電力設(shè)備中止推滑動(dòng)軸承加工與安裝工藝分析

中車(chē)沈陽(yáng)機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司 閆 舸 沁水縣浩坤煤層氣有限公司 張 帥

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，一些大功率、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于滑動(dòng)軸承在這些高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用也隨之越來(lái)越廣泛。由于具備滑動(dòng)軸承固有的穩(wěn)定可靠、噪音低、拆卸維修方便等特點(diǎn)，如何確保潤(rùn)滑充分，使軸承滑動(dòng)襯套和轉(zhuǎn)子軸頸潤(rùn)滑借助油膜的分離，則可以有效降低摩擦所產(chǎn)生的熱量，此外還能保證軸承襯套內(nèi)表面不存在磨損現(xiàn)象。滑動(dòng)軸承在工作過(guò)程中形成的潤(rùn)滑油膜具有吸收振動(dòng)的功能，對(duì)提高滑動(dòng)軸承的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。

滑動(dòng)軸承按承載方向可分為徑向軸承、徑向推力軸承和軸向推力軸承[1]?；瑒?dòng)軸承按其承載機(jī)理又可分為動(dòng)壓和靜壓滑動(dòng)軸承。動(dòng)壓滑動(dòng)軸承在結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、抗振阻尼好、噪音低、運(yùn)行穩(wěn)定、承載能力高等特點(diǎn)[2]。相對(duì)于其他兩種軸承，徑向軸承存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝煩瑣、安裝使用不方便、零部件互換性差等缺點(diǎn)[3]?；诂F(xiàn)有徑向軸承存在技術(shù)問(wèn)題，本文對(duì)止推功能的滑動(dòng)軸承部件的加工安裝工藝的改進(jìn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行了全面分析。

2 滑動(dòng)軸承加工制造材料

2.1 軸承合金

軸承合金亦稱(chēng)之為軸承涂層材料。而軸承涂層材料主要以錫、銅和銻等合金為主。由于軸承基體需求較軟材料，基于合金錫含有耐磨銅錫硬質(zhì)顆粒和銻錫顆粒的物理特性，所以以錫作為軸承基體優(yōu)先材料，同時(shí)還可提高材料的可塑性。軸承合金因其極低的彈性模量和彈性極限，而使得具有優(yōu)異的摩擦柔順性和嵌入性，為此所選這些涂層材料很容易與軸頸磨合，而不容易黏合。此外，軸承合金材料具備強(qiáng)度低特點(diǎn)，通常將其鑄造在鋼、鑄鐵或青銅等材質(zhì)的軸承襯套基體上作為軸承涂層[4]。為此，軸承襯套也就不能采用獨(dú)體制造。

2.2 軸承襯套基體材料

軸承襯套基體材料，即軸承合金支撐材料，目前工藝技術(shù)中軸承襯套基體材料主要以08A1#、08F#、08#、10A1#、10#鋼或工業(yè)鑄鐵為主選。由于軸承襯套應(yīng)具備較好的韌性，以承受較大的載荷和一定的振動(dòng)，并與合金層有足夠的黏合度，以防止軸承襯因黏結(jié)不良而脫落。但是實(shí)際加工工藝中，常用的襯套主體材料多以低碳鋼為主。但低碳鋼含碳量過(guò)高時(shí)，基體與軸承合金之間的黏合就會(huì)受到影響，進(jìn)一步也就降低軸承抗疲勞性能。此外，低碳鋼材質(zhì)表面硬度不高，不利于軸承襯套的加工，以及不利于軸承襯套與基體澆鑄之間的黏合。為此，在設(shè)備加工廠，軸承襯套基體材料還是以20#鋼、ZG450鑄鋼或鑄鐵為主選材料。

3 潤(rùn)滑油的選擇

一般情況下，滑動(dòng)軸承油膜主要依靠潤(rùn)滑油來(lái)建立。由潤(rùn)滑油所建立的軸承油膜具備潤(rùn)滑、冷卻軸承和減振緩沖作用，有效帶走因摩擦所產(chǎn)生的熱量，確保軸承處于較佳工況中運(yùn)行，同時(shí)清潔軸承銹跡和因工作環(huán)境帶入灰塵顆粒物[5]?；谏鲜鰞?nèi)容，潤(rùn)滑油膜的建立直接影響到軸承運(yùn)行工況和使用壽命。因此，滑動(dòng)軸承的加工潤(rùn)滑油的品質(zhì)和潤(rùn)滑裝置選擇也是極其關(guān)鍵重要。

通常軸承潤(rùn)滑油主要以黏度作為監(jiān)視性能指標(biāo)。所謂黏度是液體流動(dòng)內(nèi)耗性能的表征，也是反映了潤(rùn)滑油承受變形的能力。而對(duì)于高黏度潤(rùn)滑油存在內(nèi)摩擦阻力大的缺點(diǎn)，但是具有在高負(fù)載壓力下不易壓擠溢出和對(duì)建立動(dòng)壓或靜壓油膜有利等優(yōu)點(diǎn)[6]。一般情況下，潤(rùn)滑油黏度會(huì)隨著溫度發(fā)生改變，溫度越高其黏度反而越低。綜上所述，黏度性能指標(biāo)就成為軸承加工中潤(rùn)滑油選擇的關(guān)鍵指標(biāo)。

在潤(rùn)滑油選擇通?；谝韵乱螅?/p>

一是若所加工的軸承類(lèi)型為動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承，以及一些高速輕載的滑動(dòng)軸承，在潤(rùn)滑油選擇上以低黏度潤(rùn)滑油為主，其主要原因是有利于降低摩擦所產(chǎn)生的熱能。

二是若所加工的軸承類(lèi)型為軸承表面粗糙度較大或表面未磨合，在潤(rùn)滑油選擇上必須以高黏度潤(rùn)滑油為主。

三是對(duì)于一些長(zhǎng)期低速、重載運(yùn)行工況的軸承，在潤(rùn)滑油選擇上要以高黏度潤(rùn)滑油為主，以便穩(wěn)定的動(dòng)壓油膜建立。

目前，機(jī)械設(shè)備行業(yè)在軸承潤(rùn)滑油選型還是以32#和46#汽輪機(jī)油為主選。其中，32#汽輪機(jī)主要用于高速電機(jī)軸承，46#汽輪機(jī)油主要用于低速電機(jī)軸承。目前，常見(jiàn)的幾種軸承潤(rùn)滑油的性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 潤(rùn)滑油主要性能參數(shù)規(guī)范表

4 止推滑動(dòng)軸承概述

止推滑動(dòng)軸承包括徑向軸承由分體的上軸承襯套和下軸承襯套扣合而成，如圖1所示，在徑向軸承的兩端分別裝配加工有固定法蘭，在法蘭的外側(cè)設(shè)有與法蘭的擋塊連接的油封圈。此外，在徑向軸承的中部設(shè)有注油孔，在內(nèi)壁上相應(yīng)的注油孔處設(shè)有導(dǎo)油槽。在徑向軸承內(nèi)端法蘭外側(cè)裝有半環(huán)形止推環(huán)，止推環(huán)外側(cè)還鍍有鎢層，在轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)止推環(huán)外側(cè)也裝設(shè)有法蘭。當(dāng)徑向軸承內(nèi)端法蘭外側(cè)裝有半環(huán)形止推環(huán)，與轉(zhuǎn)子裝設(shè)的法蘭盤(pán)配合使用，此時(shí)的滑動(dòng)軸承既可以實(shí)現(xiàn)止推功能。此外，當(dāng)卸下徑向軸承內(nèi)端法蘭外側(cè)裝有半環(huán)形止推環(huán)時(shí)，也可作為普通滑動(dòng)軸承使用。

圖1 止推滑動(dòng)軸承圖

5 零部件的加工與安裝

5.1 徑向軸承襯套

徑向軸承襯套結(jié)構(gòu)如圖2所示，通常徑向軸承襯套采用圓柱形滑動(dòng)軸承的形狀所加工，并用雙寬鋼球帶支架將其定位在軸承座上。這樣有利于承受較大的軸向載荷和徑向載荷的優(yōu)勢(shì)，而且有自動(dòng)調(diào)心的自適應(yīng)特點(diǎn)，此外可以彌補(bǔ)安裝和生產(chǎn)的誤差，實(shí)現(xiàn)安裝和維護(hù)方便快捷的特點(diǎn)?；陔p支撐球面接觸面積大的特點(diǎn)，所產(chǎn)生的動(dòng)壓油潤(rùn)滑膜熱量可以均勻通過(guò)軸承襯套傳遞到軸承座表面，實(shí)現(xiàn)較佳的散熱作用，進(jìn)一步降低滑動(dòng)軸承運(yùn)行溫度，確保運(yùn)行工況安全可靠。并且通常采用軸承襯套鍛鋼或鑄鋼加工而成，所以在采用機(jī)械加工前都會(huì)進(jìn)行脫氫處理。由于滑動(dòng)軸承的軸承表面采用抗腐蝕的錫基巴氏合金材料，利用機(jī)械離心鑄造機(jī)將其鑄造附加到軸承襯套的內(nèi)表面后，通過(guò)超聲波和滲透缺陷無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行檢查，這樣就可以更加可靠地確保所選的錫基巴氏合金與瓦基合金之間的結(jié)合力。

圖2 徑向軸承襯套結(jié)構(gòu)示意圖

5.2 止推軸承襯套

推力軸承襯套結(jié)構(gòu)如圖3所示，一般止推軸承襯套采用彈性圓柱支撐瓦結(jié)構(gòu)所加工，依靠碟形彈簧作為其支撐。所選的碟形彈簧可以在支撐、緩沖和自適應(yīng)定心方面起到較好作用，此外在瞬時(shí)沖擊力也非常有利。止推軸承襯套的定位主要依據(jù)小圓柱與軸瓦端面之間的距離，在加工過(guò)程中為了后期安裝和維護(hù)的便利，通常讓每個(gè)止推軸承襯套獨(dú)立單元結(jié)構(gòu)。在加工上還需保證潤(rùn)滑油流量較大，這樣有利于更好地冷卻軸承襯套，進(jìn)一步保證推力軸承運(yùn)行性能穩(wěn)定。軸承襯套基體主要以鍛鋼或鑄鋼材質(zhì)為主，所以在機(jī)械加工前也會(huì)采用脫氫處理。止推軸承襯套承表面也是采用抗腐蝕的錫基巴氏合金材料，并通過(guò)重力鑄造到襯套表面，同樣采用超聲波和滲透缺陷無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行檢查，目的也是保證錫基巴氏合金與軸瓦合金之間的結(jié)合力。

圖3 推力軸承襯套結(jié)構(gòu)示意圖

5.3 軸承座

軸承座結(jié)構(gòu)如圖4所示，通常會(huì)選擇將軸承座改造成帶有散熱筋的安裝形式，散熱筋有兩個(gè)功能：散熱和加強(qiáng)軸承座的整體阻力。球形雙支撐結(jié)構(gòu)避免了載荷下的應(yīng)力集中，對(duì)表面進(jìn)行內(nèi)部和外部清潔，可保證軸承座不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形。

圖4 軸承座結(jié)構(gòu)示意圖

但是，軸承座采用的是分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工，因此結(jié)合面頂部和底部表面之間的空間是軸承密封的關(guān)鍵。分型面表面是中分面滑動(dòng)軸承上下半的結(jié)合面，運(yùn)行中漏油主要原因就在于與墊片有關(guān)的軸承座分型面的表面，其中軸承座分型面的表面如圖5所示。所以，在加工工藝中必須確保上下分型面的表面光潔度達(dá)到1.7，通常間距以≤0.06mm 范圍控制，間距大小將會(huì)直接影響軸承內(nèi)潤(rùn)滑油的密封。因此，軸承座上下間距的表面必須確保高光潔度和平整度。

圖5 軸承座分型面

其中影響間距表面間距的主要因素有以下兩方面：

一是加工精度低。在以往的傳統(tǒng)軸承座加工工藝中，由于一些加工設(shè)備或者工藝的落后的弊端，導(dǎo)致上下軸承座分型面表面的加工精度不足，無(wú)法準(zhǔn)確控制分型面表面之間的距離。

二是軸承座鑄件質(zhì)量差。軸承座鑄件通常選用灰鑄鐵或球墨鑄鐵材質(zhì)，如果在內(nèi)部殘余應(yīng)力沒(méi)有完全釋放的情況下，此時(shí)對(duì)軸承座進(jìn)行檢修或者改造，此過(guò)程中就容易導(dǎo)致軸承座鑄件產(chǎn)生不同的走樣，對(duì)軸承座鑄件質(zhì)量影響不可避免，這也是導(dǎo)致軸承座分型面表面距離過(guò)大的原因之一。

一般情況下，需要將加工的軸承座提前與廠商進(jìn)行溝通，嚴(yán)格把控其加工工藝質(zhì)量全程管控控制；其次根據(jù)實(shí)際需要對(duì)軸承座加工工藝加以改進(jìn)，增加形位公差控制，提高分型面的光潔度；同時(shí)增加油溝，確保分型面具備漏油防護(hù)。經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)最終改進(jìn)后軸承座分型面剖面結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后軸承座分型面剖面結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，本文中對(duì)止推滑動(dòng)軸承與徑向軸承襯套是通過(guò)卡簧膨脹的方式安裝的，而卡簧安裝方式比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力；而且此次止推軸承的潤(rùn)滑油路并未做到獨(dú)立供油，而是通過(guò)注油孔與徑向軸承襯套的導(dǎo)油槽共用潤(rùn)滑油路。這就需要依靠安裝在徑向軸承襯套兩端的擋油板輔助來(lái)保證潤(rùn)滑油量。因此，為此還需要進(jìn)一步改進(jìn)止推軸承的安裝方式和提供獨(dú)立的止推軸承油路，這對(duì)提高滑動(dòng)軸承運(yùn)行、維修維護(hù)、穩(wěn)定性和精度起到極其關(guān)鍵性作用。