鐵姆肯公司

　　礦用刮板機是煤礦作業用來輸送物料的重要運輸工具。由于地下采煤具有環境惡劣、粉塵雜質多和維修不易等特點，設備的可靠性顯得尤為重要。作為動力傳輸部分的齒輪箱是否能維持正常工作狀態，將直接影響到整機的工作效率，本文將就齒輪箱輸入軸的兩種軸承選型方案進行對比。

　　1　輸入軸的軸承布局

　　圖1所示的軸承布局對于礦用刮板機齒輪箱的輸入軸來說是一種常見形式。在輸入軸的左端采用圓柱滾子軸承和四點角接觸球軸承作為固定端使用。一方面，四點角接觸球軸承具有一定的雙向軸向承載能力，能起到對軸固定和限位的作用；另一方面，圓柱滾子軸承有很好的徑向承載能力。通過這兩個軸承的組合，能實現固定端的復合（徑向和軸向）承載能力。圖2所示的方案則采用了雙列圓錐滾子軸承作為固定端，同時提高了軸向和徑向的復合承載能力。而在軸的浮動端，圖1采用了調心滾子軸承，該類型軸承有一定的復合承載能力，軸承的自調心特點也是一個重要因素。由于調心滾子軸承靠近傘齒輪的嚙合點，還方便了安裝過程。圖2的浮動端利用了圓柱滾子軸承的良好浮動特性，安裝也很方便。

　　從以上分析可以看出，兩種布局方案各有優勢。下文將針對兩個方案的特點進行進一步的對比。

　　2　浮動端的軸承選型
　　浮動端的作用在于補償熱膨脹。由于軸和軸承座的材質及溫升不一樣，這會造成兩者不同的軸向膨脹量，而多余的膨脹量所產生的力直接作用在軸承上。如果軸承無法在軸承座內浮動，那么熱膨脹力將可能造成軸承抱死。對于上圖1所示的應用情況，因為輸入軸的轉速較高，且內圈與載荷之間有相對轉動，所以內圈必須采用緊配合，以防止內圈和軸之間產生蠕動；而外圈和軸承座孔采用松配合，使軸承可以向右側浮動。

　　然而，由于齒輪箱的殼體是剖分式的，如果上下殼體的軸承座孔圓度控制不當，組裝后就會將軸承外圈卡住，使其不能浮動。這就會導致調心軸承的一列受軸向力與徑向力（如圖3右側），而另一列（如圖3左側）不承受力或者承受很小的徑向力，兩側的承載區都相應地發生變化。帶來的問題是，對于不受力或承載很小的那一側，滾動體容易出現打滑現象，而且由于調心滾動體自身的形狀特點造成對保持架更多的沖擊。此外，因為軸轉速較高，所以滾動體在進出承載區的沖擊頻率也會相應較高。所有這些因素Z終結果是導致保持架過早損壞，軸承因此報廢，機器停產。

　　相比之下，圓柱滾子軸承會比調心滾子軸承更適合浮動端的使用（如圖2右側所示）。圖4所示的NU型圓柱滾子軸承從內部結構來看，外圈兩側擋邊的作用是對滾動體的軸向定位；而內圈沒有擋邊，因此可在軸向力的作用下浮動。故即使齒輪箱殼體卡住軸承外圈，熱膨脹量仍舊可以被釋放，承載區和保持架也不受影響。雖然圓柱滾子軸承不具有調心的作用，但因此卻提高了軸的剛性，對保證傘齒輪正確嚙合是有好處的。

　　3　固定端的軸承選型
　　反觀輸入軸的固定端，除了圖1這樣的軸承選型，也可考慮使用雙列圓錐滾子軸承（圖2左側所示）。采用這種類型軸承有兩個優點。

　　、更好的承載能力。對圓錐滾子軸承而言，其滾動體和滾道之間為線接觸；而四點角接觸球軸承的滾動體和滾道之間是點接觸。因此，當有力作用于前者時，力的作用分布在一條線上；而對后者來說，力是集中在一點上。這個設計上的特點使圓錐滾子軸承比四點角接觸球軸承有更好的承載能力。考慮到軸承與軸采用緊配合，雙內圈圓錐滾子軸承在安裝過程中會更方便，而雙外圈圓錐滾子軸承對輸入軸的剛性會更好。

　　第二、更有效地應對沖擊載荷。對礦用刮板機而言，其受力的變化以及沖擊載荷的存在，對軸承的性能是個重大考驗。標準的球軸承和圓柱滾子軸承均采用高碳鋼作為原料，經全淬透熱處理后，其硬度由表及里都達到了HRC58~64。然而，這樣的質地也會比較脆，當遇到較大的沖擊載荷時容易產生裂紋，造成軸承損壞。鐵姆肯公司解決這一問題的辦法是對圓錐滾子軸承采用低碳鋼為原材料，輔以表面滲碳的熱處理工藝。其特點是表面堅硬（HRC58~64）耐磨而心部柔軟（HRC30~35），能減緩所受的沖擊載荷。此外，這種滲碳的熱處理方式會在軸承表面產生一種壓應力，能抑制裂紋的擴展，延長軸承的使用壽命。

　　4　結論
　　通過以上對兩種方案的對比，我們不難看出方案2相對方案1具有以下優勢：
　　◆浮動端采用圓柱滾子軸承，排除了熱膨脹所帶來的保持架損壞問題；
　　◆固定端采用圓錐滾子軸承，提高了承載能力以及輸入軸的剛性；
　　◆Timken®軸承采用表面滲碳處理，可有效應對沖擊載荷。
　　因而，方案2對于延長軸承的工作壽命，降低維護成本，減少停機時間，提高礦用刮板機的生產效率是更加理想的選擇。