轴承内圈加薄壁轴套修复轴外装配工件尺寸选择加工

轴承内圈加薄壁轴套修复轴外装配工件尺寸的选择与加工

夏永海，迟建波，郭连祝，栾 福，魏光轩

（济南钢铁集团总公司，山东 济南 250101）

摘　要：加轴套修复轴是常用的修复方法。在确定轴套外径尺寸偏差时，特别是在轴套为薄壁的情况下，必须充分考虑到因轴与轴套安装后轴套外径的扩张量，才能使轴套外装配的工件达到正常使用要求。

1 问题的提出

　　在冶金行业，许多大型传动部件由于负荷和使用原因，支撑部位出现磨损，而直接报废更换新件损失较大，费用较高，制造周期长。通常考虑在对强度影响不大的情况下，采用修复方式或重新使用或作为备件备用。济南钢铁集团总公司中型轧钢厂（简称济钢中轧厂）某传动部件，轴承支撑部位轴颈出现磨损，采用加薄壁轴套方式对其进行了修复。
　　该传动件自重18.5t，轴全长3363mm，外廓最大直径4100mm，若吊运出来修复，受建筑物及其它设施的限制，困难较大，且施工周期长。首先考虑重新加工配制薄壁轴套，使传动件能尽快恢复使用，不会影响正常生产。薄壁轴套套在轴颈上，薄壁轴套外安装滚动轴承，根据轴承装配配合要求轴承内孔与薄壁轴套外径配合选用r7，如图1所示。问题的关键在于如何确定薄壁轴套的内外径尺寸偏差，以保证薄壁轴套与轴颈的配合满足负荷要求，不松脱，不产生相对滑动；并且薄壁轴套与轴承的配合不会因薄壁轴套外径涨大导致滚动轴承径隙过小转动困难，甚至卡死或内圈涨裂。

图1 传动件支撑结构

2 计算依据

2.1 计算步骤
　　薄壁轴套与轴颈配合过盈量大小直接影响轴套和轴颈的变形，薄壁轴套外装滚动轴承，要求有一定的同心度、圆柱度，以免薄壁轴套变形过大影响滚动轴承的使用寿命，因此薄壁轴套必须控制在弹性变形范围之内。第一步根据所需传递扭矩和不产生塑性变形选择配合过盈量，从实测轴颈尺寸确定薄壁轴套内孔加工偏差；第二步计算薄壁轴套外径变化量，并考虑滚动轴承装配配合要求，确定薄壁轴套外径加工偏差。滚动轴承与薄壁轴套、薄壁轴套与轴颈均采用温差法装配。
2.2 主要计算参数
　　薄壁轴套内、外径尺寸：df ：297mm，da ：320mm，长度lf：380mm，薄壁轴套材料特性：屈服强度σsa：335MPa，泊松比υa：0.3；轴颈材料特性：屈服强度σsi：375MPa，泊松比υi：0.3。摩擦系数μ：0.11（无润滑），传递扭矩T：76400N.m，钢材料弹性模量E：210000MPa。

3 计算结果

　　（1）确定薄壁轴套内径加工尺寸偏差，见表1。

表1 薄壁轴套内径加工尺寸偏差

　　根据计算，选用轴、薄壁轴套配合依据为最小过盈量[δmin]大于0.2557mm，最大过盈量[δmax]不小于0.49mm。在现场实测轴颈基本尺寸Ф297mm，平均偏差（+0.48～+0.62）mm，取esi为+0.62mm，eii为+0.48mm，则薄壁轴套内孔上偏差ESa<eii－ =0.224mm，下偏差EIa> esi－ =0.12mm。因为传动部件转速低、负荷大，频繁冲击，薄壁轴套内孔上偏差取值偏小，下偏差取值偏大，因此薄壁轴套内径取值为Φ297+0.180，加工时尺寸要靠近下偏差。
　　（2）确定薄壁轴套外径加工尺寸偏差，见表2。

表2 薄壁轴套外径加工尺寸偏差

　　计算结果说明薄壁轴套装配后有一定的直径扩张量，为保证薄壁轴套与轴承配合满足r7的要求，在加工薄壁轴套外径时必须将扩张量考虑进去。薄壁轴套平均扩张量0.364mm，与装配中径差为-0.2275mm，消去扩张量，考虑配合公差0.057mm，取薄壁轴套外径加工尺寸为Φ320 。

4 结束语

　　加薄壁轴套修复轴是常用的修复方法，其优点是简单、省工，尤其在拆装、运输困难的大型设备上可作为首选方案。但受轴颈磨损均匀程度的制约，有一定的局限性。本例中，轴颈因磨损而导致的最大轴径偏差平均为0.14mm，如果最大轴径偏差超过0.2343mm，薄壁轴套内径上、下偏差将无法确定，装上薄壁轴套将会造成塑性变形无法实现可靠连接，无法安装轴承，这种情况下修复方案是行不通的。因此，轴颈直径偏差越小，园柱度精度高，连接可靠性越大，传动稳定性越好。
　　在确定了加薄壁轴套修复轴的方案后，关键的问题就是确定轴套外径尺寸偏差。本例中，没有将薄壁轴套外径直接定为Φ320 ，而是将薄壁轴套安装后外径扩张量考虑进去，确定薄壁轴套外径为Φ320 。从薄壁轴套加工尺寸看，扩张量的62.5%需要加工。否则，将会导致轴承安装后因游隙小被卡死，甚至轴承内圈胀裂。因此，在轴套为薄壁的情况下，必须充分考虑到因轴与轴套安装后薄壁轴套外径的扩张量，才能使轴套外装配的工件达到正常使用要求。