚道之间为线接触；而四点角接触球轴承的滚动体和滚道之间，是点接触。因此，当有力作用于前者时，力的作用分布在一条线上；而对后者来说，力是集中在一点上。这种设计上的特点，使圆锥滚子轴承比四点角接触球轴承有更好的承载能力。随着刮板输送机的发展，装机功率也越来越大，采用圆锥滚子轴承将更好地应付高载荷，同时也有利于提高轴的刚性。考虑到轴承与轴采用紧配合，双内圈圆锥滚子轴承在安装过程中会更方便，而双外圈圆锥滚子轴承对输入轴的刚性会更好。
图5 双外圈圆锥滚子轴承—内圈隔圈调节游隙
图6 双内圈圆锥滚子轴承—外圈隔圈调节游隙
图6 双内圈圆锥滚子轴承—外圈隔圈调节游隙
第二、更有效地应对冲击载荷。对刮板机而言，其受力的变化以及冲击载荷的存在，对轴承的性能是个重大考验。标准的球轴承和圆柱滚子轴承均采用高碳钢作为原料，经全淬透热处理后，其硬度由表及里都达到了HRC58~64。然而，这样的质地也会比较脆，当遇到较大的冲击载荷时，容易产生裂纹，造成轴承损坏。而对于标准的圆锥滚子轴承，在市场上有一些品牌如铁姆肯公司（Timken®）的产品，以低碳钢为原材料，采用表面渗碳的热处理工艺。其轴承的特点是表面坚硬（HRC58~64）耐磨，而心部柔软（HRC30~35），能减缓所受的冲击载荷。此外，这种渗碳的热处理方式会在轴承表面产生一种压应力，能抑制裂纹的扩展，延长轴承的使用寿命。
四、总结
本文主要是针对刮板减速机输入轴的不同轴承选型方案作了阐述，希望通过这样的对比，能够帮助更多的设计者和用户更好地选择和使用轴承，减少停机时间，提高生产效率，延长轴承的工作寿命。
本文主要是针对刮板减速机输入轴的不同轴承选型方案作了阐述，希望通过这样的对比，能够帮助更多的设计者和用户更好地选择和使用轴承，减少停机时间，提高生产效率，延长轴承的工作寿命。
