多孔含油保持架真空浸油装置

马德锋，李副来

(洛阳轴研精密机械有限公司，河南 洛阳 471039)

酚醛胶木、聚酰亚胺等非金属多孔材料保持架是精密轴承的重要运动部件，含油率是其重要性能指标之一，关系到整套轴承的使用寿命[1]。因此，含油保持架在装配前需要在真空状态下进行烘烤与浸油处理，使保持架材料充分浸油。

目前多孔含油保持架真空浸油方法为：首先在真空箱中对保持架进行真空烘烤，去除保持架中的水分，然后打开真空箱的舱门，将保持架放入油中进行真空浸油操作。此方法会造成真空环境的破坏和烘烤温度的变化，影响保持架真空浸油质量。在研究多孔含油保持架真空浸油工艺过程的基础上，设计了一套真空浸油装置，该设备可在保证真空度和温度不变的情况下，实现含油保持架的连续烘烤和浸油。

1 主要功能和性能指标

1.1 主要功能

(1)确保浸油装置内真空度始终为1～10 Pa，温度控制在20～120 ℃，且连续可调, 数字显示，并具有过热报警功能；

(2)实现多孔材料工件和润滑油的真空烘烤，两者单独存放，连续烘烤和浸泡时间不少于12 h；

(3)在不需打开真空室舱门(不破坏真空环境)条件下，完成工件浸入润滑油中的动作，且润滑油不飞溅、不溢出，工件不洒落。

1.2 性能指标

(1)真空烘箱和真空泵单独放置，烘箱内部可用空间为Φ300 mm×200 mm；

(2)控温精度：±3 ℃；

(3)保证真空度：≤10 Pa；

(4)一次可注入润滑油量不少于500 mL；

(5)可烘干工件的最大直径为150 mm，最大高度为120 mm；

(6)长期稳定连续工作时间不短于7天；

(7)浸油设备运行的噪声低于60 dB。

2 结构设计

真空浸油装置主要由真空系统、升降机构、温度控制系统和控制面板组成，如图1所示。

1—保温材料；2—工件箱；3—加热器；4—储油器；5—真空箱；6—密封波纹管；7—导向杆；8—气嘴；9—液压顶杆；10—机架；11—真空泵；12—电控箱；13—温度传感器；14—真空传感器

工作过程为：首先把保持架放入工件箱内，润滑油注入储油器内，然后关闭真空箱舱门，启动真空泵对真空箱进行抽真空。加热器对真空箱进行加热，通过真空传感器和温度传感器实时监控真空度和温度，当真空箱内真空度和温度达到设定要求后开始计时。烘烤达到设定时间后，通过手动按钮控制液压顶杆上升推动密封波纹管上升，通过密封波纹管中的导向杆推动储油器上升，使工件完全浸入润滑油中。待浸油时间达到设定时间后，通过手动按钮控制液压顶杆下降，把储油器下降到原来位置，浸油过程结束。

2.1 真空系统

真空系统主要由真空箱和真空泵组成。

真空箱内腔采用SUS304(国内牌号0Cr18Ni9)不锈钢板焊接而成，外壳由优质冷轧钢板制成，其间填充保温材料，形成大约20 mm厚的可靠保温层。箱体与箱门的密封为耐高温硅橡胶压条，密封性能优良，并在箱门上留有透明观察窗，箱体内部有照明设施，可以保证从真空箱外部观察到内部的情况。

真空箱采用圆形结构，使空间得到充分利用，在满足设备空间尺寸的前提下，尽可能地缩小真空箱内的空间体积，通过真空泵连续运转，实现真空腔的真空度要求。真空泵连续工作时，需要定期检查真空泵内机油的液位。

真空泵选用旋片式真空泵，其极限真空度为0.067 Pa，完全满足真空烘箱的真空度要求。真空泵置于装置旁边，便于维护。

真空泵和真空箱之间用波纹管和卡箍进行连接，连接时必须垫上密封圈。

2.2 升降机构

为了实现保持架与储油器之间的相对运动，需要设计一套升降机构[2]。浸油装置采用在真空箱底部增加一套波纹管密封的液压顶杆运动系统来实现保持架浸油动作的控制。液压顶杆的运动杆上安装一套用波纹管密封的精密运动副把运动动作传递到真空烘箱内部，推动油杯上下运动，满足设备升降需要。为了保证浸入过程中不溅油，需控制液压顶杆的运动速度，保证运动缓慢平稳。

根据设备要求浸油的保持架最大高度为120 mm，因此运动行程设计为130 mm，保证保持架能够完全浸入油中，升降机构结构如图2所示。

1—运动杆；2—密封套；3—真空烘箱；4—O形密封圈；5—密封波纹管；6—液压顶杆；7—底座

考虑到升降机构运动比较缓慢，运动频率低，行程也不大，因此选用密封波纹管实现升降机构的动态密封。通过波纹管的轴向压缩变形实现机构的升降运动，由波纹管中的运动杆保证升降运动的精确度，防止波纹管变形倾斜。运动杆与波纹管通过凸缘连接，运动杆凸缘与波纹管凸缘之间采用O形圈密封，液压顶杆与运动杆凸缘采用柔性连接，避免运动杆和液压顶杆之间的运动相互干涉。这样就把动态密封转化为了运动杆凸缘和波纹管凸缘之间的静态密封，满足了真空烘箱与升降机构之间的密封要求，保证了真空烘箱中的真空度。

密封波纹管选用1Cr18Ni9TiG不锈钢材料，该波纹管具有很高的弯曲疲劳强度和耐蚀性，焊接性能良好。由于升降机构升降完毕后，基本上处于静态工作状态，能使波纹管保持较长的寿命。

2.3 温度控制系统

在真空腔底部和两侧布置镍络丝加热器，对真空箱进行加热，由温度传感器和控制电路形成闭环控制，实现温度的PID调节。温度传感器选用Pt100型热电阻传感器，型号为WZP-280，其测温范围为-200～450 ℃。

当真空烘箱处于真空状态时，无空气对流，因此真空烘箱中会产生温度不均匀现象，为了保证温度传感器测试的温度真实反应工作的温度，温度传感器需要放置在合适的位置。由于本装置中工件的高度固定，因此温度传感器放置的高度与烘烤工件的高度基本保持一致，就可以保证温度传感器测试的温度与工件的温度基本一致。

2.4 控制面板

控制面板有计时器、温控表、真空计和操作按钮组成。

计时器用来设定和显示工件烘干和浸油时间；温控表用来设定和显示工件烘干和浸油时的温度，并对真空烘箱的温度进行PID调解控制；真空计用来显示真空烘箱中的真空度；操作按钮用来实现对整台装置的控制。

3 注意事项

(1)如果保持架中的含水量很大，可先单独对保持架进行烘烤去水操作，避免在加入润滑油的情况下，影响保持架的烘干效果。

(2)抽真空的过程中，如果出现润滑油以泡沫形式外溢，应停止抽真空，待泡沫消除后，继续抽真空。

(3)加热速率不易过快，建议采用阶梯加热，即先加热到一定温度，然后保持一段时间再继续加热。

(4)浸油结束后，用户可以根据实际情况(保持架工作条件，油的颜色、黏度等)更换润滑油，并及时擦洗真空箱腔壁。

4 结束语

真空浸油装置在保证真空度和温度不变的情况下，实现了多孔含油保持架的烘烤和浸油。该装置在油浸环境中工作，使用可靠，便于维修，运行平稳。通过测试，本装置的各项技术性能达到了设计指标，其主要性能指标温控精度达到±1.8 ℃，极限真空度达到2 Pa左右。