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）