淺談大型球磨機(jī)主軸承設(shè)計(jì)

杜寄勇 武海亮 張亞?wèn)|

（濟(jì)南重工股份有限公司，濟(jì)南 250109）

隨著球磨機(jī)的發(fā)展，從小直徑球磨機(jī)到大直徑球磨機(jī)，它的支承裝置發(fā)生過(guò)多次變動(dòng)，從小型磨機(jī)的普通滑動(dòng)軸承再到大型球磨機(jī)的靜壓軸承，軸承規(guī)格多達(dá)十幾種，針對(duì)不同型號(hào)的球磨機(jī)，選擇不同的軸瓦，主要依據(jù)的是不同型號(hào)軸瓦的承載能力，磨機(jī)軸承部作為球磨機(jī)的關(guān)鍵部件，需長(zhǎng)期在低轉(zhuǎn)速、重載荷的條件下連續(xù)運(yùn)行，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮耐用度的因素。設(shè)計(jì)磨機(jī)軸承部，尤其是大型球磨機(jī)，必須運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)核算軸瓦的承載能力，然后從原材料的利用度出發(fā)，設(shè)計(jì)改良主軸承結(jié)構(gòu)。

本文主要概述如何設(shè)計(jì)主軸承的零件和設(shè)計(jì)過(guò)程中比較重要的幾個(gè)主參數(shù)確定。

1 主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 軸承座

對(duì)于大型磨機(jī)的軸承座，為確保安全可靠，一般采用GB979-76中的ZG35-ZG25鑄鋼或用相應(yīng)的鋼板焊接而成。

為使?jié)櫥偷玫匠浞掷鋮s和使?jié)櫥椭械碾s質(zhì)沉淀，對(duì)只用固定油圈或油勺潤(rùn)滑軸承座中的油池應(yīng)有足夠容積，對(duì)于不另設(shè)油箱而采用集中潤(rùn)滑的軸承座中的油池容量應(yīng)不低于輸油泵額定流量的25倍[1]。

1.2 主軸承底板

在基礎(chǔ)部一次灌漿時(shí)，需要將主軸承底板埋入混凝土中，通過(guò)主軸承底板上的調(diào)整螺釘來(lái)找正位置，為保證磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，主軸承底板需要具有良好的吸震性。軸承底板以前多用鑄鐵制造，近來(lái)用焊接件越來(lái)越多。

1.3 球瓦面

1.3.1 結(jié)構(gòu)及其主要尺寸

作用在軸承的外力時(shí)固定，因此，球面瓦的承壓角基本是固定在一定范圍內(nèi)（75°～90°）。為此我國(guó)近年來(lái)所設(shè)計(jì)的球面瓦都是100°～120°[2]。

大型磨機(jī)球面瓦的冷卻水通道應(yīng)設(shè)計(jì)成雙腔式，其冷卻水通道的兩端應(yīng)是貫通的。

為便于清除型砂，清砂孔的面積應(yīng)等于或接近于通水道的橫截面積。球面瓦在機(jī)加工之后，將清砂孔用蓋板蓋死，此蓋板還作為安裝進(jìn)出水管之用。蓋板與球面瓦之間墊1mm厚的橡膠墊以避免進(jìn)水。

1.3.2 軸瓦合金材料

目前，主軸承瓦襯材料主要有兩種：即鉛銻軸承合金和錫銻軸承合金。錫銻軸承合金的摩擦系數(shù)大于鉛銻軸承合金。這是因?yàn)殂U銻軸承合金的軟基體在常溫時(shí)比錫銻軸承合金的軟基體軟得多。因鉛的原子間距比錫大，原子間的吸引力比錫小之故。

錫銻軸承合金的耐磨性能比鉛銻軸承合金高。另外，錫銻軸承合金比鉛銻軸承合金塑性好，不容易破裂，且與球形瓦瓦體貼附性好，可以減輕脫殼現(xiàn)象，雖然錫銻軸承合金價(jià)格較貴，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮還是采用錫銻軸承合金作為磨機(jī)主軸承球面瓦瓦襯的材料較好。

1.3.3 燕尾槽的開(kāi)設(shè)及軸承合金厚度

為使軸承合金與球形瓦本體很好地結(jié)合，在球形瓦的本體上應(yīng)加工出燕尾槽，燕尾槽應(yīng)縱橫交錯(cuò)，其夾角不能小于90°，燕尾槽的間距一般在100～150mm。另外，球形瓦本體的預(yù)澆鑄面應(yīng)加工成粗糙表面，有的在燕尾槽的溝或臺(tái)上鉆出多個(gè)φ8～10mm、深10～15mm的孔。

澆鑄軸承合金層厚度也是有要求的，過(guò)厚或過(guò)薄對(duì)軸瓦耐用度都會(huì)有影響，軸承合金層的厚度一般以11～13mm為宜。

1.3.4 限位機(jī)構(gòu)

為防止軸瓦從軸承座中被中空軸帶出，在軸承座上裝有限制軸瓦過(guò)渡移動(dòng)機(jī)構(gòu)（壓塊或銷軸）。限位機(jī)構(gòu)必須保證軸瓦能自由轉(zhuǎn)動(dòng)還不能被中空軸帶出。

1.3.5 測(cè)溫點(diǎn)的設(shè)置

當(dāng)潤(rùn)滑油的性質(zhì)和數(shù)量發(fā)生變化滿足不了潤(rùn)滑要求或冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，以及軸頸與軸瓦之間的間隙過(guò)小時(shí)，都會(huì)引起球面瓦大面積發(fā)熱或局部發(fā)熱，為能及時(shí)掌握主軸承內(nèi)部溫度變化情況，需要在主軸承內(nèi)設(shè)置測(cè)溫裝置。目前對(duì)主軸承的測(cè)溫方法有三種。

第一，測(cè)量主軸承下座內(nèi)的潤(rùn)滑油溫度，這種方法只適用于非循環(huán)潤(rùn)滑的主軸承，且不能及時(shí)反映軸瓦溫度的變化情況，故這種測(cè)量溫度的方法不可取。

第二，測(cè)量軸瓦溫度，即在球面瓦體內(nèi)靠近磨機(jī)筒體一側(cè)并接近球面瓦的下母線處，沿軸向放置鉑熱電阻，越靠近軸承合金越能及時(shí)將軸承合金的溫度反映出來(lái)。在選擇溫度計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，要使其裝入球面瓦后，其頂端要超過(guò)球面瓦中心線，在安裝時(shí)應(yīng)先在其安裝孔中裝入潤(rùn)滑脂，再將溫度計(jì)裝入并固定住。這種測(cè)量方法受到溫度計(jì)發(fā)送部長(zhǎng)度的限制，尤其是球瓦面較寬時(shí)，不能測(cè)出每點(diǎn)溫度，因此，往往發(fā)生側(cè)漏現(xiàn)象，即溫度高處反而測(cè)不到，造成燒瓦現(xiàn)象。

第三，測(cè)量中空軸軸頸溫度，即將溫度計(jì)發(fā)送部裝在用軸承合金制的測(cè)溫塊中，測(cè)溫塊放在中空軸軸頸上，測(cè)溫塊通過(guò)鉸接的連桿懸掛在上蓋上。這種方法更能準(zhǔn)確地將軸頸表面溫度反映出來(lái)。

1.3.6 對(duì)球面瓦的技術(shù)要求

第一，球面瓦本體機(jī)械加工后，澆鑄軸承合金前，冷卻水通道進(jìn)行0.4MPa的壓力試驗(yàn)，持續(xù)2小時(shí)不應(yīng)有滲漏現(xiàn)象。

第二，球面瓦的球面與軸承座的凹球面的同軸度按表1數(shù)據(jù)選取，球面瓦裝在軸承座內(nèi)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

表1 球面瓦的球面與軸承座的凹球面的同軸度

第三，機(jī)械加工后，軸承合金表面不得有裂紋和孔眼，如出現(xiàn)裂紋和孔眼，可將其缺陷部位鏟除，用同樣的成分軸承合金進(jìn)行焊補(bǔ)。軸承合金與球面瓦體在90°范圍內(nèi)不允許有離殼現(xiàn)象存在，再次區(qū)域外每側(cè)脫殼的面積不得超過(guò)兩側(cè)面積之和的20%。

第四，對(duì)裝有高壓油管的球面瓦，要進(jìn)行高壓試驗(yàn)，高壓油的壓力按有關(guān)文件執(zhí)行，在1小時(shí)連續(xù)試壓下不得有滲漏現(xiàn)象。圖1為大型球磨機(jī)主軸承三維模型。

圖1 大型球磨機(jī)主軸承三維模型

2 主參數(shù)的確定

2.1 軸承半徑間隙h0

h0=(0.35 ～ 0.5)×10-3×R

式中：h0—軸徑和軸瓦在半徑方面的間隙，單位mm；R—中空軸軸徑半徑，單位mm。

此間隙只能由機(jī)械加工來(lái)達(dá)到。為能很好地形成靜壓油膜，軸頸表面的粗糙度不能低于Ra=0.8，軸瓦表面的粗糙度不低于Ra=1.6。

2.2 偏心率ε

在計(jì)算主軸承時(shí)需要引用偏心率ε。計(jì)算動(dòng)壓潤(rùn)滑時(shí)ε=0.9～0.93，計(jì)算靜壓潤(rùn)滑時(shí)ε=0.7～0.8[3]。

2.3 靜壓軸瓦的油腔結(jié)構(gòu)[4]

目前，國(guó)內(nèi)外軸瓦靜壓油腔結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)用性大致分為兩種型式，設(shè)計(jì)油腔的目的是在中空軸和軸瓦之間形成液體摩擦潤(rùn)滑油膜，本文推薦采用長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗粌H加工方便，而且在油腔面積相同的情況下，潤(rùn)滑油在軸向的泄露途徑最長(zhǎng)。再設(shè)計(jì)長(zhǎng)方形靜壓油腔時(shí)按照如下原則。

第一，根據(jù)油腔的壓力來(lái)選取靜壓站的高壓泵壓力，但由于計(jì)算難度較大，可根據(jù)已經(jīng)確定高壓油泵的壓力，反算靜壓油腔壓力。

第二，除滿足將磨機(jī)浮起所需的靜壓載荷外，還應(yīng)具有足夠的動(dòng)壓承載力，在確保在沒(méi)有靜壓作用下也能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

在滿足上述條件的前提下，選取油腔寬度與軸瓦寬度之比為l1/L=1/9～1/10（取1/9），油腔包角α=16°～20°（取18°），h為油腔深度，一般取3～4mm，靜壓油腔的曲率半徑用下式求出：

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要講述大型球磨機(jī)主軸承如何設(shè)計(jì)，包括主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾個(gè)主參數(shù)的確定。主要零件包括軸承座、主軸承底板以及軸瓦的設(shè)計(jì)；主參數(shù)包括軸承半徑間隙h0、偏心率ε和靜壓油腔的曲率半徑。整個(gè)過(guò)程中，理論結(jié)合實(shí)際，完成整個(gè)主軸承部的設(shè)計(jì)，對(duì)大型球磨機(jī)主軸承設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)有很大參考價(jià)值。