推力轴承式轴端锁紧结构设计研究

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机械结构中常规的锁紧方式有摩擦锁紧、铆冲锁紧以及机械锁紧等几种，在中等载荷及平稳工况下具有良好的锁紧性能；但在重载和频繁正、反向旋转的工况下，常规方式的锁紧力量明显不足，如在冶金和矿山重型设备中，常规锁紧方式在线寿命较短，在很大程度上增加了设备维修成本。

1. 重载下圆螺母锁紧机构的失效机理分析

对于通过单键、双键或花键方式安装在轴端的传动件，轴的末端常采用止动垫圈与圆螺母组合锁紧。当重载工况下频繁正、反向传递扭矩时，轴和传动件上键槽的2个侧面均承受循环载荷的挤压，其宽度不断变大，与之配合的键宽则有缩小的趋势，造成轴与传动件的配合间隙快速扩大，换向过程的冲击力进一步加大并形成恶性循环，传动件无法与轴同步旋转，并沿着轴线方向及圆周方向发生窜动和旋转，进而挤压和摩擦较薄的止动垫圈，止动垫圈难以承受巨大摩擦和挤压作用，很快被磨损掉或变形失效。

2. 推力轴承式轴端锁紧的具体结构

针对重载和频繁正、反向旋转的工况，提出在传动件和止动垫圈之间增加一套推力轴承的新型锁紧结构，借助推力轴承的2个平行外壳可以旋转的功能，用以抵消传动件松动后对止动垫圈产生的巨大摩擦力，进而保护圆螺母不至于转动和脱落，增强锁紧的可靠性具体结构如附图所示。

推力轴承式轴端锁紧结构设计研究

推力轴承式轴端锁紧结构原理示意图

1.齿轮（传动件）  2.推力轴承  3.挡圈  4.传动轴  5.止动垫圈  6.圆螺母

齿轮1为传动件，与轴径之间采用键联接；在挡圈3的右侧依次安装止动垫圈5和圆螺母6。当传动件发生松动时，必然对推力轴承的左侧外壳产生摩擦和挤压，由于推力轴承的两个外壳可以相互平行旋转，因而右侧外壳则会保持不动，这就保护了挡圈3、止动垫圈5和圆螺母6，圆螺母始终处于良好的锁紧状态而不会旋转后退。

3. 适用工况

本锁紧结构特别适用于重载和频繁正、反向旋转工况下的锁紧要求。例如钢企的轧机机架辊、转向辊等重型设备，不仅要承受钢坯的重载冲击，且频繁正、反向旋转，常态下振动剧烈。前期使用常规止动垫圈和圆螺母锁紧轴承和内花键齿轮，实际结果是止动垫圈很快被挤碎，圆螺母脱落，轴端的大螺纹也因磨损变成“光杆”，导致设备的在线使用寿命很短，有时仅能维持10天左右的寿命。如想消除或减轻对止动垫圈和圆螺母的剧烈摩擦力，始终保持止动垫圈和圆螺母不磨损、不变形、不脱落，则上述结构为较理想的结构形式。

4. 突出优点与应用效果

（1）该锁紧结构主要适用于承受重载、冲击、频繁正、反向旋转工况下对轴端的锁紧，如轧钢生产线上的机架辊和转向辊、矿山设备的破碎机主轴等。

（2）轧钢生产线上的机架辊采用本结构后，在线寿命从原来的10天左右提高到2个月以上；石料破碎机主轴更换周期由原来的3个月提高到1年。解剖这些失效的传动部位，发现均是键联接处损坏，而止动垫圈和圆螺母完好无损。

作者：济钢集团重工机械有限公司　张文周