03
創(chuàng)新型保持架的仿真分析
保持架各項(xiàng)分析結(jié)果如圖8-圖12所示。
仿真分析得出結(jié)論:高速軸承保持架在保證其強(qiáng)度,質(zhì)心在軸線上的情況下,重量越輕,保持架所受的作用力(主要為離心力)越??;保持架質(zhì)心離鋼球旋轉(zhuǎn)中心平面的距離越大,則受到鋼球的作用力和沖擊力越大。
隨著底弧半徑的增大,保持架等效應(yīng)力呈先減小后增大的趨勢(shì),變形量不斷增加。底弧的設(shè)計(jì)改變了保持架剛度,提高了保持架柔性,受載荷沖擊時(shí),產(chǎn)生較大變形,使保持架等效應(yīng)力減小。當(dāng)?shù)谆“霃竭^大時(shí),保持架柔性增大,但去除材料較多,導(dǎo)致相鄰結(jié)構(gòu)壁厚薄弱,保持架等效應(yīng)力增大。
圖8 1#鋼球與保持架兜孔碰撞點(diǎn)位置及碰撞力
圖9 軸承零件的平均磨損率
圖10 保持架受力分析結(jié)果
(a)等效應(yīng)力
(b)變形
圖11 有限元應(yīng)力和變形分析
底弧半徑/mm
爪部長度/mm
圖12 底弧半徑和爪部長度對(duì)保持架強(qiáng)度的影響
04
創(chuàng)新型保持架的試驗(yàn)驗(yàn)證
4.1 高速性能試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù):
1) 試驗(yàn)機(jī):BLT-T高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2) 軸承型號(hào):6208
3) 保持架材料:PA46
4) 軸承密封:橡膠密封圈
5)轉(zhuǎn)速:18000r/min
6)載荷:徑向1250N,軸向200N
7)環(huán)境溫度:常溫
8)工位軸承:Ⅰ、Ⅳ工位軸承采用傳統(tǒng)保持架,Ⅱ、Ⅲ工位軸承采用新型專利保持架。
試驗(yàn)結(jié)果:
Ⅰ號(hào)工位軸承運(yùn)行到18000r/min速度段2min后溫度報(bào)警停機(jī),第二次正常運(yùn)行,第三次運(yùn)行到18000r/min速度段28min后溫度報(bào)警停機(jī)。
Ⅳ號(hào)工位軸承運(yùn)行到18000r/min速度段2min后溫度報(bào)警停機(jī),第二次運(yùn)行到18000r/min速度段15min后溫度報(bào)警停機(jī)。
Ⅱ、Ⅲ工位軸承在三次運(yùn)行期間均未出現(xiàn)溫度超標(biāo)報(bào)警停機(jī)。
試驗(yàn)運(yùn)行情況如圖13所示,由圖可知,采用傳統(tǒng)保持架的軸承在運(yùn)行跑合的中期階段(轉(zhuǎn)速14000~16000r/min),有一時(shí)刻溫升急劇升高(143℃左右),但未超過145℃報(bào)警停機(jī)線,且持續(xù)時(shí)間較短,分析原因?yàn)椋哼\(yùn)行中保持架兜孔與鋼球接觸,致使保持架兜孔與鋼球接觸部位的塑料瞬時(shí)蠕變導(dǎo)致軸承溫度急劇升高,經(jīng)過多次跑合后,材料性能趨于穩(wěn)定,瞬時(shí)發(fā)熱現(xiàn)象大為減緩甚至消失。采用新型保持架的軸承未出現(xiàn)溫度超標(biāo),這與保持架兜孔內(nèi)工作表面開有油槽有關(guān),油槽發(fā)揮了儲(chǔ)油和快速散熱的功能。
圖13 創(chuàng)新型保持架的軸承性能試驗(yàn)曲線1
4.2 高速耐久試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù):
1)試驗(yàn)機(jī):ABLT-1A高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2)軸承型號(hào):6206
3)保持架材料:PA46
4)軸承密封:橡膠密封圈
5)轉(zhuǎn)速:13000r/min
6)載荷:徑向3000N,軸向200N
7)環(huán)境溫度:常溫
試驗(yàn)結(jié)果:運(yùn)行近2000h(圖14)
圖14 創(chuàng)新型保持架的軸承高速耐久試驗(yàn)曲線2
4.3 高溫恒高速性能試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù):
1)BLT-T高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2)軸承型號(hào):6207
3)保持架材料:PA46
4)密封方式:鐵蓋
5)轉(zhuǎn)速:18000r/min
6)載荷:徑向1250N,軸向200N;
7)環(huán)境溫度:100℃
試驗(yàn)運(yùn)行情況如圖15所示,試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為930h。對(duì)比試驗(yàn)的SKF同類型鐵蓋密封軸承僅運(yùn)行338h(如圖16)。
圖15 創(chuàng)新型保持架的軸承試驗(yàn)運(yùn)行曲線2
圖16 對(duì)比試驗(yàn)的SKF軸承試驗(yàn)運(yùn)行曲線3
4.4 高溫耐久性試驗(yàn)
高溫耐久性試驗(yàn)結(jié)果見表2,軸承連續(xù)運(yùn)行813h(要求800h)后主動(dòng)停機(jī),軸承及保持架完好。
表2 6207-2R(4套)軸承的高溫耐久性試驗(yàn)結(jié)果
圖17 高溫耐久試驗(yàn)運(yùn)行曲線4
4.5 高變速性能試驗(yàn)
高變速性能試驗(yàn)結(jié)果見表3,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間3150s(52.5min),10個(gè)循環(huán),軸承及保持架完好。
表3 6207-2R(8套)軸承的高變速性能試驗(yàn)結(jié)果
圖18 高變速性能試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ工位試驗(yàn)軸承溫度對(duì)比
圖19 高變速試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ工位試驗(yàn)軸承振動(dòng)值對(duì)比
4.6 高溫極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)
其他參數(shù)不變,在環(huán)境溫度100℃,24000r/min轉(zhuǎn)速下(由于第一版試驗(yàn)機(jī)振動(dòng)劇烈,沒有再提高運(yùn)行轉(zhuǎn)速),連續(xù)運(yùn)行12~24小時(shí)不等,運(yùn)行期間軸承振動(dòng)值較小,間接表明了新型保持架的效果。
05
創(chuàng)新型系列保持架產(chǎn)品試驗(yàn)情況
5.1 微型高速軸承保持架
設(shè)計(jì)的微型軸承保持架結(jié)構(gòu)如圖20所示,代表型號(hào)695-2RS軸承,采用新設(shè)計(jì)保持架,在轉(zhuǎn)速為100000r/min(目標(biāo)轉(zhuǎn)速150000r/min)下,上機(jī)兩臺(tái)做壽命試驗(yàn),雙雙運(yùn)行超過500h。
圖20 新型微型深溝球軸承保持架
5.2 創(chuàng)新型2020版保持架
創(chuàng)新型2020版高速保持架結(jié)構(gòu)如圖7b所示,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1) 在2018版高速保持架的基礎(chǔ)上,考慮到高速高溫運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),爪口外徑漲大抬起,該爪扣設(shè)計(jì)成類凹臺(tái)形;2) 爪口外徑部位凹臺(tái)與兜底外徑部位為斜坡過渡,抗沖擊能力更強(qiáng);3) 每個(gè)兜孔間連接筋板軸向開窗口,更有利于潤滑脂在軸承兩側(cè)的穿行和內(nèi)部溫度場的均勻。
2020版保持架通過試驗(yàn)驗(yàn)證得出:1)與2018版保持架相比,軸承振動(dòng)值降低2~3dB;2)在最新版高溫高速密封性能試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)行時(shí)間超過2018版保持架100多小時(shí)(使用同樣一款潤滑脂)(轉(zhuǎn)速:18300r/min,載荷:1250N,環(huán)境溫度:100℃)。
06
應(yīng)用情況
設(shè)計(jì)的新型高速深溝球軸承目前已進(jìn)行了超過4萬小時(shí)的高速試驗(yàn)和驗(yàn)證,主機(jī)客戶臺(tái)架試驗(yàn)也表明,新設(shè)計(jì)高速保持架具有高速運(yùn)行穩(wěn)定,振動(dòng)較低,抗沖擊,可靠性高等特點(diǎn),具有良好的高速高溫運(yùn)行性能,后續(xù)將進(jìn)一步的進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用分析。