高速密封軸承防塵性能試驗(yàn)機(jī)

李文華，賀浩，王健

（1.捷頌（上海）傳動(dòng)科技有限公司，上海 201100；2.洛陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 洛陽(yáng) 471039；3.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

密封軸承是指一面或兩面裝有密封圈，具有一定的防塵、防漏脂功能的滾動(dòng)軸承，由于其應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，其密封性能從某種意義上講比疲勞壽命還重要。因此，為研究高速密封軸承的防塵性能，針對(duì)某型吸塵器用軸承的防塵性能要求設(shè)計(jì)了一種高速密封軸承防塵試驗(yàn)機(jī)。

1 主要技術(shù)參數(shù)及功能

高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：1）試驗(yàn)軸承內(nèi)徑范圍為5～20 mm；2）最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為60 000 r／min，升降速時(shí)間為10 s；3）灰塵筒轉(zhuǎn)速為20～100 r／min。

高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)可按照標(biāo)準(zhǔn)件及試驗(yàn)要求完成相關(guān)密封軸承的防塵性能試驗(yàn)，其具備以下功能：1）采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，可在指標(biāo)范圍內(nèi)任意設(shè)置轉(zhuǎn)速、試驗(yàn)時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)；2）可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)、電流、試驗(yàn)時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示所有參數(shù)的采樣數(shù)據(jù)及曲線，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印及調(diào)用功能；3）當(dāng)軸承失效或設(shè)備故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，可實(shí)現(xiàn)無人值守、試驗(yàn)過程智能化管理。

2 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)由試驗(yàn)主體部件、床身部件、電氣系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成。其中，床身部件為標(biāo)準(zhǔn)工作臺(tái)面，外形尺寸為1 200 mm×750 mm×800 mm（長(zhǎng)×寬×高），用以放置試驗(yàn)主體，床身臺(tái)面下安裝2個(gè)抽屜用以放置工裝配件、工具等。

圖1 試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of tester

2.1 試驗(yàn)機(jī)主體

試驗(yàn)主體部件放置在床身部件上，主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括工作臺(tái)、減速電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸系、灰塵筒、試驗(yàn)頭組件、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、電主軸等部件。

圖2 試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of main body for tester

電主軸由2個(gè)主軸支座通過螺釘連接固定在工作臺(tái)上，試驗(yàn)頭組件為懸臂結(jié)構(gòu)，其芯軸安裝在電主軸的軸伸端，懸伸到灰塵筒中，由主軸直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；傳動(dòng)軸系中傳動(dòng)主軸兩端由軸承支承，裝于剖分式外套中，通過螺釘連接固定于工作臺(tái)上，傳動(dòng)主軸通過兩端凸緣分別與減速電動(dòng)機(jī)和灰塵筒相連接，從而傳遞動(dòng)力。

減速電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸系連接，拖動(dòng)灰塵筒低速（約50 r／min）旋轉(zhuǎn)，將灰塵攪拌、拋灑，形成灰塵環(huán)境。通過對(duì)試驗(yàn)機(jī)電主軸和灰塵箱的啟停及速度控制，灰塵規(guī)格和量按對(duì)應(yīng)軸承的試驗(yàn)要求添加，從而對(duì)軸承不同的環(huán)境和工況的防塵性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)頭

試驗(yàn)頭是試驗(yàn)機(jī)的核心部件，用于試驗(yàn)軸承、傳感器的安裝及連接，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。軸承座及安裝盤上分別安裝溫度傳感器及振動(dòng)傳感器，用于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)時(shí)軸承的振動(dòng)、溫度情況，1次試驗(yàn)1套軸承。

圖3 試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of test head

2.3 灰塵筒

灰塵筒的作用是為試驗(yàn)提供灰塵環(huán)境，其由減速電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸系驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)攪動(dòng)內(nèi)部的灰塵介質(zhì)以模擬軸承的實(shí)際工作環(huán)境。

如圖4所示，灰塵筒由有機(jī)玻璃筒及鼠籠支架構(gòu)成一個(gè)密封的腔體部件，固定盤和密封盤上設(shè)有環(huán)形槽，罩筒兩端分別裝在固定盤和密封盤上的環(huán)形槽內(nèi)并頂在鑲嵌于環(huán)形槽內(nèi)的O形圈上，鼠籠支架兩端分別與固定盤和密封盤通過螺釘連接，使罩筒與O形圈壓緊從而達(dá)到密封效果。密封盤內(nèi)圈裝有氈圈，與試驗(yàn)頭安裝盤配合；固定盤則與傳動(dòng)軸的凸緣相連接，從而使得灰塵筒內(nèi)部形成一個(gè)密封的腔體。罩筒內(nèi)部有8個(gè)攪拌柄，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)攪動(dòng)里面的灰塵介質(zhì)，從而模擬工作環(huán)境。

圖4 灰塵筒結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure diagram of dust tube

2.4 電氣及計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

電氣及計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由電控柜、工控機(jī)、濾波箱、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)電主軸和灰塵箱的啟停及速度等功能的控制，并對(duì)溫度、振動(dòng)、電流、轉(zhuǎn)速及試驗(yàn)時(shí)間等信號(hào)進(jìn)行采集監(jiān)控，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖5所示。

試驗(yàn)機(jī)測(cè)試程序主界面如圖6所示，用C＋＋Builder編制，該界面可實(shí)時(shí)顯示所有參數(shù)的采樣數(shù)據(jù)及曲線。界面顯示現(xiàn)在時(shí)間、試驗(yàn)運(yùn)行總時(shí)間，以及當(dāng)前試驗(yàn)所運(yùn)行的周期、步驟、時(shí)間，以方便工作人員觀察。界面最下分別顯示變頻器狀態(tài)和試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)。點(diǎn)擊界面上的“運(yùn)行”按鈕后開始試驗(yàn)，試驗(yàn)中電主軸和灰塵箱的啟停由輸入的載荷譜自動(dòng)控制。到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間或設(shè)定循環(huán)次數(shù)后試驗(yàn)自動(dòng)停止并給出相應(yīng)提示。試驗(yàn)中點(diǎn)擊“停止”按鈕可暫停試驗(yàn)，點(diǎn)擊“總?！卑粹o會(huì)關(guān)閉所有電動(dòng)機(jī)。

3 試驗(yàn)情況

試驗(yàn)軸承為608-2RS型高速密封軸承，灰塵介質(zhì)為符合GB／T 2479—2008《普通磨料 白剛玉》規(guī)定的粒度為標(biāo)記F240的白剛玉粉，填灰量為灰塵筒容積的0.4%，灰塵筒轉(zhuǎn)速為50 r／min，環(huán)境溫度為26℃，主軸轉(zhuǎn)速55 000 r／min，試驗(yàn)時(shí)間6 h，軸承溫度穩(wěn)定在27℃左右。

試驗(yàn)期間，試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠，溫度（軸承溫升曲線如圖7所示）、振動(dòng)等信號(hào)正常。試驗(yàn)結(jié)束后取下軸承，將其外部附著的灰塵和漏出的潤(rùn)滑脂擦拭干凈，用專用的工具拆掉防塵蓋，依據(jù)SH／T 0336—1994《潤(rùn)滑脂雜質(zhì)含量測(cè)定法（顯微鏡法）》檢測(cè)得該套軸承的進(jìn)灰量為4 850個(gè)／cm3，軸承防塵性能符合GB／T 32321—2015《滾動(dòng)軸承 密封深溝球軸承 防塵、漏脂及溫升性能試驗(yàn)規(guī)程》的要求，說明該試驗(yàn)機(jī)滿足吸塵器用高速密封軸承的防塵性能試驗(yàn)要求。

圖7 軸承溫升曲線Fig.7 Temperature rise curve of bearing

4 結(jié)束語

密封軸承的防塵性能是其重要指標(biāo)，但對(duì)于防塵性能的試驗(yàn)手段并不多，為分析密封軸承的防塵性能并不斷提高高速密封軸承的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一種高速密封軸承防塵性能試驗(yàn)機(jī)。經(jīng)試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用考核，該試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠、操作方便、易于維護(hù)，可為高速密封軸承的防塵性能提供真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為軸承廠商提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量依據(jù)、也可作為用戶的使用提供參考，具有積極的推廣價(jià)值。