回转支撑轴承（轴承钢热处理工艺及组织分析）

1.问题的背景和描述

在作业过程中，履带式挖掘机可以在各个角度作业。

履带式液压挖掘机要求360°旋转。回转机构(图1)主要由回转减速器和回转支撑组成。回转减速器通过螺栓与回转平台固定，回转支架的内齿圈与行走齿轮固定，外齿圈与回转平台固定。高压液压油作用在回转马达上，使回转马达带动减速器带动小齿轮转动，回转支架的内外齿圈通过齿轮传动相对转动，实现履带式液压挖掘机工作时可实现3600转。

现有技术系统存在的问题:履带式液压挖掘机在挖掘时，铲斗受到地面的反作用力，使回转支撑有齿(图2)。

2.问题分析

由于挖掘机冲击载荷大，回转支承经常出现打齿现象。挖掘机回转支承断齿的原因很多。通过对回转支承齿圈断裂截面的调查分析，发现断齿的作用力不是轴向回转驱动力，而是啮合的驱动齿施加的径向挤压力，挤压时驱动齿轴线与回转支承轴线不平行。

通过对回转支承齿圈断裂断面的分析，发现回转支承内外圈之间存在轴向径向间隙，回转减速机主动小齿轮与减速机壳体之间存在间隙，主动小齿轮轴发生弹性变形，导致回转减速机主动小齿轮与回转支承在轴向上发生相对倾斜。与回转减速器的斜传动齿相比，本应由回转支承滚道承受的径向载荷由齿轮承担。在齿轮机构的啮合过程中，回转支承内齿圈的挤压力集中在齿宽的上部。开始时，齿轮通过塑性变形来补偿齿隙的不足。随着回转支承滚道、回转减速器轴承等部件的进一步磨合，其径向游隙逐渐增大，变形受到限制。通过受力分析可以看出，回转支承内齿圈上驱动齿的法向力是地斗的几倍甚至十几倍。因此，打齿的主要原因是回转减速器主动齿的轴线相对于回转支承的轴线倾斜，较大的冲击载荷集中在回转支承内齿圈齿宽的上部。

3.问题解决

基于对上述原因的分析，可以得出以下解决方案

方案一:为了使挖掘机在回转传动过程中转动相对灵活，回转减速器和减速器壳体的主动小齿轮与回转支承内外圈的间隙需要“正”。但是，为了避免回转减速机的主动小齿轮与回转支承的内齿圈之间的相对倾斜，回转减速机和减速机壳体的主动小齿轮与回转支承的内外圈之间的间隙需要为“负”，即回转减速机和减速机壳体的主动小齿轮与回转支承的内外圈之间的间隙需要为“负”。回转支承齿圈的每个齿都经过分段热处理，热处理区包括正常硬度区、过渡区和软带区。回转减速器驱动的小齿对回转支承的挤压会使回转支承的内齿圈发生塑性变形，从而不会压坏内齿圈。

方案二:回转减速器原主动小齿轮为直齿轮，主动小齿轮改进为鼓形齿轮:轴向直径不相等，呈上小下大的状态，齿轮底部至顶部有半径为R的圆弧形状。锥形圆弧齿轮的形状，在冲击或重载荷下，当回转减速器驱动的小齿轮相对回转支承倾斜时，齿轮在啮合过程中可以平滑过渡，不会造成回转支承的内齿圈因较大的侧向挤压力而局部断裂。

4.结论。

对于分段热处理的回转支承齿圈，当回转减速器驱动的小齿中心线与回转支承中心线在软带区相对倾斜时，回转减速器驱动的小齿对回转支承的挤压会使回转支承齿圈发生塑性变形，从而不会压坏齿圈。可以有效减少打牙的发生。

与直的主动小齿轮相比，当回转减速器的主动小齿轮在冲击或重载下相对于回转支承倾斜时，这样的锥形弧形齿轮在啮合过程中可以平稳传动。轴承与回转支承内、外齿圈之间的间隙不会造成回转减速器主动小齿轮中心线相对回转支承中心线倾斜，从而造成回转支承内齿圈的横向压溃。