环模制粒机转子轴承公差配合的分析和计算

闵杭临，黄淑琴

（1.泰州海锋机械制造有限公司；2.泰州职业技术学院 机电技术学院，江苏 泰州 225300）

环模制粒机转子轴承公差配合的分析和计算

闵杭临1，黄淑琴2

（1.泰州海锋机械制造有限公司；2.泰州职业技术学院 机电技术学院，江苏 泰州 225300）

环模制粒机转子轴承公差配合的合理选择对防止轴承发热，提高轴承寿命具有非常重要的作用。根据理论分析和实际使用经验，提出轴承内圈与轴颈的配合选择j6，轴承外圈与外壳孔的配合选择H7。

环模制粒机；转子轴承；公差配合

环模制粒机广泛应用于饲料、制药、新能源等技术领域，它是将含水量不大于15%的配合粉料经过搅拌、调质，然后经过压制，制成颗粒状的料挤出机外的一种设备，主要由喂料、搅拌、制粒、传动及润滑系统等组成。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式[1]，环模制粒机转子轴承公差配合正是基于这一理念而设计的。环模制粒机工作条件恶劣，在使用过程中其转子轴承会出现温升过高、轴承磨损严重和寿命短等现象[2]。根据使用经验，其与轴和外壳孔的配合对机器的正常运行有重要作用。

图1所示为环模制粒机的转子组件，其中，主轴静止，转子在动力作用下旋转，转动载荷作用在轴承外圈[2]。经测试和分析，环模制粒机转子轴承在重载荷作用下，其工作温度甚至高达60℃～80℃，导致公差配合关系发生变化，所以在选取公差配合时必须考虑轴承温升的影响。

图1 环模制粒机的转子组件

下面以某型号的环模制粒机为例进行计算，轴承型号为SKF23022CC，内圈直径d=110mm，轴承内圈内径的单一平面平均直径公差Tn= 0.020mm，外圈直径D=170mm，轴承外圈外径的单一平面平均直径公差Tw=0.025mm。

1 轴承内圈与轴颈公差配合的选择

当转子轴承工作温度达到60℃以上，轴承内圈受热膨胀，与主轴轴颈的配合间隙变大，使常温下的过渡配合变成间隙配合，导致轴颈在轴承内圈内滑动，降低旋转精度。建议内圈与轴颈的配合采用在高温时最小间隙大于或等于零的过渡配合为宜。

[3]式中α—轴承钢的线膨胀系数，可取α=11.2×10-6/℃；d—轴承内圈公称直径，d=110mm；Δt1—轴承内圈与轴颈的温度差，近似取Δt1=40℃。代入计算得en=11.2×10-6×110×40=0.049mm。

如图2所示，轴承内圈的上偏差ES=0，下偏差EI=-0.020，当轴承温度升高后，轴承内圈与轴颈之间的配合转化为间隙配合。

图2 内圈与轴颈配合公差带图

此时最小间隙Xmin=EI’-es=en-Tn-es=0.049-0.020-es≥0

由此得，es≤+0.029；选轴颈标准公差等级为IT6，则下偏差ei=0.029-0.022=+0.007，查表选取与其相近的公差代号，选j6，则es=+0.013，ei=-0.009[4]。

此时最大间隙为Xmax=ES’-ei=0.049-(-0.009)= 0.058mm[4]选择j6，轴颈与内圈在常温时的配合为较大间隙的过渡配合，便于安装，高温时虽然转变为间隙配合，由于主轴静止，内圈与主轴之间也不会产生相对滑动。另外，在高温时主轴也会有膨胀，实际间隙要小于计算值。

2 轴承外圈与外壳孔公差配合的选择

环模制粒机转子在动力作用下旋转，转动载荷作用在轴承外圈，在这种受力形式下，轴承外圈应采用过渡配合，但随着轴承工作温度的升高，轴承外圈和外壳孔都要受热膨胀，从而改变配合关系。由于材料不同，其膨胀系数不同，转子体通常用铸铁制作，其线膨胀系数略小于轴承钢，又轴承外圈为薄壁圆筒，容易受热膨胀，而转子体壁厚远大于轴承外圈，为了简化计算，其膨胀量忽略不计。考虑轴承外圈的受热膨胀，其配合关系转化为过盈配合，会导致外圈产生很大的内应力。其滚动体又受交变应力的作用，联合作用的结果使轴承外圈加速损坏，所以在选择轴承外圈配合时，必须考虑到它的膨胀量，过盈量不宜过大[3]。但常温时配合不紧，又会产生振动和噪声，影响旋转精度。一般以选择常温时最小间隙等于零的间隙配合为宜，即壳体孔的公差代号为H7。

图3 外圈与外壳孔配合公差带图

如图3所示，当轴承处于常温时，外圈与外壳孔的配合为间隙配合，当温度升高后，外圈受热膨胀，此时外圈公差处于虚线位置，与外壳孔的配合转化为过盈配合，下面分别计算高温时的最大和最小过盈量。

当D=170mm时，Th=0.040mm时，选外壳孔公差代号为H7，其上偏差ES=+0.040 mm，下偏差EI=0。[4]

当温度升高后，其外圈膨胀量ew=αDΔt2[3]式中，D—轴承外圈直径；

Δt2--外圈相对于轴承座孔的温度差，这里取Δt2=40℃。

代入计算得ew=11.2×10-6×170×40=0.076mm

由于没有计算转子体的膨胀量，所以实际的过盈量要小于计算值。

3 结语

由于环模制粒机工作温度较高，在选择轴承的公差配合时，必须考虑温度变形的影响。滚动轴承内、外圈的配合选取对环模制粒机转子轴承的正常运行有很重要的作用，根据轴承的承载情况，温升引起的轴承内、外圈膨胀量对轴承运转的影响，建议选取轴承外圈与外壳孔的配合为H7，轴承内圈与轴颈的配合为j6。

[1]刘瑞索，郭兰中，王阳，等.绿色设计和绿色制造是机械行业的发展趋势[J].机械制造与自动化，2001，（4）：8-9.

[2]桑广伟，苗健.对环模制粒机轴承的分析[J].饲料工业，2009，（3）：4-5.

[3]李正峰.冲击式破碎机转子轴承公差配合及游隙的合理选择[J].煤矿机械，2007，（9）：12-14.

[4]陈于萍，高晓康.互换性与测量技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

（责任编辑 刘 红）

Analysis and Calculation of Rotor Bearing Tolerances on the Ring Die Granulator

MIN Hang--lin11，HUANG Shu--qin22

(1.Taizhou Haifeng Machinery Manufacturing Co.,Ltd.；2.Taizhou Polytechnic College,Taizhou Jiangsu 225300,China)

Reasonable choice to tolerance of rotor bearing of ring die granulator is very important to avoid overheat of bearing and prolong the life of bearing.According to the theoretical analysis and practical experience,tolerances and fits of the bearing inner ring and journal can select j6,tolerances and fits of bearing outer ring and housing bore can select H7.

ring die granulator；rotor bearing；tolerances and fits

S817.12+4

：A

：1671-0142（2014）03-0047-02

闵杭临(1960-)，男，江苏泰州人，工程师.

泰州市科技支撑计划项目（TG201219、TG201316）.