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      內(nèi)圈與軸過(guò)盈量對(duì)高速軸承抗斷油能力的影響

      2015-07-26 07:29:26李文超劉良勇楊建虹李彥李慶喜
      軸承 2015年5期
      關(guān)鍵詞:過(guò)盈量游隙軸承座

      李文超,劉良勇,楊建虹,李彥,李慶喜

      (1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司,河南 洛陽(yáng) 471039;2.萬(wàn)向集團(tuán)公司,杭州 311215;3.河南新平科煙草機(jī)械有限公司,河南 新鄉(xiāng) 453002)

      軸承通常采用過(guò)盈配合安裝在軸上,以防止因軸承內(nèi)圈與軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微動(dòng)磨損。但內(nèi)圈與軸之間的過(guò)盈配合會(huì)引起內(nèi)圈輕微膨脹,導(dǎo)致軸承徑向游隙減小[1]。游隙通常影響軸承內(nèi)部的載荷分布和壽命,也與軸承的抗斷油能力密切相關(guān)。軸承抗斷油能力是軸承重要工作性能之一,通常通過(guò)斷油試驗(yàn)進(jìn)行考核,即在軸承潤(rùn)滑油出現(xiàn)瞬時(shí)供油中斷或不足的情況下進(jìn)行的特殊性能試驗(yàn),是軸承在極端狀態(tài)下的一種破壞性試驗(yàn),考核其斷油耐受能力(抗斷油能力)。

      下文從理論上分析了過(guò)盈量對(duì)徑向游隙的影響,并以QJS207軸承為例,分別在內(nèi)圈與軸不同過(guò)盈量的情況下進(jìn)行了軸承斷油試驗(yàn),考核過(guò)盈量對(duì)軸承斷油性能的影響。

      1 過(guò)盈量對(duì)軸承徑向游隙的影響

      滾子軸承中,內(nèi)圈可以等效作為薄壁空心圓柱體;但球軸承內(nèi)圈包含溝道,不能直接視為薄壁空心圓柱,內(nèi)圈等效轉(zhuǎn)換外徑d2i為[2]

      (1)

      式中:d2為內(nèi)圈擋邊直徑;Kd為內(nèi)圈擋邊直徑系數(shù);Dw為鋼球直徑;B為內(nèi)圈寬度;A為內(nèi)圈溝道橫截面面積,可由幾何關(guān)系計(jì)算得出。

      軸承內(nèi)圈與軸以有效過(guò)盈量Isi配合時(shí),內(nèi)圈膨脹,內(nèi)溝道直徑也將增大,其徑向增大量,即徑向游隙減小量δsi為[1]

      (2)

      式中:d為軸承內(nèi)徑;ds為軸孔直徑;Ei為內(nèi)圈材料彈性模量;Es為軸材料彈性模量;νi為內(nèi)圈材料泊松比;νs為軸材料泊松比。

      如果內(nèi)圈與軸的材質(zhì)相同,且軸為實(shí)心軸,則(2)式中Ei=Es,νi=νs,故有

      (3)

      2 試驗(yàn)軸承和設(shè)備

      試驗(yàn)軸承為內(nèi)徑35 mm、接觸角25°的雙半內(nèi)圈角接觸球軸承,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。軸承內(nèi)、外圈和鋼球材料均為Cr4Mo4V高溫軸承鋼,保持架材料為鋁青銅。

      圖1 QJS207軸承結(jié)構(gòu)圖

      表1 QJS207軸承參數(shù)

      試驗(yàn)設(shè)備為高速高溫試驗(yàn)機(jī),試驗(yàn)軸系采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),每次可同時(shí)安裝2套QJS207軸承(一套為陪試軸承,另一套為試驗(yàn)軸承)和1套圓柱滾子軸承(加載軸承),徑向載荷施加于加載軸承、并通過(guò)試驗(yàn)軸傳遞到兩端支承軸承上,軸向載荷由加載活塞通過(guò)加載桿直接施加于試驗(yàn)軸承外圈上,要求外圈與軸承座之間為間隙配合。電主軸通過(guò)柔性聯(lián)軸器與試驗(yàn)主軸的軸伸端相連,拖動(dòng)軸系高速旋轉(zhuǎn);試驗(yàn)軸系下方為提供端面噴射潤(rùn)滑的噴嘴體,潤(rùn)滑油噴向保持架與內(nèi)圈之間的縫隙處。高速高溫試驗(yàn)機(jī)軸系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

      1—軸向載荷;2—QJS207試驗(yàn)軸承;3—徑向載荷;4—NU1007軸承;5—QJS207陪試軸承

      每套試驗(yàn)軸承與軸和軸承座的配合值見(jiàn)表2。外圈與軸承座均為間隙配合,間隙量為0.015~0.017 mm,內(nèi)圈與軸均為過(guò)盈配合,且過(guò)盈量差異較大。

      表2 軸承與軸和軸承座的配合參數(shù) mm

      3 試驗(yàn)

      每套軸承正式試驗(yàn)前先進(jìn)行30 min的磨合試驗(yàn),按照表3斷油試驗(yàn)載荷譜斷油30 s后,恢復(fù)供油繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30 min,試驗(yàn)用潤(rùn)滑油為4050高溫合成航空潤(rùn)滑油。3組斷油試驗(yàn)僅改變軸承內(nèi)圈與軸的過(guò)盈量,其他試驗(yàn)參數(shù)不變。

      表3 斷油試驗(yàn)載荷譜

      試驗(yàn)過(guò)程中,1#軸承斷油試驗(yàn)至19 s時(shí),主機(jī)電流超限報(bào)警,停止試驗(yàn);2#軸承斷油試驗(yàn)至17 s時(shí),主機(jī)電流超限報(bào)警,停止試驗(yàn);3#軸承順利通過(guò)30 s的斷油試驗(yàn)。

      試驗(yàn)結(jié)束拆下軸承觀察發(fā)現(xiàn),1#和2#軸承手動(dòng)旋轉(zhuǎn)卡滯,產(chǎn)生了如圖3和圖4所示的嚴(yán)重磨損情況;而3#軸承手動(dòng)旋轉(zhuǎn)靈活,外觀完好,磨痕均勻、正常,尺寸及旋轉(zhuǎn)精度檢測(cè)均正常,各零件外觀形貌如圖5所示。斷油試驗(yàn)過(guò)程中各被試軸承外圈溫度曲線如圖6所示。

      圖3 試驗(yàn)后1#軸承內(nèi)圈外觀形貌

      圖4 試驗(yàn)后2#軸承內(nèi)圈外觀形貌

      圖5 試驗(yàn)后3#軸承零件外觀形貌

      由上述分析并結(jié)合圖6可以看出:1#和2#軸承內(nèi)圈與軸配合過(guò)盈量0.014~0.015 mm,軸承安裝后徑向游隙減小了0.011 mm左右,斷油后缺乏有效的潤(rùn)滑油冷卻和潤(rùn)滑,軸承溫度迅速升高,外圈溫度在4 s內(nèi)升高了15 ℃,且內(nèi)圈溫度高于外圈,存在溫度梯度,致使軸承內(nèi)部產(chǎn)生較大的附加載荷,軸承迅速磨損,主機(jī)電流超限報(bào)警試驗(yàn)機(jī)停車;3#軸承內(nèi)圈與軸配合過(guò)盈量0.005~0.006 mm,軸承徑向游隙減小了0.004 mm左右,比1#和2#軸承徑向游隙少減小了0.008 mm,溫度梯度使軸承內(nèi)部產(chǎn)生的附加載荷明顯減小,故3#軸承通過(guò)了30 s的斷油試驗(yàn)要求。

      圖6 斷油試驗(yàn)中軸承外圈溫度曲線

      4 結(jié)論

      軸承通常均可以通過(guò)10 s左右的斷油試驗(yàn),此后沒(méi)有了潤(rùn)滑油的冷卻和潤(rùn)滑作用,根據(jù)工作游隙,軸承可通過(guò)的斷油試驗(yàn)時(shí)間不等,工作游隙大,軸承可通過(guò)的斷油試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng),反之則短;內(nèi)圈與軸過(guò)盈量為0.014~0.015 mm時(shí),軸承可斷油運(yùn)轉(zhuǎn)10~19 s,內(nèi)圈與軸過(guò)盈量為0.005~0.006 mm時(shí),軸承可斷油運(yùn)轉(zhuǎn)30 s。

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