特大型转盘轴承滚道淬火时支点布置对淬火效果的影响

邹本辉，李巨章

(大连联合风电轴承有限公司，辽宁 瓦房店 116300)

特大型转盘轴承滚道淬火通常采用中频感应加热方式，考虑到滚道淬火的效果，工件通常是竖直稍向后倾斜放置，这有利于淬火冷却均匀，从而保证滚道淬火质量。但因工件较大，设备较为特殊，淬火过程中易发生工件爬行现象(此时工件停止转动，感应头在同一地方继续加热)，导致滚道受热严重不均，甚至出现烧伤或淬火裂纹，导致产品报废。针对上述问题，以HKVP3500型中频感应淬火机床加工1.5 MW风力发电机变桨轴承为例进行分析，以期找到相应的改进措施。

1 问题分析

HKVP3500型中频感应淬火机床工作状态如图1所示，床身导轨向后倾斜，角度约为γ=15°(图2)。导轨上有上、下横梁，可根据工件的直径进行高度调节。上横梁有滑动座和辅助滚轮，可根据工件尺寸进行左右位置的调整，在工件旋转时起辅助支撑作用。下横梁有长度标尺，下横梁上的主动轴和固定座位置固定不变，从动轴及滑动座可根据工件直径进行左右调整。工件主要靠主动轴和从动轴支撑。淬火时，工件在主动轴带动下按一定速度顺时针旋转，淬火感应器位置不动，通过合理的参数设置，保证工件匀速转动，实现感应加热和均匀冷却，完成淬火加工。

1—导轨；2—上横梁；3—下横梁；4，11—滑动座；5—从动轴；6—主动轴；7—固定座；8—淬火感应器；9—工件；10—辅助滚轮

图2 工件受力分析图

对淬火过程中的工件和下横梁上的支撑轴进行受力分析，如图2和图3所示。下横梁在斜面方向上的受力为

F=Gcosγ，

式中：G为工件的重力。下横梁主要的受力点是主动轴和从动轴支点，其余受力较小，可暂时忽略。在通常情况下，两支撑轴的直径基本一致，当二者在同一水平线上时受力相同，即

式中：α为主、从动轴与套圈中心的夹角，0<α<180°。而主动轴所受摩擦力(工件旋转的动力)为

由此式可知，在0<α<180°时，f动随着α的增大而增大。同理，从动轴对淬火套圈产生的摩擦阻力f阻也随α的增大而增大。同时，f阻为滚动摩擦，f动为滑动摩擦，f动的摩擦因数μ动远大于f阻的摩擦因数μ阻；所以，f阻远小于f动。由此可得，α越大，f动越大，并且与f阻的差值也越大，从而使工件旋转动力越大，越不易打滑。

图3 两支撑轴受力图

零件在支点上的运行状态受2个支点(主、从动轴)间距(间距决定α角)的影响最大，主动轴和从动轴在不同的支点间距下产生的摩擦力是决定工件是否发生爬行现象的主要原因。现通过调整两支点间距，结合人工辅助拉动的方式进行试验验证。

依次将从动轮调到设备标尺的600，700，800，900，1 000 mm处，然后主动轴旋转，单人手拉工件制动，表1为试验结果。

表1 工件淬火受力支点间距与人工拉动效果

2 改进措施

随着主动轴与从动轴的间距加大，工件所受的压力变大，摩擦力也变大，带动工件旋转平稳，不易打滑，淬火效果好。但如果主动轴与从动轴的间距过大，会使支撑轴受力过大，超出设备承载极限，损坏设备。根据试验数据取二者间距为1 480 mm，此时夹角α=90.72°，试验工件为1.5 MW风电变桨轴承外圈，直径2 080 mm。当主、从动轴半径相等时，现令α=90.72°不变，当更换产品型号时，由α求出主、从动轴间所需的距离

式中：X为主、从动轴与套圈间接触点的距离；D为套圈外轮廓直径。由此式可知，当D增大时，X也随之增大。

当淬火套圈为3.0 MW风电变桨轴承外圈时，D=2 620 mm，则X=1 864 mm。当更换为3.0 MW风电偏航轴承外圈时，D=3 250 mm，则X=2 312.5 mm。其他条件不变，当从动轴半径大于主动轴半径时， 由受力分析知，F1>F2，则对应的f动会变大，f阻会变小。因此，在布置淬火支点时，应综合考虑支点间距、从动轴半径及支撑轴的强度，以选择合适的方案。

根据上述理论分析及试验所得结果，在滚道淬火工序采取增加支撑轴间距的方法进行生产实践，在近半年的生产中，先后加工多种风电变桨、偏航轴承套圈，淬火效果稳定，未出现工件爬行现象，保证了套圈滚道的表面淬火质量。

3 结束语

(1)根据零件尺寸和支点的位置确定夹角α在不小于90°的情况下，淬火可以正常进行，不易发生打滑现象。

(2)在零件尺寸过大情况下，如果设备调整后夹角α仍达不到要求，必须经过试验验证确保工件不发生爬行后，才可进行淬火加工。

(3)不能无限制增加α角，以防止支撑轴受力过大而损坏。

(4)适当加大从动轴直径，可以增加主动轴驱动力，保证工件稳定旋转。

(5)在该类型中频感应淬火机床的设计和生产中，可以增加支撑轴的刚性，同时给出机床支点的承载极限及工件直径变化与支点合理布置的关系曲线图，以便于操作者在使用此类型淬火机床时对设备及加工工艺参数进行合理调整，避免工件旋转过程中发生爬行现象，保证工件的淬火质量。