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粉碎机轴承选型与装配

发布者:admin发布时间:2016-11-19 17:27:50浏览次数:1620标签:

  粉碎机轴承选型与装配

  1.1粉碎机轴承类型选择

  由机械结构设计常识可知,下轴承除了要承受正常的圆周力和皮带的张紧力以外,整个转子的重力也要由该轴承承担,故仅能承受径向力的深沟球轴承和仅能承受轴向力的推力轴承均不适合使用,应选择可同时承受轴向力和径向力的角接触球轴承(此处对于立式安装的角接触球轴承可以不成对使用,轴承的轴向游隙可由转子和主轴的重力来预紧,可以获得比较高的旋转精度),而上轴承因为只承受径向力,可以选用价格低廉、旋转精度高、极限转速高的深沟球轴承。

  1.2粉碎机轴承内径选择

  从机械设计手册上可以对比看到,轴承的内径越大,则其承载能力越高,极限转速则越低,这与粉碎机需要的高转速是相矛盾的。当出现设计载荷和设计转速有矛盾时,在轴承内径的选择上要把握在优先满足转速要求的基础上,尽量增大轴承的内径,这样选择一是因为同系列的轴承内径越大,承载能力就越大;二是因为对于高速转动的轴,其传递的扭矩较小,按扭转强度设计时轴径很小就可以满足扭转刚度,但是轴径太小时轴的旋转刚度达不到要求,当转子的动平衡做得不是很好的时候,细小轴更容易引发振动。需要注意的是,按要求选好轴承内径之后,还需要对轴作常规的危险截面校核,以防轴的强度不够,具体校核方法此处不作详述。

  1.3粉碎机轴承的校核

  轴承的校核就是根据已选定的轴承型号和工作转速以及润滑条件等已确定的情况下,对轴承寿命的校核。为使计算尽量简化,可以使用机械设计手册软件版2.0里的滚动轴承设计模块,根据提示简单输入轴承的相关信息后可以很快验算出轴承寿命是否符合设计要求,如图2所示。其中轴向载荷由转子的重力确定,径向载荷可由轴的结构和皮带轮传递给轴的力间接求得,而皮带传给皮带轮的力可在做皮带轮设计的时候由皮带的正常张力求得,张力的具体计算方法也可以参考机械设计一书。

  2 粉碎机轴承的润滑方式选择

  滚动轴承的常用润滑方式有脂润滑、油润滑和固体润滑等。润滑方式的选择一般可根据速度因数dn值(式中d—为轴承内径,单位mim;n—为轴承转速,单位rpm)来确定采用何种润滑方式。

  当dn<1.6×105mm•rpm时,一般采用脂润滑(机械设计一书对此dn值的上限已扩大到2~3×105mm•min,笔者认为,只要轴承的工作情况和散热条件好,此值可以取上限;散热条件不好时,最好取下限。实际使用中,因冲击磨工作平稳,且磨内存在负压,且有空气不断流过冲击磨,故轴承座的风冷条件比较好,因而轴承允许有相对较高的dn值),因为润滑脂的润滑油膜承载能力较高、不易流失、容易密封且可应用较长时间而不需补充或更换。这种脂润滑方式在大中型的中低转速冲击磨中使用普遍。

  当转速比较高且dn>1.6×105mm•rpm时,轴承应采用润滑油润滑。因为油润滑的摩擦阻力小于脂润滑,并兼具散热功能,故油润滑可以润滑高转速或工作温度较高的轴承。根据立式冲击磨轴承的安装方式,一般不采用浸油润滑(该方式仅用于低速卧轴),而采用滴油或压力供油等方法润滑。润滑油的粘度可按轴承的速度因素dn值和工作温度t选取,再根据所选定的粘度值,从油品目录中选出油的牌号。具体的选择依据可以参考实用轴承技术手册一书。油润滑系统因为设计比较复杂,且立轴的密封较难,出于成本方面的考虑,这种润滑方式不优先推荐使用。按不同手册的速度因素dn推荐值,如当dn值处于油润滑和脂润滑的临界值时,可以优先考虑脂润滑,但是对于符合上述轴承因素的轴承,其润滑必须采用油润滑。

  3 粉碎机轴承的密封

  密封是为了限制润滑剂从轴承中流失,也可以防止外界灰尘、水分等侵入轴承。没有合理的密封将大大影响轴承的使用寿命。因此轴承的良好密封是保证轴承有效润滑的基本条件。对于立式冲击磨的轴承,其密封也应从这两方面来考虑:一是要做好多尘状态下的粉尘密封,防止粉尘侵入轴承引起磨粒磨损;二是特别要做好润滑剂的密封,防止润滑剂的流失或泄漏造成干摩擦使轴承很快损坏。根据图1可以得到粉碎机的原理简图(不包含气流的流道),如图3所示。我们将结合图3说明采用何种方式对两个轴承进行密封。

  3.1粉尘的密封

  对于粉尘的密封分为4个部分,即图3中的A、B、C、D四个部分。其中因A面靠近粉尘区,其密封一般不可采用透盖—密封圈形式的密封,因为这种密封方式一是许用密封线速度不高,二是一旦密封圈磨损,密封就失效,且在工作中这种密封失效与否不易检查,故密封可靠性不高。为克服这些缺点,此密封一般宜采用非接触式的迷宫密封。具体的迷宫密封设计可参考机械设计手册。B面和C面的密封为简化密封结构,降低生产成本,可以采用图4所示的静密封。采用这种密封的另一个好处是如果需要采用油润滑的时候,其稀油密封性能可达到零泄漏,因而可以兼作油道,对简化油路设计很有帮助。而D面因远离粉尘,且经A、B、C三个面的密封之后,仅有外界微量粉尘可以有机会从D面侵入轴承了,故此处密封可以使用常规的透盖—螺旋密封,只是在设计密封螺旋的时候一定要让螺旋的旋向与冲击磨主轴的旋向相反,否则非但对密封没有帮助,反而有害。

  3.2润滑剂的密封

  3.2.1润滑脂密封一般情况下,当润滑方式采用脂润滑时,用密封粉尘的结构即可对润滑脂有较好的密封效果。只是对于立轴,因润滑脂变热后容易液化流失,为利用现有的密封结构,润滑脂最好使用滴点在180℃以上的耐高温、耐高速的锂基润滑脂。另外,由于轴承高速旋转,如果润滑脂比较稀,则润滑脂容易在离心力的作用下脱离轴承而流失,严重影响有效润滑。为克服以上缺点,加强密封效果,主轴在中低速时可以使用双面带防尘盖的轴承,安装时加适量的润滑脂(加脂量参考第5节)即可,且保脂、润滑效果良好;在主轴转速比较高时,由于离心力大大增加,防尘盖对封油脂的效果明显下降,这时可以选用双面带有轴向迷宫密封装置的RD型深沟球轴承,其防尘性、高速性、防油脂泄漏性以及动态使用效果均很好,且轴承座与普通轴承座结构相同,加工成本低廉。

  粉碎机(设计立式主轴转速3700rpm,电机功率30kw,润滑方式采用脂润滑),试运转的时候总是很快把深沟球轴承烧坏,后经反复分析原因,怀疑是轴承所用润滑脂过稀,单面带防尘盖的轴承对润滑脂的密封性不好,导致润滑脂流失使轴承发热。后通过更换高滴点的润滑脂和使用双面带有轴向迷宫密封装置的RD型深沟球轴承,故障顺利排除。

  3.2.2润滑油密封

  当润滑方式采用油润滑时,图3中D面对油的密封性能可以说决定了这个密封系统的密封性能。对于要求不是很高的场合,可以由机械设计手册根据具体的条件选择合适的唇形密封圈即可。这种密封方式结构简单,制造成本低廉,但是由于这种方式属于接触密封,受密封圈耐磨性的影响,密封圈的密封寿命相当有限,容易产生泄漏,且需要经常停机更换,检修、维护及停产损失均比较大。为克服这些缺点,我们使用如图5所示的新型油密封结构,可以有效的把有磨损有泄漏的动密封变成无磨损无泄漏的静密封。这种密封结构在粉碎机(设计立式主轴转速5600rpm,电机功率5.5kw,润滑方式采用稀油润滑)中性能稳定可靠,使用中基本无需维护。

​  4 轴承的散热

  冲击磨内因有大量冷空气流过,具有比较有利的散热条件。但是当转速很高或者磨内通有干燥物料用的热空气时,这个时候轴承需要使用其他流体(润滑油或水)来加强辅助散热。对于高dn值、重载荷轴承,如果散热不良,会最终导致润滑条件变差,轴承温度持续升高,并形成这个恶性循环,轴承硬度降低、耐磨性降低,从而严重影响轴承的使用寿命,因此轴承的散热在特殊场合中需要特别注意。为加强主动散热,可以采用水冷系统或者油冷系统。一般而言,高转速轴承的发热都比较严重,为不增加附加成本,多使用稀油润滑冷却系统。对于油品和油的流量、压力的选择,设计时可以参考实用轴承技术手册一书的相关章节。

  5 轴承的装配要求

  轴承的正确装配也是影响轴承寿命的重要因素。为减小或避免轴承非正常发热,针对实际生产、装配时容易出现的问题,在设计轴、孔,安装轴承时需注意一些方面的内容,以防轴承非正常发热。

  5.1配合要求

  轴承的套圈与轴的配合宜采用过盈配合,不允许采用较松的过渡配合或者间隙配合;外圈与轴承孔的配合不宜采用过盈配合,推荐采用较紧的过渡配合。无论是套圈还是外圈,均不允许和与之相联接的轴和孔之间有相对转动,否则轴承将剧烈发热,轻则损坏轴承,重则烧坏轴并损坏粉碎机。如轴、孔尺寸未加工合格,必须采取补救措施,例如孔加工过大后必须补焊后重新镗孔,加工合格方可装配。

  5.2同轴度要求

  轴承孔的同轴度对高速轴承的正常运转有直接的影响。实践证明,当使用7211AC角轴承(精度等级为P5)和6211深沟球轴承(精度等级为P5)配合使用(两轴承间的距离为200mm),当同轴度偏差在0.06mm时,在主轴转速为4200rpm的条件下,仅运行几分钟深沟球轴承即发热损坏。因此,对于转速越高的轴承,其同轴度偏差应越小,建议控制在0.01以内,且加工两个轴承孔前一定要对包含轴承孔的机架进行去应力退火处理,否则因机架变形最终易引起轴承发热。当同轴度有稍微超差时,可以换用较大径向游隙的轴承以补偿部分同轴度偏差。

  5.3填脂量

  过多的填脂量会增加轴承的旋转阻力,容易引起轴承发热,导致润滑脂液化流失,降低润滑效能并引发轴承故障,这在高速轴承的润滑失效中尤为常见;过少的润滑脂则因为轴承得不到充分的润滑而容易产生干摩擦,导致轴承很快失效。装配时装脂量以填入轴承内空间的1/2~1/3为宜,并且还要遵循转速越高,添加量相对越少的原则。对于正规厂家生产的已填加有润滑脂的轴承,初次安装时不准再填加润滑脂。

  5.4轴承游隙

  合理的轴承游隙提高轴的刚度、提高轴承的承载能力有很大帮助。在轴、孔尺寸加工精度高时,宜选用小游隙的轴承,以增加轴承的旋转精度,从而延长轴承寿命;在轴、孔尺寸加工精度不高时,宜选用较大游隙的轴承,使轴承有一定的调心量,以使轴承能正常工作。在实际应用中,应检查装配好的轴承游隙,应使轴承的轴向游隙为零或有几微米到十多微米的负游隙,深沟球轴承的径向游隙最好不超过二十微米。需要注意的是,对于高速轴承,过大的负游隙将明显提高轴承的附加额外载荷,更容易引起轴承发热。

  5.5轴承精度

  为减转子高速旋转时对轴承施加过大附加力离心力,对于高转速轴承,为获得较高的旋转精度,不宜采用低精度的P0公差等级的轴承,应选择P6、P5或者更高精度的轴承,且转速越高,需要的旋转精度就越高。

  6 结束语

  对于粉碎机,为使轴承工作正常,本文从轴承的选择、密封、润滑、散热和安装要求这五个方面作了比较简单的介绍,提出了解决粉碎机立轴轴承的低成本长效油密封方案,指出了高速重载轴承发热的主要原因和解决办法,对粉碎机轴承方面的问题有较大的参考指导作用,解决了困扰粉碎机设计中的一大难题。

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