浅谈一种减轻轴承内环与轴颈磨损的结构优化设计

2021-07-15陈浩宇李黎陈金

中国设备工程 2021年13期

陈浩宇，李黎，陈金

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）

1 概述

某型减速器采用悬臂支撑方式，轴承采用过盈配合安装、负游隙结构。在以往的台架试验后发现大锥轴承内环与相配合的齿轮轴轴颈标记线错位，即轴承内环与轴颈出现相对转动；齿轮轴轴颈出现异常微动磨损、轴肩出现掉块等现象；轴肩贴合区域细微金属块剥落，剥落的金属块可能进入润滑循环，引起齿轮副在啮合过程中由于异物造成齿面擦伤等情况。为避免齿轮轴轴颈异常微动磨损，轴肩掉块的现象，本文研究了轴承克服过盈配合发生相对转动的机理，并针对该型减速器悬臂支撑、轴承负游隙的结构特点设计了轴承内环止动结构。

2 相对转动机理分析

大锥轴承与轴采用过盈配合，过盈量为-0.102～-0.076mm。运转过程中，功率及载荷通过轴传递，轴承内环与齿轮轴过盈联接，轴承滚子对轴承内环产生拖拽力矩，造成内环克服与齿轮轴过盈配合产生的周向静摩擦力，从而轴承内环与齿轮轴出现相对转动。根据机械设计手册相关内容，过盈联接传递扭矩过程中，发生周向滑移视为破坏过盈配合；在不破坏过盈配合情况下，承载的最大扭矩与过盈量成正比，在过盈摩擦系数0.2条件下，各个过盈量可承载最大扭矩估计值见表1。

表1 各个过盈量可承载最大扭矩估计值

而在实际中，过盈配合的摩擦系数并不一定为0.2，以下推导过盈摩擦系数并对表1中数据进行修正。

根据相关研究，当传递扭矩T时，应保证过盈联接在此载荷作用下，不产生周向滑移（即相对滑动）。即在外载荷T的作用下，配合面上所能产生的周向最大摩擦力矩M应大于或等于转矩T。

定义过盈配合中：配合面外径为df，配合面间的摩擦系数为μt，配合长度为lf，配合面压强为Pf，配合位置的周长为l，摩擦力为f。则有：

其中：

在配合表面对摩擦力进行积分得：

由式(1)、(2)、(3)，并考虑轴套结合长度上的过盈量在沿轴向及周向分布是均匀的，得：

即得：

根据实际情况，按式(4)计算得出，对表1中数据进行修正，重新计算表1中过盈配合不产生周向滑移情况下所能承受的最大扭矩。将数据代入仿真分析，在过盈量0.09mm情况下，加载扭矩T逐渐增加直至到达过盈联接破坏点1380Nm。在过盈联接被破坏时，结合面发生相对滑动，在经历很短的滑动时间后，试件重新接触形成静摩擦（1200Nm），直到下一次滑动的到来。

3 轴承内环止动设计

为了防止该型减速器轴承内环工作中相对齿轮轴转动，增加轴承内环过盈量方案不适用于该型减速器。因此，采用特制的轴承内环止动结构，依靠增加额外的静摩擦力矩止动。

3.1 轴承内环止动结构

该型减速器轴承附近空间较为宽裕，因此，在锥滚轴承之间设计止动间隔套，在大锥轴承内环处配合止动。在大锥轴承内环设计止动凸台；输入止动间隔套设计有止动槽，装配时，与大锥轴承内环止动凸台配合；输出导油套设计止动槽，即可承担导流润滑油同时也可对输出大锥轴承内环止动，装配时与大锥轴承内环止动凸台配合。

止动机理：止动间隔套、导油套小端由小锥轴承、轴承调整垫压紧在齿轮轴轴肩，小锥轴承与齿轮轴过盈配合，通过温差法压紧形成拖拽力矩，再通过轴端锁紧螺母施加预紧力压实间隔套（导油套）；由于轴承内环凸台卡在间隔套（导油套）止动槽内，依靠间隔套（导油套）被压紧的轴向预紧力产生静摩擦力防止轴承内环转动。

3.2 轴端锁紧预紧力选取

为保证减速器止动间隔套轴向预紧力形成的静摩擦力矩能够抵御大锥轴承内环破坏过盈联接时的扭矩，选取合适的轴端锁紧机构产生的预紧力至关重要，本节阐述轴端预紧力的选取。根据图1中仿真结果，在轴承内环发生周向滑移时，减速器止动间隔套需承受至少1200Nm扭矩。亟需中减止动间隔套配合面上所能产生的最大摩擦力矩M应大于或等于转矩T。