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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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磨機雙列調心球面滾子軸承的潤滑與密封設計

2013-08-30

常家東
（洛陽工業高等?？茖W校，河南洛陽，471003）
　　摘　要：討論了大型磨機雙列調心球面滾子軸承的潤滑方式選擇及密封結構設計，提出了修正密封間隙的計算公式，為磨機滾動軸承的潤滑密封設計提供了設計依據，經生產實踐證明潤滑方式和密封結構設計正確。
　　關鍵詞：磨機；潤滑；密封；軸承
　　磨機作為大型粉碎設備，在建材、礦山、冶金、化工等工業行業廣泛使用。如圖1所示，其工作原理是通過筒體繞水平軸線回轉，裝在筒體內的磨礦介質（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落下時的沖擊力和運動時的磨削作用完成的，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.進料端中空軸頸；2.磨機筒體；3.出料端中空軸頸
圖1 磨機的滾動軸承潤滑密封結構簡圖
　　傳統的磨機使用滑動軸承支承，磨機使用滑動軸承的優點是順應性、嵌藏性好，抗膠合能力強，缺點是傳動時摩擦阻力大，磨機功耗高。同時，頻繁刮瓦費時繁瑣，而且影響磨機運轉率，維護費用高。在磨機上使用雙列調心球面滾子軸承代替滑動軸承，可顯著降低磨機能耗?；瑒虞S承支承的球磨機，軸頸與軸瓦的接觸面積Z少達75%，摩擦力矩大，能量消耗高，傳統的球面瓦滑動軸承的摩擦功耗理論上約占總裝機容量的29%，有關資料指出滾動軸承摩擦力矩約為滑動軸承摩擦力矩的1%，磨機主軸承使用滾動軸承后，磨機的摩擦功耗理論上將減少99%。所以，為了保護環境，節省能源，應大力推廣磨機主軸承使用滾動軸承結構。但是，磨機滾動軸承的尺寸大（軸承內徑尺寸在Ø1000mm左右），需要專門向軸承生產廠家外協制作，成本高，并且軸承重載、處于粉塵工作環境，如果潤滑和密封不好，礦石粉塵侵入軸承，使軸承工作情況變壞，縮短軸承壽命。造成停產事故和較大損失。另外磨機支承跨距大，磨機受熱冷卻伸縮量大及磨機裝入物料后，筒體下沉的撓度大，給軸承密封造成了較大困難。本文對磨機滑動軸承支承改造為滾動軸承支承結構時，潤滑密封結構的設計問題作一些探討。
　　1　磨機雙列調心球面滾子軸承的工作環境
　　磨機的特點是低速、重載、磨體大、工作環境惡劣。例如，Ø2.4m×8m的磨機，采用雙列調心球面滾子軸承支承結構，磨機中空軸外徑D=895mm，運轉時軸承負荷1300N，磨機回轉部分500N，轉速n=20r/min。選用型號為39-895的雙列調心球面滾子軸承，軸承內徑d=895mm，外徑D=1120mm，軸承寬度B=215mm，軸承外滾道對軸承座可以調心，內滾道通過滾動體與外滾道也可以調心。長時間工作后，因筒體受熱伸長而產生軸向竄動，所以在磨機進料端的支承軸承座設計成可以軸向游動的結構形式，以補償磨機筒體的伸縮變形量。由于磨體大，兩軸承的支承距離也大，磨機筒體彎曲變形產生撓度，要求選擇的滾動軸承能夠調心，否則筒體在運行的過程中產生不同軸，使軸承的工作情況變壞，甚至損壞軸承。因此選用雙列調心球面滾子軸承，以補償筒體變形產生的撓度。磨機粉磨的是礦石，粒度很細，如果密封不好，粉塵很容易侵入軸承，所以，要求對軸承進行良好潤滑和密封。
　　2　雙列調心球面滾子軸承的潤滑和密封選擇
　　磨機的轉速雖然較低，但由于尺寸較大，所以軸承工作的線速度適合于采用潤滑油潤滑，且選用的潤滑油必須具有良好的潤滑性能和小的內摩擦。綜合考慮磨機軸承負荷較大，加之由磨機筒體傳導過來的熱量，所以磨機軸承的溫度較高，應選用粘度大的潤滑油（可選用30號或40號潤滑油）。采用油杯潤滑裝置完全可以滿足潤滑需要。
　　對密封選型的要求是密封性好，安全可靠，壽命長，結構緊湊、簡單，制造維修方便，成本低。密封分為動密封和靜密封，動密封分為往復密封和旋轉密封。磨機需要采用旋轉式動密封，并且考慮到磨機工作環境惡劣，礦石粉塵較多，需要采用防塵密封裝置，阻止潤滑油外漏和粉塵侵入。迷宮式密封是一種較好的防塵密封，它主要由旋轉與固定的密封零件之間復雜而曲折的小縫隙組成。使用時可以在縫隙中注滿潤滑脂，以增加密封效果。
　　3　雙列調心球面滾子軸承密封結構設計

圖2 磨機滾動軸承防塵密封結構

圖3 磨機筒體彎曲引起密封間隙變化
　　磨機雙列調心球面滾子軸承迷宮式防塵密封結構，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，會降低防塵及密封效果；間隙太小，會使密封旋轉零件和靜止零件的碰磨，縮短密封零件壽命，增加能耗和產生噪音。理論上f的取值應大于磨機軸頸相對于軸承座的軸向竄動量，但是由于磨機進料端軸承座可以隨著筒體的伸縮而軸向游動，所以軸向竄動量比普通的密封結構小。由于磨機筒體的彎曲變形使密封間隙發生改變，如圖3所示，這時磨機軸承迷宮密封結構軸向間隙應增加a，徑向間隙應增加b。設磨機的支承跨距L，中空軸懸伸長度為c，磨機筒體中部的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：
　　則磨機軸承迷宮式防塵密封結構的密封間隙：
　　其中，kf為與制造及裝配精度、磨機軸向竄動量有關的量。
　　例如：上述Ø2.4m×8m的磨機，L=8m，d=0.45m，c=0.8m，y取國家標準允許的Z大值（L/1000）=0.008m。根據式（1）和（2）可以計算出：a≈0.5mm，b≈0.8mm，如果kf取1mm，根據式（3）和（4），則軸向密封間隙f應大于1.5mm，徑向密封間隙e應大于1.2mm。由此可以看出，在設計磨機滾動軸承的防塵密封間隙時，必須考慮磨機裝料后，磨機筒體變形對密封間隙設計參數的影響。
　　4　結論
　　磨機雙列調心球面滾子軸承由于軸承尺寸大，價格昂貴，工作環境惡劣，載荷大，所以良好的潤滑和密封對于延長軸承壽命，降低能耗和生產成本非常重要，選用迷宮式防塵密封結構經生產實踐證明可以較好的滿足要求。但是在選擇密封間隙時不能只依據經驗或手冊，必須考慮磨機裝料后筒體下沉的情況，適當增加密封間隙。磨機筒體伸縮由于進料端軸承座的游動結構對密封間隙的影響減小。
來源：《潤滑與密封》2004年04期