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64HRC深層淬火高剛度XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承
64HRC深層淬火高剛度XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承
產(chǎn)品價(jià)格:¥300(人民幣)
  • 規(guī)格:XSU 140744
  • 發(fā)貨地:洛陽(yáng)
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    會(huì)員級(jí)別:鉆石會(huì)員
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    商鋪名稱:洛陽(yáng)東軸軸承有限公司

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    商品詳情
      XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承驅(qū)動(dòng)齒輪是機(jī)械的重要組成部分,承擔(dān)著傳動(dòng)力傳輸?shù)淖饔茫浞郗h(huán)境復(fù)雜。從動(dòng)齒圈傳遞內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的扭矩,同時(shí)承載交變應(yīng)力,且承受軸系振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷,故其制造過(guò)程復(fù)雜,工藝要求較高。本文是洛陽(yáng)東軸 主要研究了交叉滾子軸承XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承車齒圈感應(yīng)工藝的開發(fā)。

      XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承技術(shù)參數(shù)及要求

      該轉(zhuǎn)盤軸承從動(dòng)齒輪淬火要求硬化層深3~5mm(進(jìn)出口端硬化層深≥1mm即可),硬度55~64HRC。感應(yīng)淬火過(guò)程中,頻率和功率是其硬化層深和金相組織的重要影響因素。


      滾動(dòng)體十字交叉排列的設(shè)計(jì)

      直線滾道的設(shè)計(jì)必須遵循軸承鋼加熱的集膚效應(yīng)、環(huán)流效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、狹縫效應(yīng)和導(dǎo)磁體的“驅(qū)流”效應(yīng)。
      轉(zhuǎn)盤軸承的截面內(nèi)部圓柱滾子單排成十字交叉垂直分布,呈等高線分布在滾道周圍,此為軸承高載荷效應(yīng)和負(fù)游隙應(yīng),如圖1a所示。在軸承斷面的密封圈附近有灰塵顆粒靠近時(shí),或滲入到滾到里面,滾動(dòng)體分布即發(fā)生改變,即鄰近效應(yīng),如圖1b所示。此現(xiàn)象帶來(lái)的后果是圓柱滾子卡死,終集中軸承滾道i面,邊界形成旋轉(zhuǎn)緩慢狀態(tài),因?yàn)榇蟛糠只覊m顆粒會(huì)在軸承端面中向工件表面移動(dòng)。灰塵介入時(shí),其附近傳動(dòng)力將向表層區(qū)域轉(zhuǎn)移,這就是所謂的驅(qū)流效應(yīng)及狹縫效應(yīng),如圖1c所示。當(dāng)線圈表面集中有大量顆粒時(shí),其與被感應(yīng)工件的耦合效果會(huì)非常明顯,如圖1d所示。

      該交叉滾子軸承的工藝設(shè)計(jì)

      根據(jù)技術(shù)要求,通過(guò)理論分析,推導(dǎo)出軸承淬火工藝參數(shù),然后通過(guò)金相及硬度分析,確定工藝可行性。
      (1)載荷
      熱滲透深度D與軸承硬度的關(guān)系見(jiàn)式(1)。

      D=500/f1/2   (1)

      為保證軸承套圈滿足工藝要求,熱處理過(guò)程中的熱滲透深度D必須大于齒圈淬硬層深度d,即
      D >d   (2)

      將式(1)代入式(2)得
      500/f1/2> d   (3)
      f<250000/ d2    (4)

      由式(4)推導(dǎo)可得感應(yīng)過(guò)程中軸承鋼度的上限值。由上述推導(dǎo)結(jié)果可以看出,軸承加熱滲透深度與軸承成反比。某些偶發(fā)的嚴(yán)重失效現(xiàn)象如斷齒,是由齒圈的脆性形變?cè)斐傻模蛑挥锌赡苁谴愦虼死碚撋想娏黝l率也存在一個(gè)下限值。理想狀態(tài)下ΔP<0.4kW/cm2,此時(shí)D與d應(yīng)滿足式(5):

      d >0.25D    (5)

      原因是當(dāng)工件的淬硬層深度較淺時(shí),感應(yīng)器功率損耗ΔP 較大,此時(shí)要求傳動(dòng)輸出功率穩(wěn)定性較好。
      將 D=500/f1/2 代入式(5)得
      d>0.25×500/f1/2
      d2>15625/f
      f>15625/d2        (6)
      由此可得感應(yīng)電流可選頻率范圍為
      15625/d2<f<250000/d2   (7)

      根據(jù)軸承套圈技術(shù)指標(biāo),內(nèi)齒圈淬硬層深為3~5mm,取中限4mm,由此可推導(dǎo)出電流頻率的范圍為0.977~15.625kHz,取中限可得理想軸承為8.301kHz。
      (2)功率 
      若軸承固定,感應(yīng)淬火時(shí)齒圈次表層的加熱速率與轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)設(shè)定軸承轉(zhuǎn)速8~10kHz時(shí),功率密度ρP、淬硬層深度d和時(shí)間t的關(guān)系見(jiàn)表1。
      表1 設(shè)定軸承轉(zhuǎn)速為8~10kHz時(shí),淬硬層深度、功率密度與時(shí)間的關(guān)系

      在感應(yīng)淬火過(guò)程中,根據(jù)上述數(shù)值,推算出關(guān)系式(8):

      P=SρP/η0η1      (8)
      式中 η0——變壓器效率,一般為0.8;
      η1——感應(yīng)器效率,一般為0.8;
      ρP——功率密度(kW/cm2);
      S ——感應(yīng)表面積(cm2);
      P——電源功率(kW)。

      根據(jù)齒圈技術(shù)指標(biāo),取有效硬化層深中限3mm。根據(jù)圖1,可以推算感應(yīng)淬火的功率密度ρP=0.56~0.7kW/cm2。過(guò)程中測(cè)得齒圈感應(yīng)表面積為48cm2,代入式(8)計(jì)算轉(zhuǎn)速為P電=44.25kW。

      工藝可行性驗(yàn)證

      根據(jù)上述計(jì)算,首先確定了齒圈感應(yīng)淬火的基本參數(shù),對(duì)齒圈進(jìn)行淬火后,還需對(duì)其進(jìn)行有效硬化層深與金相組織進(jìn)行分析,以確定工藝可行性。
      (1)有效硬化層深度與表面硬度
      采用顯微硬度梯度法測(cè)定試樣有效硬化層深度與表面硬度,其結(jié)果見(jiàn)表2。
      表2 感應(yīng)淬火后齒圈的有效硬化層深度及硬度
      圖片
      齒圈經(jīng)感應(yīng)淬火后,其上中下各部位的表面硬度、有效硬化層深均滿足技術(shù)指標(biāo),且接近于理論計(jì)算的4mm。
      (2)金相組織
      除顯微硬度梯度檢測(cè)外,還需結(jié)合試樣的金相組織來(lái)判定感應(yīng)軸承淬火工藝是否合理。感應(yīng)淬火后,試樣的顯微金相組織如圖3所示。

      圖片
      圖3  試樣顯微金相組織

      從圖3可以觀察到,經(jīng)感應(yīng)淬火后,齒圈表層各部位均已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織,可以有效提高其疲勞性能,進(jìn)一步驗(yàn)證了上述工藝參數(shù)的合理性。


      備注:

      本文主要探討了XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承動(dòng)齒圈感應(yīng)器的設(shè)計(jì)、感應(yīng)工藝的理論分析兩個(gè)方面的問(wèn)題,最后通過(guò)有效硬化層深與金相分析驗(yàn)證了上述工藝的可行性。結(jié)合齒圈技術(shù)指標(biāo),通過(guò)理論計(jì)算,可以確定齒圈感應(yīng)淬火的合理工藝參數(shù)為:電流頻率8.301kHz,電源輸出功率44.25kW。
      采用顯微硬度梯度法測(cè)定試樣的有效硬化層深度和表面硬度,結(jié)合金相組織分析,最終確認(rèn)了理論計(jì)算所得參數(shù)的可行性。
      驅(qū)動(dòng)齒輪箱是內(nèi)燃機(jī)車的重要組成部分,承擔(dān)著動(dòng)力傳輸?shù)淖饔茫浞郗h(huán)境復(fù)雜。從動(dòng)齒圈傳遞內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的扭矩,同時(shí)承載交變應(yīng)力,且承受軸系振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷,故其制造過(guò)程復(fù)雜,工藝要求較高。本文主要研究了某內(nèi)燃機(jī)車齒圈感應(yīng)工藝的開發(fā)。

      技術(shù)參數(shù)及要求

      某型機(jī)車從動(dòng)齒輪淬火要求硬化層深3~5mm(進(jìn)出口端硬化層深≥1mm即可),硬度55~64HRC。感應(yīng)淬火過(guò)程中,頻率和功率是其硬化層深和金相組織的重要影響因素。


      感應(yīng)器的設(shè)計(jì)

      感應(yīng)器的設(shè)計(jì)必須遵循感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)、環(huán)流效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、狹縫效應(yīng)和導(dǎo)磁體的“驅(qū)流”效應(yīng)。
      無(wú)導(dǎo)磁體感應(yīng)器的截面內(nèi)部交流電流分布,呈等高線分布在感應(yīng)器周圍,此為集膚效應(yīng)和環(huán)流效應(yīng),如圖1a所示。在通電的線圈附近有導(dǎo)體靠近時(shí),電流在感應(yīng)器內(nèi)分布即發(fā)生改變,即鄰近效應(yīng),如圖1b所示。此現(xiàn)象帶來(lái)的后果是,電流最終集中在感應(yīng)器邊界最終形成平衡狀態(tài),因?yàn)榇蟛糠蛛娏鲿?huì)在感應(yīng)器中向工件表面移動(dòng)。導(dǎo)磁體介入時(shí),其附近電流將向表層區(qū)域轉(zhuǎn)移,這就是所謂的驅(qū)流效應(yīng)及狹縫效應(yīng),如圖1c所示。當(dāng)線圈表面集中有大量電流時(shí),其與被感應(yīng)工件的耦合效果會(huì)非常明顯,如圖1d所示。

      圖1  感應(yīng)器設(shè)計(jì)

      根據(jù)如上原則,設(shè)計(jì)了機(jī)車從動(dòng)齒圈感應(yīng)器,如圖2所示。
      圖片
      圖2 從動(dòng)齒圈感應(yīng)器


      感應(yīng)工藝設(shè)計(jì)

      根據(jù)技術(shù)要求,通過(guò)理論分析,推導(dǎo)出感應(yīng)淬火工藝參數(shù),然后通過(guò)金相及硬度分析,確定工藝可行性。
      (1)頻率
      熱滲透深度D與頻率f的關(guān)系見(jiàn)式(1)。

      D=500/f1/2   (1)

      為保證齒圈滿足工藝要求,熱處理過(guò)程中的熱滲透深度D必須大于齒圈淬硬層深度d,即
      D >d   (2)

      將式(1)代入式(2)得
      500/f1/2> d   (3)
      f<250000/ d2    (4)

      由式(4)推導(dǎo)可得感應(yīng)過(guò)程中電源頻率的上限值。由上述推導(dǎo)結(jié)果可以看出,感應(yīng)加熱滲透深度與電流頻率成反比。某些偶發(fā)的嚴(yán)重失效現(xiàn)象如斷齒,是由齒圈的脆性形變?cè)斐傻模蛑挥锌赡苁谴愦虼死碚撋想娏黝l率也存在一個(gè)下限值。理想狀態(tài)下ΔP<0.4kW/cm2,此時(shí)D與d應(yīng)滿足式(5):

      d >0.25D    (5)

      原因是當(dāng)工件的淬硬層深度較淺時(shí),感應(yīng)器功率損耗ΔP 較大,此時(shí)要求電源輸出功率穩(wěn)定性較好。
      將 D=500/f1/2 代入式(5)得
      d>0.25×500/f1/2
      d2>15625/f
      f>15625/d2        (6)
      由此可得感應(yīng)電流可選頻率范圍為
      15625/d2<f<250000/d2   (7)

      根據(jù)齒圈技術(shù)指標(biāo),內(nèi)齒圈淬硬層深為3~5mm,取中限4mm,由此可推導(dǎo)出電流頻率的范圍為0.977~15.625kHz,取中限可得理想電流頻率為8.301kHz。
      (2)功率 
      若電流頻率固定,感應(yīng)淬火時(shí)齒圈次表層的加熱速率與電源功率成正比。當(dāng)設(shè)定電流頻率8~10kHz時(shí),功率密度ρP、淬硬層深度d和時(shí)間t的關(guān)系見(jiàn)表1。
      表1 設(shè)定電流頻率為8~10kHz時(shí),淬硬層深度、功率密度與時(shí)間的關(guān)系
      圖片
      圖片
      在感應(yīng)淬火過(guò)程中,根據(jù)上述數(shù)值,推算出關(guān)系式(8):

      P=SρP/η0η1      (8)
      式中 η0——變壓器效率,一般為0.8;
      η1——感應(yīng)器效率,一般為0.8;
      ρP——功率密度(kW/cm2);
      S ——感應(yīng)表面積(cm2);
      P——電源功率(kW)。

      根據(jù)齒圈技術(shù)指標(biāo),取有效硬化層深中限3mm。根據(jù)圖1,可以推算感應(yīng)淬火的功率密度ρP=0.56~0.7kW/cm2。過(guò)程中測(cè)得齒圈感應(yīng)表面積為48cm2,代入式(8)計(jì)算電源功率為P電=44.25kW。
      圖片
      工藝可行性驗(yàn)證

      根據(jù)上述計(jì)算,首先確定了齒圈感應(yīng)淬火的基本參數(shù),對(duì)齒圈進(jìn)行淬火后,還需對(duì)其進(jìn)行有效硬化層深與金相組織進(jìn)行分析,以確定工藝可行性。
      (1)有效硬化層深度與表面硬度
      采用顯微硬度梯度法測(cè)定試樣有效硬化層深度與表面硬度,其結(jié)果見(jiàn)表2。
      表2 感應(yīng)淬火后齒圈的有效硬化層深度及硬度
      圖片
      齒圈經(jīng)感應(yīng)淬火后,其上中下各部位的表面硬度、有效硬化層深均滿足技術(shù)指標(biāo),且接近于理論計(jì)算的4mm。
      (2)金相組織
      除顯微硬度梯度檢測(cè)外,還需結(jié)合試樣的金相組織來(lái)判定感應(yīng)淬火工藝是否合理。感應(yīng)淬火后,試樣的顯微金相組織如圖3所示。


      圖3  試樣顯微金相組織

      從圖3可以觀察到,經(jīng)感應(yīng)淬火后,齒圈表層各部位均已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織,可以有效提高其疲勞性能,進(jìn)一步驗(yàn)證了上述工藝參數(shù)的合理性。


      結(jié)語(yǔ)

      本文主要探討了XSU 140744型號(hào)轉(zhuǎn)盤軸承從動(dòng)齒圈感應(yīng)器的設(shè)計(jì)、感應(yīng)工藝的理論分析兩個(gè)方面的問(wèn)題,最后通過(guò)有效硬化層深與金相分析驗(yàn)證了上述工藝的可行性。結(jié)合齒圈技術(shù)指標(biāo),通過(guò)理論計(jì)算,可以確定齒圈感應(yīng)淬火的合理工藝參數(shù)為:軸承轉(zhuǎn)速8.301kHz,電源輸出功率44.25kW。

      采用顯微硬度梯度法測(cè)定試樣的有效硬化層深度和表面硬度,結(jié)合金相組織分析,最終確認(rèn)了軸承所得參數(shù)的可行性。


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