錘片式飼料粉碎機(jī)滾動軸承磨損壽命分析和計算

孫春一 劉 峰

（遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧撫順113001）

錘片式飼料粉碎機(jī)主軸滾動軸承是重要的支撐部件[1]，滾動軸承是易損件，它的主要失效形式為疲勞點蝕或磨損。一般條件下，為防止發(fā)生疲勞點蝕進(jìn)行疲勞壽命計算即可。然而在大中型飼料加工廠的粉碎車間，空氣中漂浮大量粉塵，工作條件比較惡劣，使粉碎機(jī)軸承在工作過程中不是由于疲勞點蝕，而是由于摩擦磨損嚴(yán)重，過量的磨損使軸承喪失正常的工作性能所致，從而降低軸承運轉(zhuǎn)壽命和可靠性，直接影響錘片式飼料粉碎機(jī)的性能指標(biāo)和工作壽命。

軸承磨損的原因往往是多因素的，很復(fù)雜，軸承失效后，搞不清楚軸承失效原因時就簡單地更換新軸承，并不能排除再次失效的風(fēng)險，重蹈覆轍,而且軸承磨損壽命尚無統(tǒng)一完善的計算方法，因此研究軸承磨損原因，進(jìn)行磨損壽命計算和預(yù)測，為設(shè)計人員和使用者提供參考是非常必要的，具有實際意義。

1 滾動軸承引起磨損的理論分析

軸承磨損失效從內(nèi)在因素和使用因素兩方面來考慮和分析。內(nèi)在因素主要是指軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和材料質(zhì)量[2]，軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，只要飼料加工機(jī)械制造企業(yè)按國家標(biāo)準(zhǔn)選用，內(nèi)在因素不是軸承失效的根源。使用因素主要是指安裝調(diào)整、使用維護(hù)。據(jù)統(tǒng)計，近70%的滾動軸承失效和損壞是由于使用和維護(hù)不當(dāng)造成的。飼料加工機(jī)械在正常工作條件下，軸承工作溫度最大不超過60～70℃，當(dāng)飼料加工廠車間內(nèi)充斥粉塵，軸承密封不良時，粉塵鉆到軸承里，同潤滑劑中的雜質(zhì)一起形成磨粒，在滾道和滾珠表面造成鑿削式或犁溝式的擦傷，引起磨粒磨損，同時，由于滾道和滾珠表面的輪廓峰使摩擦表面受力，局部摩擦熱使表面溫升過高，造成潤滑油膜破裂，嚴(yán)重時表面層金屬將會局部融化，接觸點產(chǎn)生黏著、撕脫、再黏著的循環(huán)過程，引起黏附磨損，磨粒磨損和黏附磨損使軸承的游隙增加，配合精度降低，噪聲和振動增大，所以對滾動軸承磨損壽命進(jìn)行計算是十分重要的。

2 滾動軸承磨損壽命計算

通過前面的分析可知，軸承磨損失效是磨粒磨損和粘附磨損綜合作用的結(jié)果，把磨損引起的軸承徑向游隙增量作為軸承磨損程度的指標(biāo)，通過磨粒磨損計算確定徑向游隙增量，將它代入粘附磨損計算求出黏附磨損壽命，然后由下式求出滾動軸承磨損壽命

式中：a1為對可靠性的壽命修正系數(shù)；a2為對材料的壽命修正系數(shù)；a3為運轉(zhuǎn)條件的壽命修正系數(shù)[3]。

2.1 磨粒磨損計算

隨著軸承磨粒磨損量的增加，徑向游隙增大產(chǎn)生徑向游隙增量：

式中：[△ur]為徑向游隙增量(μm)；K1為磨粒磨損許用磨損因數(shù)，由有關(guān)圖表查出[4]；e0為與軸承內(nèi)徑有關(guān)的磨損率(μm)；d為軸承內(nèi)徑(mm)。

2.2 黏附磨損計算

黏附磨損壽命根據(jù)試驗值建立經(jīng)驗公式[5]，即

式中：Lh為滾動軸承黏附磨損壽命（h）；n為軸頸轉(zhuǎn)速(r/min)；[△ur]為徑向游隙允許增量(μm)；KV為體積磨損度，其實驗值可按軸承外徑D，潤滑油運動黏度與軸承轉(zhuǎn)速的乘積vn由有關(guān)圖表查出；m為指數(shù)，通常m=0.1～0.5；s0為滾動軸承每106轉(zhuǎn)的滑移距離(μm)，其近似值可根據(jù)軸承的C/P和幾何參數(shù)D（1+10sinβ）由有關(guān)圖表查出，β為軸承標(biāo)準(zhǔn)接觸角；C為軸承額定動載荷(N)；P為軸承當(dāng)量動載荷(N)。

3 滾動軸承磨損計算和預(yù)測

一個SFSP56系列的錘片式飼料粉碎機(jī)，主軸采用兩個22212C調(diào)心滾子軸承支承，軸承內(nèi)徑d=60 mm，轉(zhuǎn)速n=2 950 r/min，軸承徑向載荷=1 950 N，軸向載荷=960 N，采用鋰基二硫化鉬潤滑脂潤滑，預(yù)測其磨損壽命。

① 磨粒磨損計算：將式(3)，e0=7.15 μm，由文獻(xiàn)[4]表2.1-21給出K1=8，K1和e0代入式(2)得[△u1]=57.2 μm。

② 黏附磨損計算:查軸承手冊，22212C軸承的額定動載荷C=110 000 N、額定靜載荷=88 200 N、D=110 mm，e=0.24。

當(dāng)量動載荷

接觸角β=3°，幾何參數(shù)D(1+10sinβ)=111.5 mm，由文獻(xiàn)[5]圖43.2-9查出S0=1 100 μm；

查聞邦椿[5]表43.4-13，潤滑脂基礎(chǔ)油運動黏度v=150×10-6m2/s，則

由D和vn查圖43.2-8得到

取m=0.5，代人式（4），得到黏附磨損壽命Lh=112 57 h。

③ 磨損壽命計算：可靠度R=0.9時，a1=1，a2=a3=1，代人式(1)得到磨損壽命La=17 714 h。

④ 按滾動軸承疲勞壽命計算公式，疲勞壽命Lh=147 435 h,磨損壽命比疲勞壽命要短很多，因此軸承磨損更危險，在文獻(xiàn)[1]錘片式飼料粉碎機(jī)保養(yǎng)中規(guī)定，工作1 000 h，軸承應(yīng)拆洗一次，更換潤滑脂，這樣可以延長軸承磨損壽命。

4 結(jié)語

錘片式飼料粉碎機(jī)滾動軸承磨損原因分析、磨損壽命計算和預(yù)測的方法等可為在多粉塵條件下工作的其他飼料加工機(jī)械軸承磨損研究和評定時采用或借鑒。

[1]龐聲海,饒應(yīng)昌.飼料加工機(jī)械使用與維修[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[2]卜炎.實用軸承技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3]王超,王金等.機(jī)械可靠性工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

[4]張松林.軸承手冊[M].南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2004.

[5]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊第6冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.