圆锥滚子轴承在单螺杆挤出机齿轮箱上的应用

邱 林

（宁夏青龙塑料管材有限公司，宁夏银川 750002）

0 引言

专门生产聚烯烃塑料管材的单螺杆挤出机的齿轮箱，因为轴承选用不当，导致齿轮箱运行过程中频繁出现齿轮损坏、轴承损坏等一系列齿轮箱故障，同时造成维修量和维修费用增加，针对这一技术问题进行改进。

1 技术改造背景

单螺杆挤出机广泛应用于橡胶塑料行业，其性能对产品的质量影响极为重要。齿轮箱作为单螺杆挤出机设备的动力传动部件，起着至关重要的作用，其质量的优劣和效率的高低直接决定了整套设备的性能。因其安装空间的布置，要求齿轮箱的外形很小，集成度更高（图1）。

单螺杆挤出机的齿轮箱把齿轮套和速比齿轮集成到齿轮箱内部，降低了制造加工和热处理工艺的难度，提高了齿轮精度和传动效率，不易损坏，增加了设备的整体使用寿命。轴承的选型是影响齿轮精度、传动效率和设备整体使用寿命的关键因素。某公司使用的一台挤出机的齿轮箱，因为上述因素导致齿轮箱运行过程中频繁出现齿轮损坏、轴承损坏等一系列齿轮箱故障。以下为维修改造前的具体情况。

PE 管材单螺杆挤出机，型号90/33∶1，采用杭州威力机械有限公司圆柱齿轮减速器，型号ZLYJ315-W，减速比12.5∶1。该齿轮箱输入齿轴使用22222 型调心滚子轴承2 盘，中齿轴使用22230 型调心滚子轴承2 盘（图2）。使用此轴承对齿轮箱的加工精度和装配精度要求非常高，由于该在用齿轮箱精度没有达到要求，在使用过程中强行配置了调心轴承，结果造成轴向、径向定位困难，间隙大无法消除，齿轮箱运行噪声及振动大，温度高，箱体温度测量超过100 ℃。齿轮箱轴承、齿轮运行不足3 个月就损坏，故障率高，影响生产，并且维修成本高，每年维修费用在1 万元以上，公司计划新采购一个齿轮箱进行改造更换，但是投资成本高。

2 圆锥滚子轴承的应用分析

针对上述技术难题进行了研究，采取的维修改造技术方案是：更换成一种安装尺寸相同，精度高，间隙小，易调整的轴承，拟采用单列圆锥滚子轴承分别替换原有调心滚子轴承（图3）。

2.1 圆锥滚子轴结构特点

圆锥滚子轴承是分离型轴承，其类型代号为30000。当圆锥滚子轴承的重要尺寸均处于 GB/T 307.1—1994《滚动轴承向心轴承公差》范围内时，圆锥滚子轴承外圈和内组件具备良好的互换性。圆锥滚子轴承外圈的角度、外滚道直径尺寸和外形尺寸均已经实现标准化，单列圆锥滚子轴承是目前应用最广泛的圆锥滚子轴承。

单列圆锥滚子轴承主要由外圈和内圈组件组成，内圈组件由内圈和框型保持架包裹的一组锥形滚子构成。根据ISO 圆锥滚子轴承外形尺寸标准的规定，任一标准型号的不同圆锥滚子轴承的外圈和内圈组件必须满足互换性要求。即同型号圆锥滚子轴承的外圈尺寸、内圈组件的锥体直径和圆锥角等必须满足ISO 492（GB/T 307）中互换性的相关规定。

一般而言，单列圆锥滚子轴承外圈滚道的圆锥角大小为10°～19°，能够同时承受轴向载荷和径向载荷。单列圆锥滚子轴承承受轴向载荷的能力随圆锥角的增加而变大。圆锥角大小在25°～29°的圆锥滚子轴承，具备承受较大轴向载荷的能力，其后置代号加B 表示。

图1 单螺杆挤出机专用齿轮箱

图2 调心滚子轴承

图3 圆锥滚子轴承

2.2 圆锥滚子轴承的用途

圆锥滚子轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷，主要承受径向载荷。圆锥滚子轴承承受轴向载荷的能力由外圈的圆锥角决定，圆锥角越大，其承受轴向载荷的能力越大。单列圆锥滚子轴承游隙需用户在安装时调整。

圆锥滚子轴承的转子安装在圆锥形的内圈和外圈滚道之间。内圈上圆锥表面的投影线交汇在轴承轴线的同一点。这种设计是圆锥滚子轴承能够同时承受径向载荷和轴向载荷的根本原因。轴承的接触角α 直接决定了轴承承受轴向载荷的能力，α 角度越大，轴承承载轴向载荷的能力增大。圆锥滚子轴承的接触角α 通常采用计算系数e 表示，e 值越大，表示接触角α 越大，轴承可以承受的轴向载荷越大。

2.3 圆锥滚子轴的安装注意事项

在安装单列圆锥滚子轴承的过程中可以根据实际需要调整轴向游隙的大小。一般情况下，通过调整轴颈上的调整螺母、调整垫片和轴承座孔内的螺纹，调整轴向游隙，有时也可以使用预紧弹簧调整。影响圆锥滚子轴承轴向游隙的因素有很多，其中轴承安装布置、轴承间距离、轴和轴承座的材料等，是比较关键的因素。

针对单螺杆挤出齿轮箱工况，圆锥滚子轴承在使用过程中会承受较高的载荷和转速，因此在调整轴承的轴向游隙时，必须考虑高载荷、高转速导致油温升高，而对游隙产生的影响。在调整轴向游隙时，将游隙适度调大一点，补偿后期油温升高导致的游隙减小量。在调整完毕后，必须使用千分表检验轴向游隙大小是否在预期调整范围内。

3 结论

经过查阅相关技术资料进行理论分析和召开技术讨论会，选用圆锥滚子轴承32222 和32230 分别替换原有22222 和22230 型调心滚子轴承，消除了轴向间隙及径向跳动（图4）。跟踪实际使用效果，经过测量箱体表面温度降低到70 ℃左右，减速器运行稳定，噪声、振动大的问题得到解决，符合安全环保要求，节约了原计划新采购齿轮箱的5 万元资金，同时提高了齿轮箱运转速度及运转率，提高了生产效率。本维修改造技术方案通过多次实际运行试验，被本公司认可和表扬。

图4 圆锥滚子轴承