馬鞍（ān）山統力回轉支承有限公司　　　　　　　侯寧　朱良銀　胡恒強

徐工（gōng）機械建設機械分公司　彭方

　　一、概（gài）況

　　回轉支承斷齒問題主要發生在內齧合、硬齒麵（齒麵硬度≥HRC50）上，比如挖掘（jué）機、旋挖（wā）鑽、履（lǚ）帶吊等。而外齧合、軟齒（chǐ）麵（齒麵硬度≤HRC30），斷齒現象很少見到。根據筆者對國產挖掘機配套（tào）回轉支承三十年研究和製造經驗，和（hé）外資品牌挖掘機回轉支承後（hòu）市場十五年來的不完全統計（jì），不同時期，不同（tóng）品（pǐn）牌國產挖掘機斷齒概率（lǜ）有所不同（tóng），約在1%~2%，而後市場回轉支承的斷齒率卻高達5%~6%。特別在某些國產品牌的5噸、7噸、8噸挖掘機上，甚（shèn）至出現兩位數百分比的大麵積斷齒問題。回（huí）轉減速機總成的損壞總是與回轉支承斷齒成正比關係，20噸級（jí）挖掘機（jī）減速機總成的損壞是回轉支承斷齒的2倍左右。某三（sān）個外資（zī）品牌20噸級挖掘機回轉支承模數分別為（wéi）10、12、14，但斷齒概率卻（què）不相上（shàng）下，甚至相反關係（xì）。

　　二、挖掘（jué）機斷齒原因分析

　　筆者在《回轉支承（chéng）早期斷齒（chǐ）分析及解決措施》（《建築機械》2002年第7期）一文中明確提（tí）出，回轉支承斷齒（chǐ）絕大部分出現在整機出廠早期的一年（nián）內，而且是徑向傾斜擠壓造成的（見圖一）。回轉支承的齒輪傳動與之齧（niè）合的小齒輪是“浮動軸傳動”，由於回轉支承本身存在間隙，在挖掘機工作時，會產生（shēng）一（yī）定的傾（qīng）翻力矩，小齒輪的中心線就會產生一定角度的傾斜和徑向（xiàng）位移（yí），齒輪的中心距和齒側（cè）間隙就會發生變化。

圖一 齒輪擠壓示意圖

　　回轉（zhuǎn）支承（chéng）在（zài）出廠時是（shì）有間隙的，小齒輪安（ān）裝在上車架，在主機工（gōng）作時，回轉支承的（de）間隙會導（dǎo）致小齒輪有個徑向位移量La，在受傾（qīng）覆力矩M的（de）作用下，小齒輪又會產生一（yī）個傾（qīng）斜角度α。一般（bān）情況下，挖掘機用回轉支承的出廠間隙＜0.20mm，經過一段時間的使用，回（huí）轉支承的間隙＜0.30mm在實際的工作中，滾道會（huì）產生（shēng）一定的（de）彈性變形，在給日立建機配套（tào）的一款回轉支承，在（zài）受載後，滾道和（hé）鋼球的接觸區是麵（miàn）接觸（見圖二（èr）），這麽大的接（jiē）觸麵積，滾（gǔn）道的單邊彈性變形量在0.20mm左右，雙邊就（jiù）是0.40mm，僅滾道的變形量就（jiù）這麽（me）大，加上主機的機架變形等等各（gè）種因素，聯接在挖掘機上車架上的小齒輪的徑向偏（piān）移量達到1.0mm左右，對應的大小齒輪的擠（jǐ）壓量（liàng）也是（shì）1.0mm左右。因與回轉支承齧（niè）合的小齒輪安（ān）裝在大臂的相反方（fāng）向，當兩者（zhě）齒側間隙過小時，位移（yí）尚未完成，小齒輪就壓在（zài）大齒輪上，這種情（qíng）況下本應有回轉支承滾道承載的載荷卻有齒輪（lún）承載。大小齒輪反複的擠（jǐ）壓（yā）們Z終導致斷（duàn）齒。結論是回轉支承的斷齒是由大小（xiǎo）齒（chǐ）輪齧合（hé）擠壓造成。

 

圖二 受載後鋼球（qiú）和回轉支承（chéng）滾道的接觸區（qū）

　　三、解決挖掘機用回（huí）轉支（zhī）承斷齒過程
　　回轉支承的擠壓斷（duàn）齒現象：斷（duàn）齒通常發生在沿齒寬方向（xiàng）的上半部，斷裂（liè）麵與輪齒的上端麵（miàn）相交（jiāo），並（bìng）成45°~60°左右的夾（jiá）角（見圖三、四（sì）），即使全齒（chǐ）脫（tuō）落其裂紋也是自上而下擴張所致。齒輪（lún）受擠壓而（ér）產生（shēng）的塑性變形也相當明顯，且上部較下部嚴重得多，整圈齒槽寬（kuān）都有不同程度變化，從下至上，從根至頂（dǐng）齒槽寬（kuān）遞增（zēng）。

 

圖（tú）三斷齒圖　　　　　　　　　　　　　　　　圖四（sì）有37°斜角斷齒圖

　　對於挖（wā）掘機用回轉支（zhī）承的（de）斷齒問（wèn）題，我們（men）一直在努（nǔ）力的尋找解決辦法，具體的方（fāng）案分以下幾個過程：

　　1、確保大小（xiǎo）齒輪齧合的齒（chǐ）側間隙不小於（yú）0.06m（m模數）。對20噸級挖掘機，回轉（zhuǎn）支承的模數是10mm，大小齒輪齧合（hé）的齒側（cè）間隙不（bú）小於0.6mm。在挖（wā）掘（jué）機配件後市場，由於客戶對於大小齒輪齧合時齒側間隙不太注重，導致斷齒率居（jū）高（gāo）不下，於是我們（men）就宣貫斷齒與齒側間隙（xì）的關係，讓他們（men）了解齒側間隙控製不好，回轉支承斷齒是必（bì）然。進過幾年（nián）的宣貫，挖掘機後市場（配件市場（chǎng））回轉支承的斷齒率由以前的6%下降到5%左（zuǒ）右。

　　2、37°斜角（jiǎo）齒輪回轉（zhuǎn）支承。將回轉支承齒圈非安裝麵上的齒輪（lún）部分由全齒寬改為（wéi）具有37°的倒角（見圖五），回轉支承將常（cháng）發生斷裂的部分人為切去，從而在小齒輪發生位移（yí）時無法將擠（jǐ）壓力集（jí）中在齒寬的（de）上部，這樣回轉支（zhī）承的齒輪部分不會在（zài）使用早期就產生擠壓裂紋，可以有效延緩回轉支承齒輪早期斷齒問題。通過這個改進，經過兩年的統計，挖掘機後市場（配件市場）用此回轉支承的斷齒率由以前的5%下降到4%左右。

圖五 37°斜角齒輪式回轉（zhuǎn）支承

　　3、漸變（biàn）硬度（dù）齒輪回轉支承。既然回轉支承的斷齒是擠壓造成的，如何預（yù）防大小（xiǎo）齒輪擠壓是重點。在齒輪進行感應淬火時，將齒輪（lún）加熱區段分成正常硬區、過渡區和軟區三段（見圖六），硬區的硬度為HRC50~56，軟區的硬度為鋼件基體的調質硬度。這樣，大小（xiǎo）齒輪齧合產生擠壓時，上端（duān）麵的軟區就會產生（shēng）擠壓塑形變形，而不（bú）會擠斷（duàn）。經過一年的數據統計，挖（wā）掘機後市場（配件市（shì）場）用此回轉支承沒有發生斷齒現象，很好的解決了斷齒（chǐ）問題。

圖六 漸（jiàn）變硬度齒輪式回轉支承

經過實驗（yàn），當回轉支承漸變硬度齒輪在受擠壓產生的軟齒麵變形2mm時（shí）（見圖七），大小齒輪仍能正常齧合，完好的傳動；當軟齒麵擠壓變形達到3mm時（見（jiàn）圖八），過渡（dù）區及硬齒麵區產生斷裂（liè）現象。

圖（tú）七 實驗（yàn）中，在齒輪上端麵擠壓變形（xíng）2mm時的齒輪情（qíng）況

圖八 實驗時齒輪上端麵擠（jǐ）壓變形3mm時的斷齒情（qíng）況

　　以解決斷（duàn）齒的方法是加大大小齒輪的齒側間隙，但是一味的的（de）加大齒側間隙，會導致挖掘機鏟（chǎn）鬥左右擺動量增大，這是任何主機廠和挖掘機客戶（hù）都不願意看到的結果。漸變硬度齒式（shì）回轉支承很（hěn）好的解決了（le）這一（yī）問題，上麵已經介紹，經過（guò）實驗，當小（xiǎo）齒輪對大齒輪擠（jǐ）壓2mm時，漸變硬度齒能完好的正（zhèng）常工作，挖（wā）掘機和旋挖鑽在正常工作（zuò）時，大小齒輪的擠壓量是不會超過2mm的（de），對於大小齒輪齧合時的齒側間隙可以（yǐ）適當的減小。在（zài）回轉支承出現斷齒（chǐ）的（de）時候（hòu），回轉減速機構也同樣出現損壞的情況，大小齒輪齧合不產生擠壓後，回轉減速機構的損壞（huài）也大大降低。這樣，漸變硬度（dù）齒式回轉支承即解決了斷齒問題，又能控製挖掘機和旋挖鑽大臂的（de）擺動問題，同時又降低了回轉減速機構的損（sǔn）壞，起到一箭三雕又能控製（zhì）挖掘機和旋挖鑽（zuàn）大臂的擺（bǎi）動問題，同時（shí）又降低了回（huí）轉減（jiǎn）速機構的損壞，起到一箭三雕的（de）目的。

　　四、結論

　　漸變硬度齒式（shì）回轉支承投放市場有一（yī）年多的時間，二（èr）千（qiān）多套產（chǎn）品（pǐn），至今未出（chū）現一套斷齒（chǐ）問題。漸變硬度齒式回轉支承（chéng）是對挖掘機、旋挖鑽等工程機械（xiè）斷齒問題（tí）的一次革命性（xìng）的突破，徹底的解決了斷（duàn）齒問題。“專業敬業（yè）、成就事業”是統力人亙古不變的宗旨。

來源：《工（gōng）程（chéng）機械》2014年09期