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磨機(jī)雙列調(diào)心球面滾子軸承的潤(rùn)滑與密封設(shè)計(jì)

2013-08-30

常家東
（洛陽(yáng)工業(yè)高等?？茖W(xué)校，河南洛陽(yáng)，471003）
　　摘　要：討論了大型磨機(jī)雙列調(diào)心球面滾子軸承的潤(rùn)滑方式選擇及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了修正密封間隙的計(jì)算公式，為磨機(jī)滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑密封設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明潤(rùn)滑方式和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確。
　　關(guān)鍵詞：磨機(jī)；潤(rùn)滑；密封；軸承
　　磨機(jī)作為大型粉碎設(shè)備，在建材、礦山、冶金、化工等工業(yè)行業(yè)廣泛使用。如圖1所示，其工作原理是通過(guò)筒體繞水平軸線回轉(zhuǎn)，裝在筒體內(nèi)的磨礦介質(zhì)（鋼球、鋼棒等）和礦石在摩擦力的作用下，隨著筒體上升到一定高度，然后脫離筒體壁自由下落或滾下，礦石磨碎主要是靠介質(zhì)落下時(shí)的沖擊力和運(yùn)動(dòng)時(shí)的磨削作用完成的，礦石從筒體一端的空心軸頸不斷給入，磨碎的礦石從另一端的空心軸頸不斷地排出。

1.進(jìn)料端中空軸頸；2.磨機(jī)筒體；3.出料端中空軸頸
圖1 磨機(jī)的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
　　傳統(tǒng)的磨機(jī)使用滑動(dòng)軸承支承，磨機(jī)使用滑動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是順應(yīng)性、嵌藏性好，抗膠合能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是傳動(dòng)時(shí)摩擦阻力大，磨機(jī)功耗高。同時(shí)，頻繁刮瓦費(fèi)時(shí)繁瑣，而且影響磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率，維護(hù)費(fèi)用高。在磨機(jī)上使用雙列調(diào)心球面滾子軸承代替滑動(dòng)軸承，可顯著降低磨機(jī)能耗。滑動(dòng)軸承支承的球磨機(jī)，軸頸與軸瓦的接觸面積Z少達(dá)75%，摩擦力矩大，能量消耗高，傳統(tǒng)的球面瓦滑動(dòng)軸承的摩擦功耗理論上約占總裝機(jī)容量的29%，有關(guān)資料指出滾動(dòng)軸承摩擦力矩約為滑動(dòng)軸承摩擦力矩的1%，磨機(jī)主軸承使用滾動(dòng)軸承后，磨機(jī)的摩擦功耗理論上將減少99%。所以，為了保護(hù)環(huán)境，節(jié)省能源，應(yīng)大力推廣磨機(jī)主軸承使用滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。但是，磨機(jī)滾動(dòng)軸承的尺寸大（軸承內(nèi)徑尺寸在Ø1000mm左右），需要專門向軸承生產(chǎn)廠家外協(xié)制作，成本高，并且軸承重載、處于粉塵工作環(huán)境，如果潤(rùn)滑和密封不好，礦石粉塵侵入軸承，使軸承工作情況變壞，縮短軸承壽命。造成停產(chǎn)事故和較大損失。另外磨機(jī)支承跨距大，磨機(jī)受熱冷卻伸縮量大及磨機(jī)裝入物料后，筒體下沉的撓度大，給軸承密封造成了較大困難。本文對(duì)磨機(jī)滑動(dòng)軸承支承改造為滾動(dòng)軸承支承結(jié)構(gòu)時(shí)，潤(rùn)滑密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題作一些探討。
　　1　磨機(jī)雙列調(diào)心球面滾子軸承的工作環(huán)境
　　磨機(jī)的特點(diǎn)是低速、重載、磨體大、工作環(huán)境惡劣。例如，Ø2.4m×8m的磨機(jī)，采用雙列調(diào)心球面滾子軸承支承結(jié)構(gòu)，磨機(jī)中空軸外徑D=895mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承負(fù)荷1300N，磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分500N，轉(zhuǎn)速n=20r/min。選用型號(hào)為39-895的雙列調(diào)心球面滾子軸承，軸承內(nèi)徑d=895mm，外徑D=1120mm，軸承寬度B=215mm，軸承外滾道對(duì)軸承座可以調(diào)心，內(nèi)滾道通過(guò)滾動(dòng)體與外滾道也可以調(diào)心。長(zhǎng)時(shí)間工作后，因筒體受熱伸長(zhǎng)而產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，所以在磨機(jī)進(jìn)料端的支承軸承座設(shè)計(jì)成可以軸向游動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，以補(bǔ)償磨機(jī)筒體的伸縮變形量。由于磨體大，兩軸承的支承距離也大，磨機(jī)筒體彎曲變形產(chǎn)生撓度，要求選擇的滾動(dòng)軸承能夠調(diào)心，否則筒體在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生不同軸，使軸承的工作情況變壞，甚至損壞軸承。因此選用雙列調(diào)心球面滾子軸承，以補(bǔ)償筒體變形產(chǎn)生的撓度。磨機(jī)粉磨的是礦石，粒度很細(xì)，如果密封不好，粉塵很容易侵入軸承，所以，要求對(duì)軸承進(jìn)行良好潤(rùn)滑和密封。
　　2　雙列調(diào)心球面滾子軸承的潤(rùn)滑和密封選擇
　　磨機(jī)的轉(zhuǎn)速雖然較低，但由于尺寸較大，所以軸承工作的線速度適合于采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，且選用的潤(rùn)滑油必須具有良好的潤(rùn)滑性能和小的內(nèi)摩擦。綜合考慮磨機(jī)軸承負(fù)荷較大，加之由磨機(jī)筒體傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量，所以磨機(jī)軸承的溫度較高，應(yīng)選用粘度大的潤(rùn)滑油（可選用30號(hào)或40號(hào)潤(rùn)滑油）。采用油杯潤(rùn)滑裝置完全可以滿足潤(rùn)滑需要。
　　對(duì)密封選型的要求是密封性好，安全可靠，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，制造維修方便，成本低。密封分為動(dòng)密封和靜密封，動(dòng)密封分為往復(fù)密封和旋轉(zhuǎn)密封。磨機(jī)需要采用旋轉(zhuǎn)式動(dòng)密封，并且考慮到磨機(jī)工作環(huán)境惡劣，礦石粉塵較多，需要采用防塵密封裝置，阻止?jié)櫥屯饴┖头蹓m侵入。迷宮式密封是一種較好的防塵密封，它主要由旋轉(zhuǎn)與固定的密封零件之間復(fù)雜而曲折的小縫隙組成。使用時(shí)可以在縫隙中注滿潤(rùn)滑脂，以增加密封效果。
　　3　雙列調(diào)心球面滾子軸承密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 磨機(jī)滾動(dòng)軸承防塵密封結(jié)構(gòu)

圖3 磨機(jī)筒體彎曲引起密封間隙變化
　　磨機(jī)雙列調(diào)心球面滾子軸承迷宮式防塵密封結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其軸向密封間隙f和徑向密封間隙e要合理選擇。如果選擇太大，會(huì)降低防塵及密封效果；間隙太小，會(huì)使密封旋轉(zhuǎn)零件和靜止零件的碰磨，縮短密封零件壽命，增加能耗和產(chǎn)生噪音。理論上f的取值應(yīng)大于磨機(jī)軸頸相對(duì)于軸承座的軸向竄動(dòng)量，但是由于磨機(jī)進(jìn)料端軸承座可以隨著筒體的伸縮而軸向游動(dòng)，所以軸向竄動(dòng)量比普通的密封結(jié)構(gòu)小。由于磨機(jī)筒體的彎曲變形使密封間隙發(fā)生改變，如圖3所示，這時(shí)磨機(jī)軸承迷宮密封結(jié)構(gòu)軸向間隙應(yīng)增加a，徑向間隙應(yīng)增加b。設(shè)磨機(jī)的支承跨距L，中空軸懸伸長(zhǎng)度為c，磨機(jī)筒體中部的Z大彎曲變形為y，密封間隙的平均半徑為d，則由圖3可得到：
　　則磨機(jī)軸承迷宮式防塵密封結(jié)構(gòu)的密封間隙：
　　其中，kf為與制造及裝配精度、磨機(jī)軸向竄動(dòng)量有關(guān)的量。
　　例如：上述Ø2.4m×8m的磨機(jī)，L=8m，d=0.45m，c=0.8m，y取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的Z大值（L/1000）=0.008m。根據(jù)式（1）和（2）可以計(jì)算出：a≈0.5mm，b≈0.8mm，如果kf取1mm，根據(jù)式（3）和（4），則軸向密封間隙f應(yīng)大于1.5mm，徑向密封間隙e應(yīng)大于1.2mm。由此可以看出，在設(shè)計(jì)磨機(jī)滾動(dòng)軸承的防塵密封間隙時(shí)，必須考慮磨機(jī)裝料后，磨機(jī)筒體變形對(duì)密封間隙設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。
　　4　結(jié)論
　　磨機(jī)雙列調(diào)心球面滾子軸承由于軸承尺寸大，價(jià)格昂貴，工作環(huán)境惡劣，載荷大，所以良好的潤(rùn)滑和密封對(duì)于延長(zhǎng)軸承壽命，降低能耗和生產(chǎn)成本非常重要，選用迷宮式防塵密封結(jié)構(gòu)經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明可以較好的滿足要求。但是在選擇密封間隙時(shí)不能只依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或手冊(cè)，必須考慮磨機(jī)裝料后筒體下沉的情況，適當(dāng)增加密封間隙。磨機(jī)筒體伸縮由于進(jìn)料端軸承座的游動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)密封間隙的影響減小。
來(lái)源：《潤(rùn)滑與密封》2004年04期