降低圓振動篩軸承工作溫度的方法初探

羅定達

摘 要：軸承工作溫度高，易發(fā)熱燒損，是國產(chǎn)圓振動篩的普遍故障。本文試從提高篩框和激振箱傳動軸的設(shè)計制造精度和剛度、軸承選型、潤滑脂選擇與減少填充量等三個方面，探索降低軸承溫度的方案，以提高軸承使用壽命，繼而實現(xiàn)降低圓振動篩故障率的目的。

關(guān)鍵詞：圓振動篩;軸承;發(fā)熱燒損;運行精度與剛度;使用壽命

圓振動篩，一般由振動器、傾斜多層篩箱、隔振裝置、撓性聯(lián)軸器、電動機等五部分組成。其工作原理為：在激振力作用下，傾斜的篩面做圓形軌跡振動，物料隨著篩面振動而松散和拋起落下，使較小粒度透過料層下落，透過篩孔排出或掉落下層更細一級篩網(wǎng)，從而完成物料粒級的篩分工作。

此處以4YK2165圓振動篩為例：

1.篩網(wǎng)4層×2100mm×6500mm，外形尺寸8580mm×4105mm×6960mm，篩框側(cè)板幅面和激振裝置中間聯(lián)接管軸細而長，主體剛性較差;

2.篩孔由底至最上層分別為7、12、22、35mm，最大進料粒度350mm，處理能力80～700m3/h，傾斜20°安裝，總重約17噸。處理能力大，且長時間連續(xù)運行;

3.圓振幅8mm，振動頻次740r/min（比給料機650多出90次/min），雖在低轉(zhuǎn)速范疇工作，但軸承承受沖擊、振動、主體自重、篩框剛性差產(chǎn)生的額外力矩與振動等復(fù)雜載荷作用。

4.篩框前后彈簧支座的水平誤差≤5mm。篩分物料對運行精度要求不高，而恰是設(shè)備運行穩(wěn)定性對安裝精度要求高。

5.激振箱使用單列圓柱滾子軸承，型號NJ2334C3或42634C3，4件（傳動軸兩端各2件）。軸承采用的是雙支點、內(nèi)外圈軸向固定（中間聯(lián)接管軸采用140汽車傳動軸帶有2套十字節(jié)和可伸縮花鍵副，熱補償極大，故無妨）。軸的公差代號φ170js7，座孔的公差代號φ360H7，無傳動裝置的聯(lián)軸器直聯(lián)，故工作轉(zhuǎn)速與電動機相同為740 r/min。軸承最高工作溫度≤75℃，溫升≤40℃。軸承實際工作總溫高達90～100℃，甚至偏上，溫升最高可達56℃。溫度高，軸承容易燒損。

6.軸承潤滑脂? 激振器滾動軸承涂抹1#二硫化鉬潤滑脂（也可用ZL45-2鋰基潤滑脂），不分四季，填充量占空腔體積50%～70%。過多，不利散熱。

綜上所述，圓振動篩普遍存在的問題，是其軸承工作總溫和相對溫升過高，潤滑脂高溫老化、軟化及流化，極大降低潤滑脂的潤滑效果，造成軸承容易燒損。軸承過熱損壞，三包質(zhì)量事故頻發(fā)，售后服務(wù)成本高，企業(yè)質(zhì)量信譽受影響。究其原因，主要有三個，一是篩框和傳動軸的設(shè)計制造精度和剛度不達使用要求;二是軸承選型欠佳;三是潤滑油脂填充量過多。

總結(jié)多年的生產(chǎn)和三包質(zhì)量事故處理技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合查閱有關(guān)資料分析研究，試探索從以下三方面的改進，以降低軸承溫度為切入點，提高圓振動篩的軸承使用壽命，繼而降低設(shè)備故障率。

一、提高傳動軸、篩框等主要零件的設(shè)計制造精度和剛度

一）從側(cè)板的結(jié)構(gòu)、工藝及材質(zhì)入手，提高篩框的剛度和大幅減少焊接內(nèi)應(yīng)力。

圓振動篩的篩框，其剛度主要取決于大幅面薄壁（最大4100×8560×t=10～16）側(cè)板的剛度，而現(xiàn)產(chǎn)圓振動篩的側(cè)板由材質(zhì)Q235B鋼板與槽鋼、角鐵組焊而成，焊接內(nèi)應(yīng)力將在工作時受振動釋放而撕裂焊縫，結(jié)構(gòu)本身剛性差，運行撓性變形復(fù)雜，降低以兩側(cè)板為支承的激振裝置運行精度，導(dǎo)致內(nèi)置于激振裝置的軸承，除了承受工作用圓形振動力外，還要額外承擔(dān)因剛性差產(chǎn)生撓性變形所產(chǎn)生不規(guī)則振動和力矩，加劇了軸承過熱燒損的幾率。為此，應(yīng)將側(cè)板的材質(zhì)改為強度更高的Q345B厚度t=12鋼板折彎成形，取消槽鋼等型材，其價格增加的部分可由取消的型材數(shù)量、簡化工藝提高功效和內(nèi)外觀質(zhì)量的效益來抵消還綽綽有余。此新結(jié)構(gòu)篩框，外形更簡潔美觀，大部分剔除了焊接內(nèi)應(yīng)力的傷害，既節(jié)約鋼材，減輕重量，又確保了側(cè)板剛度和強度，繼而就能大幅減少因篩框剛性差所致的質(zhì)量事故發(fā)生。

二）從設(shè)計到制造裝配，提高激振裝置的運行精度和剛度。

激振裝置，是圓振動篩的核心部件，大部分故障出在其中，因此提高其運行精度和剛度，就能減少圓振動篩的事故頻次。結(jié)合故障處置經(jīng)驗，應(yīng)采取兩項措施，一是采取組裝后在專用鏜床上一次裝夾完成激振裝置的兩邊安裝支承孔的鏜削，確保了兩孔的同軸度和垂直度;二是激振裝置兩偏心盤之間的聯(lián)接傳動軸，原來為兩端帶法蘭的剛性實心軸，裝配中很難就位，裝配精度極低，又費時費力，即使勉強裝上，也會加大的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，運行時不是法蘭螺栓被扭斷，亦即軸端連接法蘭的焊縫被拉裂，額外給軸承增加異常載荷，大大增加了軸承發(fā)熱燒損的可能性。改用外徑比實心軸更大的厚壁無縫鋼管取代實心軸和采取先連接法蘭，再一邊轉(zhuǎn)動一邊焊接無縫管的配焊工藝，既增強了軸的截面幾何力學(xué)特性，又提高了連接軸實際裝配精度。這兩項措施，均能提高激振裝置的裝配和運行精度與剛度，減少軸承額外載荷，減少軸承溫升。

三）在偏心盤聯(lián)接傳動軸的兩端加裝了2套十字聯(lián)軸節(jié)，以抵消大部運行形位公差和增強運行平穩(wěn)性。

圓振動篩，是利用機械振動來完成篩分工作的，其振動由安裝于兩側(cè)板上激振裝置的偏心盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生。側(cè)板為幅面大而薄的零件，兩偏心盤的聯(lián)接傳動軸細而長的剛性零件，剛度差是圓振動篩的結(jié)構(gòu)突出特點，即使兩偏心盤安裝孔加工同軸度很好，但由于兩側(cè)板對振動吸收反映不一致，運行中同樣產(chǎn)生同軸度和同步性較差，受力分布復(fù)雜的問題，導(dǎo)致軸承易發(fā)熱損壞和剛性連接軸被扭斷的質(zhì)量事故經(jīng)常發(fā)生。為此經(jīng)多方論證和實踐，在偏心盤聯(lián)接傳動軸的兩端加裝了140汽車傳動軸（舊件，2套），減除因整體剛度不足產(chǎn)生的不規(guī)則載荷和軸向沒有大的熱補償產(chǎn)生軸向力，極大減少圓振動篩的軸承易發(fā)熱，連接軸從對接焊縫處容易扭斷現(xiàn)象的發(fā)生，延長軸承使用壽命，降低質(zhì)量事故頻率。

四）裝配軸承時，施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。

滾動軸承的預(yù)緊，其目的在于提高軸承的運行精度和壽命，以滿足設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性要求。在裝配軸承時，給其施加一定的軸向預(yù)緊力，消除軸承內(nèi)的原始游隙，并使內(nèi)外套圈與滾子產(chǎn)生預(yù)彈性變形，使承載后仍不出現(xiàn)游隙，改善滾子承載均勻性，達到提高運轉(zhuǎn)精度、剛度和使用壽命，降低噪音之目的。預(yù)緊力不能過大，過大會致軸承承受額外的交變壓力而沉聲交變變形，容易發(fā)熱。過小，軸承剛度差，運行精度低，相反也會容易發(fā)熱損壞，降低使用壽命。這里主要把握好三點，一是設(shè)計上要有施加適當(dāng)預(yù)緊力的結(jié)構(gòu);二是裝配工要具備相當(dāng)技能和經(jīng)驗，以確保預(yù)緊力施加的恰當(dāng);三是將軸承裝配列為質(zhì)量控制點，嚴(yán)格把關(guān)。

按此四個方面，改進設(shè)備的設(shè)計和制造，必定會提高圓振動篩的傳動軸、篩框等主要零件的設(shè)計制造精度和剛度，改善其運行性能，為降低其軸承的工作溫度，提供結(jié)構(gòu)剛度保證。

二、軸承選型的改進

在基本尺寸不變的情況下，結(jié)合經(jīng)濟性追求，軸承的選型，應(yīng)著重考慮以下四方面：

一）能調(diào)心與否的選擇

圓振動篩激振箱的軸承，主要承受徑向載荷，故應(yīng)選圓柱滾子軸承。軸承選用自動調(diào)心軸承，其目的在于部分補償激振裝置運行中的同軸度誤差。在偏心盤聯(lián)接傳動軸的兩端加裝了2套十字聯(lián)軸節(jié)，固有和運行中產(chǎn)生同軸度誤差對軸承異常受力發(fā)熱的影響程度已明顯降低，又因其價格較貴，故不必一定要選擇調(diào)心軸承。當(dāng)然，若選擇，則能更優(yōu)化其轉(zhuǎn)動效果，減少燒損幾率。

二）滾子結(jié)構(gòu)的選擇

經(jīng)分析比較，選用空心滾子的軸承為最好。圓錐空心滾子軸承，既能主要承受徑向載荷，又能部分承擔(dān)部分軸向載荷，但其價格較前者高些?？招膱A柱螺旋滾子軸承的滾子，雖然只能承受徑向載荷，但彈性好，能吸收部分對軸承不利的振動，特別適宜于承受沖擊、振動載荷，不需要或承受很小軸向力的圓振動篩和振動給料機等場合。另外，雙列圓柱滾子軸承，其兩列滾子數(shù)目相差一個，使兩列滾子剛度變化頻率不同，也能抑制部分振動，但其屬于寬系列，價格貴，如選成雙列空心滾子，那減震效果會更佳，但價格不菲，何況單列已能滿足使用要求。所以從減少軸承燒損，提高圓振動篩的運行性能、品質(zhì)和經(jīng)濟適用的角度，應(yīng)選用單列空心圓柱螺旋滾子軸承，類型代號改為5-空心圓柱螺旋滾子軸承。變實心滾子的硬接觸為空心滾子的彈性接觸受力，能吸收部分不利振動，增加滾子的散熱面積，減少沖擊、振動對軸承的影響。

三）精度等級的選擇

國標(biāo)規(guī)定，軸承分C級（超精級）、D級（精密級）、E級（高級）、F級（較高級）、G級（普通級）5級精度。國產(chǎn)圓振動篩，選用G級精度軸承，基本滿足使用要求，經(jīng)濟適用，但從提高軸承運行精度和設(shè)備的性能和品質(zhì)角度而言，軸承精度應(yīng)調(diào)高到E級。

四）游隙的選擇，加大游隙

游隙分徑向和軸向兩種，分別有精度由高到低，游隙數(shù)值由小到大排列的C2、C3、C4、C5四個級別，可綜合軸承的運行精度和受力情況等因素進行選擇。各級游隙數(shù)值，可根據(jù)軸承公稱內(nèi)徑、滾子型式，游隙級別查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊的軸承部分的表可得，此處不再贅述?，F(xiàn)產(chǎn)圓振動篩用普通軸承的游隙選C3，游隙較小，精度較高，可使用但不理想。由于振動篩軸承受沖擊振動載荷，實際工作溫度達90～100℃，密封又依靠自然傳導(dǎo)散熱，效果有限，各零件受熱膨脹后增加擠壓力，加劇溫升，應(yīng)選較大游隙，即級別降低一級到C4，在基本不影響運行精度要求情況下，加大熱補償，減少摩擦力矩，改善調(diào)心運行性能。

綜上所述，在基本尺寸不變和仍是單列滾子的情況下，軸承選型為E級精度的空心圓柱螺旋滾子軸承，型號為NJ5334C4。

三、潤滑脂的選擇及減少填充量

滾動軸承填充潤滑脂，主要起潤滑作用，其次才是密封效果，方便、經(jīng)濟、適用。問題的關(guān)鍵是選什么型號的潤滑脂和填充多少？

現(xiàn)生產(chǎn)的圓振動篩，其激振器滾動軸承的潤滑脂選用1#二硫化鉬潤滑脂，涂抹量占空腔50%～70%空間，太多，不利散熱。應(yīng)該根據(jù)軸承工作溫度、Dm·n數(shù)值和設(shè)備工況，查相關(guān)手冊，選用ZL2鋰基脂。二硫化鉬潤滑脂比ZL2鋰基脂更高級的潤滑脂，使用效果肯定更好，但價格較貴，還是用ZL3鋰基脂經(jīng)濟適用。

潤滑脂涂抹量過少，起不到應(yīng)有潤滑作用，過多會浪費并且易發(fā)熱變質(zhì)失效?，F(xiàn)生產(chǎn)的圓振動篩，其激振器滾動軸承的潤滑脂，涂抹量占空腔50%～70%空間，太多，不利散熱。根據(jù)軸承供應(yīng)廠商推薦和實驗證明，填充潤滑脂應(yīng)為空余容積的 ～ 空間為宜，設(shè)備運行中應(yīng)制度化檢查加注潤滑脂。

提高篩框和傳動軸的加工精度和剛度、軸承選用E級精度的空心圓柱螺旋滾子軸承、減少潤滑脂的填充量，即可明顯降低圓振動篩軸承的實際工作溫度，在滿足使用的情況下，大幅提高使用壽命，減少三包質(zhì)量事故的發(fā)生。同理，其它型號的圓振動篩，按此改進，可獲得相近效果。

參考文獻：

[1]《機械設(shè)計基礎(chǔ)》（第一版第7次印刷），羅述潔、馬正麗、阮月娥主編，重慶：重慶大學(xué)出版社，2008。

[2]《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》（第一版），楊黎明主編，北京：國防工業(yè)出版社，1997。

[3]《機械原理與機械零件》（第一版第3次印刷），何元庚主編，上海：高等教育出版社，1990。