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TY165A液力變矩器軸承的改進(jìn)
2023-03-17林義 何芳 張錫杰 談健
引言
TY165A液力變矩器是TY165液力變矩器的改型產(chǎn)品。根據(jù)使用中出現(xiàn)的軸承故障情況，通過調(diào)查、分析和研究，對(duì)原TY165液力變矩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的軸承進(jìn)行了兩次重要的改進(jìn)工作。
1 7209軸承的改進(jìn)
TY165A液力變矩器上的7209AC/DF軸承是以面對(duì)面配置成對(duì)安裝的角接觸球軸承。軸承的內(nèi)環(huán)安裝在輸出軸上，外環(huán)安裝在罩輪上，如圖1所示。這對(duì)軸承的一個(gè)重要作用是軸向定位，保證液力變矩器的泵輪、渦輪和導(dǎo)輪之間的軸向安裝間隙，使液力變矩器在工作時(shí)三輪不發(fā)生碰撞和摩擦。在裝機(jī)使用100多臺(tái)中，出現(xiàn)幾例7209AC/DF軸承損壞情況。
1.1軸承的損壞情況
根據(jù)對(duì)幾例軸承損壞情況的檢查發(fā)現(xiàn)，在這對(duì)面對(duì)面安裝的軸承中，右邊軸承損壞嚴(yán)重，軸承內(nèi)、外環(huán)滾道軸肩被擠壓拓平位置如圖1所示，軸承內(nèi)環(huán)滾道左軸肩被擠壓拓平，軸承外環(huán)滾道右軸肩被擠壓拓平；尼龍保持架扭曲斷裂；鋼球表面磨損變形。而左邊軸承基本無損壞。
1.2損壞原因分析
推土機(jī)的工作狀況是推土-倒退-行走-推土，所以軸承受到的軸向載荷也是頻繁變動(dòng)的，軸承的內(nèi)、外環(huán)分別隨輸出軸和罩輪旋轉(zhuǎn)，內(nèi)、外環(huán)的相對(duì)轉(zhuǎn)速在很大范圍之間也頻繁變動(dòng)。特別在推土遇到大石塊或樹根時(shí)，載荷突然升高，罩輪隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，輸出軸轉(zhuǎn)速迅速下降、扭矩迅速增大，軸承內(nèi)、外環(huán)的相對(duì)轉(zhuǎn)速也就突然提高，并同時(shí)受到很大的軸向沖擊載荷。
從右邊軸承內(nèi)、外環(huán)滾道軸肩被擠壓拓平的位置看，罩輪上對(duì)軸承的軸向沖擊載荷力的方向是向左的；從右邊軸承內(nèi)、外環(huán)滾道軸肩被擠壓拓平的程度看，右邊軸承頻繁受到的向左的軸向沖擊載荷是很大的，造成滾道受沖擊的一邊軸肩累積塑性變形而損壞，從而導(dǎo)致尼龍保持架扭曲斷裂；鋼球表面磨損變形。
左邊軸承基本無損壞說明成對(duì)安裝軸承的預(yù)緊載荷量不合適。
綜上所述，右邊軸承頻繁受到向左的軸向超載荷沖擊是其損壞的主要原因。
1.3改進(jìn)措施
為提高這對(duì)軸承在較為惡劣工作條件下的可靠性，參考TY320液力變矩器中7215軸承提高可靠性的措施，我們?cè)谳S承的配置方式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安裝方法幾方面提出專門的改進(jìn)措施。
原7209AC軸承DF組配方式是面對(duì)面的配置結(jié)構(gòu)，如圖2a所示。參考TY系列較大馬力的TY220、TY320液力變矩器中，相同結(jié)構(gòu)處的7214BM/DB、7215BM/DB軸承DB組配方式的背對(duì)背配置結(jié)構(gòu)，現(xiàn)選用的7209B/DB軸承，其組配方式改為背對(duì)背的配置結(jié)構(gòu)，如圖2b所示。從圖2對(duì)比中可看出，圖2a中，因?yàn)檩S承的25°壓力線構(gòu)成的壓力錐尖朝里，兩錐尖點(diǎn)的距離H小于支承軸承間的距離，所以整個(gè)軸承支承系統(tǒng)的剛性較小。而圖2b中，因?yàn)檩S承的40°壓力線構(gòu)成的壓力錐尖朝外，兩錐尖點(diǎn)的距離H大于支承軸承間的距離，所以整個(gè)軸承支承系統(tǒng)的剛性較大，能承受較大的傾覆力矩，特別是軸承間距較小時(shí)，這種優(yōu)越性更為突出。
1.3.1軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
對(duì)7209軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以下幾點(diǎn)的改進(jìn)：①原AC型25°接觸角改選為B型40°接觸角的7209B軸承；②選擇滾道兩邊軸肩是直徑不相同的內(nèi)環(huán)；③選用耐高溫黃銅實(shí)體保持架的7209BM/DB軸承，保持架為鋼球引導(dǎo)的錐臺(tái)式保持架；④根據(jù)載荷情況和使用要求選取Z合適的輕預(yù)緊變形量，在軸承代號(hào)上加后置代號(hào)A。[1]
1.3.2軸承安裝方法的改進(jìn)
按壓入法設(shè)計(jì)專用工裝來安裝這對(duì)軸承；編制合理的安裝工藝保證安裝質(zhì)量。[1]
改選的軸承代號(hào)為7209BM/DBA。在7209軸承改進(jìn)后，TY165A液力變矩器的質(zhì)量比較穩(wěn)定。
2 6311C4軸承的改進(jìn)
2007年5月下旬在寧夏銀川地區(qū)接連出現(xiàn)5起165A液力變矩器中6311C4軸承的損壞事故。在此之前我們提供的165A液力變矩器都未發(fā)生類似質(zhì)量事故，除寧夏銀川地區(qū)外其他地區(qū)也未出現(xiàn)類似事件。我們供應(yīng)給多家推土機(jī)廠的TY165系列液力變矩器所用的6311C4軸承也未產(chǎn)生類似事件。
2.1施工現(xiàn)場(chǎng)和軸承的損壞情況
施工現(xiàn)場(chǎng)是在銀川小西湖中的長(zhǎng)橋下，橋兩邊用泥土堆起攔水堤壩，TY165A推土機(jī)就在小西湖長(zhǎng)橋橋洞里將爛泥推到橋洞邊，再由挖掘機(jī)將爛泥裝上卡車運(yùn)走。雖然有兩邊泥土堆起的攔水堤壩，但橋洞里還是滿地稀泥，TY165A推土機(jī)配備的是濕地作業(yè)的履帶，這種履帶比干地作業(yè)的履帶寬，履帶板呈三角形，它能使推土機(jī)在濕地作業(yè)中履帶覆蓋面積大，履帶板抓地深，在爛泥中不打滑，推土有力。
在濕地上作業(yè)對(duì)推土機(jī)的要求是機(jī)身分量要重，驅(qū)動(dòng)馬力要大。通過調(diào)查得知，TY165A推土機(jī)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率比TY165推土機(jī)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率提高了7.4%。TY165A推土機(jī)的機(jī)身分量也比TY165推土機(jī)的機(jī)身分量重了1.5t。TY165A推土機(jī)是可在濕地上作業(yè)的推土機(jī)。
軸承的損壞情況是軸承內(nèi)、外環(huán)滾道對(duì)角軸肩被沖擊擠壓拓平，其被沖擊擠壓拓平的位置與第1章圖1中右邊7209軸承內(nèi)、外環(huán)滾道對(duì)角軸肩被沖擊擠壓拓平的位置相同。鋼板沖壓保持架變形斷裂，滾珠表面磨損、破碎。
2.2軸承的支承結(jié)構(gòu)和損壞原因分析
TY165A液力變矩器的殼體與飛輪箱安裝固定，導(dǎo)向盤和罩輪外齒圈分別插入飛輪的中心孔和內(nèi)齒圈中。工作時(shí)飛輪通過罩輪帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)。TY165A液力變矩器的軸承支承結(jié)構(gòu)如圖3所示，罩輪和泵輪組件右邊支承在NU217E軸承上，其右端面與殼體有5mm間隙，所以其右邊是游動(dòng)支承；導(dǎo)向盤架在飛輪的中心孔里，飛輪中心孔里并無軸向限位，而罩輪左端面與飛輪又有一定間距，所以罩輪和泵輪組件的軸向固定就靠7209BM/DBA軸承，然而，7209BM/DBA軸承的內(nèi)環(huán)是安裝在輸出軸上的，輸出軸的軸向固定是靠6311C4軸承，因此，罩輪和泵輪組件的軸向固定Z終還要靠6311C4軸承來定位的。
在第1節(jié)中，分析造成7209AC/DF軸承損壞的主要原因是頻繁受到的向左的軸向超載荷沖擊，而所采取的改進(jìn)措施都只是增加軸承承受軸向超載荷沖擊的強(qiáng)度，并未有減小這種軸向超載荷沖擊力的改進(jìn)措施，在濕地作業(yè)中這種軸向超載荷沖擊力更大。所以，從軸承支承結(jié)構(gòu)分析，通過7209BM/DBA軸承的這種軸向超載荷沖擊力再通過輸出軸沖擊到6311C4軸承上，6311C4軸承是深溝球軸承，只能承受一定程度的軸向力，在頻繁受到的向左的軸向超載荷沖擊下就承受不了。其內(nèi)、外環(huán)滾道對(duì)角軸肩被損壞的位置與7209軸承內(nèi)、外環(huán)滾道對(duì)角軸肩被損壞的位置相同就證明了以上的分析。
2.3改進(jìn)措施
針對(duì)TY165A濕地作業(yè)的特點(diǎn)，參考馬力更大的TY220型和TY320型相同軸承支承結(jié)構(gòu)中，該處都選擇了QJF312和QJF313四點(diǎn)接觸球軸承，四點(diǎn)接觸球軸承比深溝球軸承可承受更大的軸向力，相同尺寸的四點(diǎn)接觸球軸承比深溝球軸承的基本額定載荷要高21%。[2]從使用情況看，到目前已生產(chǎn)6000多臺(tái)TY220都用QJF312軸承，使用質(zhì)量穩(wěn)定，沒有軸承損壞情況。
QJF311軸承的規(guī)格尺寸與6311C4軸承的規(guī)格尺寸完全相同，所以用QJF311軸承代替6311C4軸承，在結(jié)構(gòu)上對(duì)其他零件尺寸沒有任何影響，在裝配上端蓋必須壓住雙半外環(huán)，以保證QJF311軸承在制造好的游隙中運(yùn)轉(zhuǎn)。
3 結(jié)束語
經(jīng)過第二次軸承改進(jìn)后，陸續(xù)售出近400臺(tái)TY165A液力變矩器，在近二年多的時(shí)間里沒有發(fā)生7209BM/DBA和QJF311軸承損壞的情況。這說明我們對(duì)軸承損壞原因的調(diào)查分析對(duì)路，采取的改進(jìn)措施有效。兩次改進(jìn)軸承的方法雖然有所不同，但兩處軸承的損壞是有其內(nèi)在聯(lián)系的，從TY165A液力變矩器的軸承支承結(jié)構(gòu)分析，找出兩處軸承損壞的相同原因，通過提高軸承承受頻繁軸向超載荷沖擊的強(qiáng)度，提高了TY165A液力變矩器的可靠性。
（來源：液壓氣動(dòng)與密封）