直線振動篩激振器軸承損壞分析及解決措施

孫 京

（中國礦業(yè)大學(xué)檔案館 江蘇·徐州 221000）

0 前言

振動篩是能源產(chǎn)業(yè)中的通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、建材、冶金、電力等物料的篩分中，通過振動篩分出產(chǎn)品等級，其振動的產(chǎn)生主要由激振器來實現(xiàn)，激振器是一種產(chǎn)生激振力的裝置。直線振動篩采用雙電機(jī)驅(qū)動的自同步式激振器，這種激振器的兩根轉(zhuǎn)軸分別由兩臺特性相近的感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動，依靠振動同步原理使兩個帶偏心塊的轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)等速反向回轉(zhuǎn)，從而獲得單向激振力，使篩箱振動，完成篩分。產(chǎn)生振動的篩機(jī)因其運(yùn)動軌跡為直線，稱為直線振動篩。某廠生產(chǎn)的直線振動篩，通過主軸帶偏心塊作同步反向旋轉(zhuǎn)使激振器產(chǎn)生反向激振力，迫使篩體帶動篩板做縱向運(yùn)動，使其上的物料受激振力作用而周期性向上向前拋出一個射程，完成物料的分級篩選[1]。

直線振動篩適用于煤炭脫水、脫泥、脫介和中、細(xì)粒級物料分級，是煤礦和洗煤廠廣泛使用的重要設(shè)備。因工作時間長，使用環(huán)境惡劣，環(huán)境濕度大，粉塵顆粒多，轉(zhuǎn)速高、溫度高，同時有強(qiáng)烈的振動沖擊，導(dǎo)致工作負(fù)荷大，損壞大。激振器是振動篩的動力裝置,是其核心部件,它的好壞直接影響著振動篩的產(chǎn)品質(zhì)量。工作中激振器經(jīng)常損壞，返修率較高，制約著產(chǎn)品質(zhì)量，影響企業(yè)的信譽(yù)和效益，因此提高激振器的使用壽命至關(guān)重要。

1 激振器的結(jié)構(gòu)與損壞原因

1.1 激振器結(jié)構(gòu)

直線振動篩使用4個激振器，兩兩一組通過傳動軸連接，外部通過繞性夾布橡膠片與電機(jī)相連。單個激振器、軸承如圖1所示，激振器結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖2所示。

圖1：激振器及軸承

圖2：激振器結(jié)構(gòu)爆炸圖

1.2 激振器的損壞原因

激振器工作性質(zhì)為頻率高、振動大，負(fù)荷大、溫升快、工作溫度高，激振器的轉(zhuǎn)速通常在750-1500r/min范圍內(nèi)，軸承的運(yùn)行溫度大約為60～85℃，較高的運(yùn)行溫度直接影響軸承使用壽命。通過一段時間對產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤和激振器的維修發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品使用6個月左右就會出現(xiàn)激振器的損壞，返修的激振器中損壞的大多數(shù)是軸承，再次更換軸承后使用時間依然如此。因此，如何提高軸承的壽命是迫切需要解決的課題。損壞的軸承照片如圖3所示。

圖3：損壞的軸承

在激振器裝配時所有零部件都經(jīng)過仔細(xì)清洗，不會因雜質(zhì)造成軸承損壞，除去軸承本身工作性質(zhì)的原因，其它主要技術(shù)原因分析如下。

（1）軸承系列選用不當(dāng)。激振器軸承工作時內(nèi)圈承受恒定的離心力，而外圈載荷呈循環(huán)脈動變化，負(fù)載較大，軸承容易發(fā)熱膨脹，激振器箱體體積大，受熱膨脹速度慢，因此軸承的膨脹量無法得到釋放。此時軸承的游隙由正逐漸變?yōu)樨?fù)，在此過程中，摩擦力增大并迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，加劇了軸承的受熱膨脹速度，同時軸承還承受著很大的高頻偏心力矩和高速的旋轉(zhuǎn)，內(nèi)外滑道、滾動體相互擠壓，表面很快出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，在偏心力矩和高速旋轉(zhuǎn)的作用下，裂紋迅速擴(kuò)大斷裂，形成內(nèi)外滑道、滾動體表面的點(diǎn)蝕，剝落的碎屑加劇了點(diǎn)蝕的擴(kuò)大，很快軸承形成了如圖3所示的狀況，從而軸承失效，激振器損壞停止工作。從現(xiàn)場的反饋來看，軸承部位的溫升最快，最高可達(dá)95℃。軸承游隙的大小直接影響軸承的使用壽命，軸承的徑向工作游隙若過大，油膜難以形成，潤滑不充分，產(chǎn)生噪音；若過小，容易造成軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)熱燒毀軸承。由以上的分析得知，選擇合適的軸承系列至關(guān)重要[2]。

（2）潤滑密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。激振器軸承主要采用脂潤滑方式，密封主要采用迷宮密封結(jié)構(gòu)，密封間隙一般為1～2mm，激振器工作過程中，轉(zhuǎn)軸承受著偏心塊高速旋轉(zhuǎn)帶來的較大徑向力，隨著激振器內(nèi)軸承溫度的升高，潤滑脂黏稠度逐漸降低，由于潤滑密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，激振器主軸高速旋轉(zhuǎn)時，壓蓋內(nèi)潤滑脂從壓蓋處不斷泄漏，軸承潤滑不充分，導(dǎo)致軸承受熱產(chǎn)生變形，最終燒損。

（3）軸承與軸承室孔配合選擇不當(dāng)。軸承外徑與軸承室孔配合公差是設(shè)計時的重點(diǎn)。如果選擇較大的過盈配合，會迫使軸承滾道形狀產(chǎn)生幾何變形，導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生異常振動；如果選擇較大的間隙配合，會使軸承外圈在軸承座孔內(nèi)產(chǎn)生相對滑動，導(dǎo)致軸承溫度急劇升高，造成軸承損壞[3]。

（4）設(shè)計時未考慮軸的伸縮量。激振器運(yùn)行溫度一般為60～85℃，由于熱脹冷縮引起的軸的伸縮量不可忽視，軸的變形量為

式中：(t2t1)——溫差，℃；L——激振器軸的長度，m。

設(shè)激振器軸長為0.5m，溫差為40℃，軸引起的伸縮量約為0.226mm。此變形量較大，如在設(shè)計時未考慮則會導(dǎo)致軸承損壞。

（5）制作與裝配工藝。軸承室孔的加工精度較差，篩箱兩側(cè)的軸承室不同心，導(dǎo)致軸承裝配時施力不均。在冷裝配過程中，如對軸承內(nèi)圈施力不均，會使軸承內(nèi)圈相對軸產(chǎn)生一定的偏斜量，造成軸承內(nèi)圈磨損加快；如對軸承外圈施力不均，會使軸承外圈相對軸承孔產(chǎn)生一定的偏斜量，造成軸承外圈磨損加快。另外，成組偏心塊質(zhì)量差別大或成組偏心塊安裝角度誤差大，會引起振源中心顫動，造成軸承發(fā)熱[4]。

2 采取的措施

針對以上原因，我們采取了以下措施進(jìn)行改進(jìn)。

（1）經(jīng)多次試驗，改進(jìn)后采用單列圓柱滾子軸承NJ2328，圓柱滾子軸承具有較大的徑向承載能力，承受極限轉(zhuǎn)速較高，對動靜載荷的承載能力強(qiáng)，但對軸承室孔的同軸度要求較高。軸承在選用和安裝時，徑向工作游隙控制量至關(guān)重要，應(yīng)選用徑向游隙在8-50 m之內(nèi)的軸承。

（2）采用稀油循環(huán)潤滑方式，改善潤滑通道，潤滑油循環(huán)流動，使軸承得到充分潤滑。改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，一方面防止箱體中的潤滑油滲出，另一方面防止空氣中的水分和粉塵進(jìn)入箱體污染潤滑油。采用稀油循環(huán)潤滑，定期更換潤滑油脂，首次換潤滑油在設(shè)備使用150h之后，之后設(shè)備每運(yùn)行1000 h必須更換潤滑油，取得了較好的潤滑效果。

（3）選擇合適的配合公差。由于激振器工作時軸承內(nèi)圈所受徑向力相對激振器偏心力是靜止的，設(shè)計時軸承內(nèi)圈往往又被軸向定位，故軸承內(nèi)圈與軸的配合應(yīng)采用較松的過渡配合或間隙配合公差。將軸的上偏差調(diào)整為0，下偏差調(diào)整為-0.04。軸承外圈所受徑向力相對于激振器偏心力圓周旋轉(zhuǎn)，為防止外圈滑動，同時確保軸承滾動體在保持架中靈活轉(zhuǎn)動，外圈與軸承座孔的配合采用較緊過渡或稍小的過盈配合公差，將軸承座孔的公差調(diào)整為±0.026?？紤]整軸的熱脹冷縮，軸承壓蓋與軸承的外圈間隙調(diào)整為1.5 mm。

（4）將一端軸承設(shè)計為過渡或間隙配合，以便激振器軸在熱脹冷縮時可以相對于內(nèi)圈滑動，避免軸承受到因熱脹冷縮而產(chǎn)生的軸向力。

（5）采用加工精度較高的設(shè)備進(jìn)行加工，保證兩軸承孔的同心度。用數(shù)控鏜銑床或加工中心，軸承室內(nèi)兩軸承孔一次加工完成。軸承在裝配時須清洗干凈,制作專用工裝，用壓力機(jī)壓裝，使內(nèi)圈和外圈均勻受壓，防止裝配過程中，內(nèi)、外圈受力不均，保證組裝到位。調(diào)整偏心塊質(zhì)量及角度，使其質(zhì)量及角度對稱一致。在制作偏心塊時，保證偏心塊為同等材質(zhì)、密度相同的材料。同時為保證偏心塊質(zhì)心一致，偏心塊的幾何形狀在制作時須嚴(yán)格要求。另外，在安裝或調(diào)整激振力時，要使同一軸上的偏心塊角度一致，平行軸上的偏心塊角度對稱[5]。

3 結(jié)論

振動篩是一種高頻運(yùn)動的振動機(jī)械，工作條件惡劣，而激振器是振動篩的動力源、核心部件。我們和技術(shù)人員一起反復(fù)試驗，制定合理的裝配工藝，調(diào)整了激振器的加工公差、裝配間隙、選配了合適的軸承。以上措施經(jīng)實際應(yīng)用證明，改進(jìn)后的振動篩激振器裝配可靠、合理、實用、有效。激振器一次裝配合格率由原來的60%提高到95%以上，激振器試車溫升由原來的35～40℃降到不超過30℃，激振器軸承由原來的使用6個月就出現(xiàn)損壞延遲到1年后才出現(xiàn)損壞，大大的提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長了維修周期，為廠里節(jié)約了成本，贏得了信譽(yù)，增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。