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TY165A液力变矩器轴承的改进

2023-03-17

林义 何芳 张锡杰 谈健

引言

TY165A液力变矩器是TY165液力变矩器的改型产品。根据使用中出现的轴承故障情况,通过调查、分析和研究,对原TY165液力变矩器内部结构中的轴承进行了两次重要的改进工作。

1 7209轴承的改进

TY165A液力变矩器上的7209AC/DF轴承是以面对面配置成对安装的角接触球轴承。轴承的内环安装在输出轴上,外环安装在罩轮上,如图1所示。这对轴承的一个重要作用是轴向定位,保证液力变矩器的泵轮、涡轮和导轮之间的轴向安装间隙,使液力变矩器在工作时三轮不发生碰撞和摩擦。在装机使用100多台中,出现几例7209AC/DF轴承损坏情况。

1.1轴承的损坏情况

根据对几例轴承损坏情况的检查发现,在这对面对面安装的轴承中,右边轴承损坏严重,轴承内、外环滚道轴肩被挤压拓平位置如图1所示,轴承内环滚道左轴肩被挤压拓平,轴承外环滚道右轴肩被挤压拓平;尼龙保持架扭曲断裂;钢球表面磨损变形。而左边轴承基本无损坏。

1.2损坏原因分析

推土机的工作状况是推土-倒退-行走-推土,所以轴承受到的轴向载荷也是频繁变动的,轴承的内、外环分别随输出轴和罩轮旋转,内、外环的相对转速在很大范围之间也频繁变动。特别在推土遇到大石块或树根时,载荷突然升高,罩轮随发动机转速不变,输出轴转速迅速下降、扭矩迅速增大,轴承内、外环的相对转速也就突然提高,并同时受到很大的轴向冲击载荷。

从右边轴承内、外环滚道轴肩被挤压拓平的位置看,罩轮上对轴承的轴向冲击载荷力的方向是向左的;从右边轴承内、外环滚道轴肩被挤压拓平的程度看,右边轴承频繁受到的向左的轴向冲击载荷是很大的,造成滚道受冲击的一边轴肩累积塑性变形而损坏,从而导致尼龙保持架扭曲断裂;钢球表面磨损变形。

左边轴承基本无损坏说明成对安装轴承的预紧载荷量不合适。

综上所述,右边轴承频繁受到向左的轴向超载荷冲击是其损坏的主要原因。

1.3改进措施

为提高这对轴承在较为恶劣工作条件下的可靠性,参考TY320液力变矩器中7215轴承提高可靠性的措施,我们在轴承的配置方式、内部结构和安装方法几方面提出专门的改进措施。

原7209AC轴承DF组配方式是面对面的配置结构,如图2a所示。参考TY系列较大马力的TY220、TY320液力变矩器中,相同结构处的7214BM/DB、7215BM/DB轴承DB组配方式的背对背配置结构,现选用的7209B/DB轴承,其组配方式改为背对背的配置结构,如图2b所示。从图2对比中可看出,图2a中,因为轴承的25°压力线构成的压力锥尖朝里,两锥尖点的距离H小于支承轴承间的距离,所以整个轴承支承系统的刚性较小。而图2b中,因为轴承的40°压力线构成的压力锥尖朝外,两锥尖点的距离H大于支承轴承间的距离,所以整个轴承支承系统的刚性较大,能承受较大的倾覆力矩,特别是轴承间距较小时,这种优越性更为突出。

1.3.1轴承内部结构的改进

对7209轴承内部结构进行了以下几点的改进:①原AC型25°接触角改选为B型40°接触角的7209B轴承;②选择滚道两边轴肩是直径不相同的内环;③选用耐高温黄铜实体保持架的7209BM/DB轴承,保持架为钢球引导的锥台式保持架;④根据载荷情况和使用要求选取Z合适的轻预紧变形量,在轴承代号上加后置代号A。[1]

1.3.2轴承安装方法的改进

按压入法设计专用工装来安装这对轴承;编制合理的安装工艺保证安装质量。[1]

改选的轴承代号为7209BM/DBA。在7209轴承改进后,TY165A液力变矩器的质量比较稳定。

2 6311C4轴承的改进

2007年5月下旬在宁夏银川地区接连出现5起165A液力变矩器中6311C4轴承的损坏事故。在此之前我们提供的165A液力变矩器都未发生类似质量事故,除宁夏银川地区外其他地区也未出现类似事件。我们供应给多家推土机厂的TY165系列液力变矩器所用的6311C4轴承也未产生类似事件。

2.1施工现场和轴承的损坏情况

施工现场是在银川小西湖中的长桥下,桥两边用泥土堆起拦水堤坝,TY165A推土机就在小西湖长桥桥洞里将烂泥推到桥洞边,再由挖掘机将烂泥装上卡车运走。虽然有两边泥土堆起的拦水堤坝,但桥洞里还是满地稀泥,TY165A推土机配备的是湿地作业的履带,这种履带比干地作业的履带宽,履带板呈三角形,它能使推土机在湿地作业中履带覆盖面积大,履带板抓地深,在烂泥中不打滑,推土有力。

在湿地上作业对推土机的要求是机身分量要重,驱动马力要大。通过调查得知,TY165A推土机选用的发动机的额定功率比TY165推土机选用的发动机的额定功率提高了7.4%。TY165A推土机的机身分量也比TY165推土机的机身分量重了1.5t。TY165A推土机是可在湿地上作业的推土机。

轴承的损坏情况是轴承内、外环滚道对角轴肩被冲击挤压拓平,其被冲击挤压拓平的位置与第1章图1中右边7209轴承内、外环滚道对角轴肩被冲击挤压拓平的位置相同。钢板冲压保持架变形断裂,滚珠表面磨损、破碎。

2.2轴承的支承结构和损坏原因分析

TY165A液力变矩器的壳体与飞轮箱安装固定,导向盘和罩轮外齿圈分别插入飞轮的中心孔和内齿圈中。工作时飞轮通过罩轮带动泵轮旋转。TY165A液力变矩器的轴承支承结构如图3所示,罩轮和泵轮组件右边支承在NU217E轴承上,其右端面与壳体有5mm间隙,所以其右边是游动支承;导向盘架在飞轮的中心孔里,飞轮中心孔里并无轴向限位,而罩轮左端面与飞轮又有一定间距,所以罩轮和泵轮组件的轴向固定就靠7209BM/DBA轴承,然而,7209BM/DBA轴承的内环是安装在输出轴上的,输出轴的轴向固定是靠6311C4轴承,因此,罩轮和泵轮组件的轴向固定Z终还要靠6311C4轴承来定位的。

在第1节中,分析造成7209AC/DF轴承损坏的主要原因是频繁受到的向左的轴向超载荷冲击,而所采取的改进措施都只是增加轴承承受轴向超载荷冲击的强度,并未有减小这种轴向超载荷冲击力的改进措施,在湿地作业中这种轴向超载荷冲击力更大。所以,从轴承支承结构分析,通过7209BM/DBA轴承的这种轴向超载荷冲击力再通过输出轴冲击到6311C4轴承上,6311C4轴承是深沟球轴承,只能承受一定程度的轴向力,在频繁受到的向左的轴向超载荷冲击下就承受不了。其内、外环滚道对角轴肩被损坏的位置与7209轴承内、外环滚道对角轴肩被损坏的位置相同就证明了以上的分析。

2.3改进措施

针对TY165A湿地作业的特点,参考马力更大的TY220型和TY320型相同轴承支承结构中,该处都选择了QJF312和QJF313四点接触球轴承,四点接触球轴承比深沟球轴承可承受更大的轴向力,相同尺寸的四点接触球轴承比深沟球轴承的基本额定载荷要高21%。[2]从使用情况看,到目前已生产6000多台TY220都用QJF312轴承,使用质量稳定,没有轴承损坏情况。

QJF311轴承的规格尺寸与6311C4轴承的规格尺寸完全相同,所以用QJF311轴承代替6311C4轴承,在结构上对其他零件尺寸没有任何影响,在装配上端盖必须压住双半外环,以保证QJF311轴承在制造好的游隙中运转。

3 结束语

经过第二次轴承改进后,陆续售出近400台TY165A液力变矩器,在近二年多的时间里没有发生7209BM/DBA和QJF311轴承损坏的情况。这说明我们对轴承损坏原因的调查分析对路,采取的改进措施有效。两次改进轴承的方法虽然有所不同,但两处轴承的损坏是有其内在联系的,从TY165A液力变矩器的轴承支承结构分析,找出两处轴承损坏的相同原因,通过提高轴承承受频繁轴向超载荷冲击的强度,提高了TY165A液力变矩器的可靠性。

(来源:液压气动与密封)