高速密封轴承防尘性能试验机

李文华，贺浩，王健

（1.捷颂（上海）传动科技有限公司，上海 201100；2.洛阳市质量技术监督检验测试中心，河南 洛阳 471039；3.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039）

密封轴承是指一面或两面装有密封圈，具有一定的防尘、防漏脂功能的滚动轴承，由于其应用场合的特殊性，其密封性能从某种意义上讲比疲劳寿命还重要。因此，为研究高速密封轴承的防尘性能，针对某型吸尘器用轴承的防尘性能要求设计了一种高速密封轴承防尘试验机。

1 主要技术参数及功能

高速密封轴承试验机主要技术参数为：1）试验轴承内径范围为5～20 mm；2）最高试验转速为60 000 r／min，升降速时间为10 s；3）灰尘筒转速为20～100 r／min。

高速密封轴承试验机可按照标准件及试验要求完成相关密封轴承的防尘性能试验，其具备以下功能：1）采用计算机自动控制，可在指标范围内任意设置转速、试验时间、循环次数等参数；2）可实时监测转速、温度、振动、电流、试验时间、循环次数等参数，并实时显示所有参数的采样数据及曲线，具有数据存储、打印及调用功能；3）当轴承失效或设备故障时自动报警停机，可实现无人值守、试验过程智能化管理。

2 试验机结构

如图1所示，高速密封轴承试验机由试验主体部件、床身部件、电气系统、计算机测控系统组成。其中，床身部件为标准工作台面，外形尺寸为1 200 mm×750 mm×800 mm（长×宽×高），用以放置试验主体，床身台面下安装2个抽屉用以放置工装配件、工具等。

图1 试验机系统结构图Fig.1 Structure diagram of tester

2.1 试验机主体

试验主体部件放置在床身部件上，主体结构如图2所示，主要包括工作台、减速电动机、联轴器、传动轴系、灰尘筒、试验头组件、温度传感器、振动传感器、电主轴等部件。

图2 试验主体结构图Fig.2 Structure diagram of main body for tester

电主轴由2个主轴支座通过螺钉连接固定在工作台上，试验头组件为悬臂结构，其芯轴安装在电主轴的轴伸端，悬伸到灰尘筒中，由主轴直接驱动运转；传动轴系中传动主轴两端由轴承支承，装于剖分式外套中，通过螺钉连接固定于工作台上，传动主轴通过两端凸缘分别与减速电动机和灰尘筒相连接，从而传递动力。

减速电动机通过联轴器与传动轴系连接，拖动灰尘筒低速（约50 r／min）旋转，将灰尘搅拌、抛洒，形成灰尘环境。通过对试验机电主轴和灰尘箱的启停及速度控制，灰尘规格和量按对应轴承的试验要求添加，从而对轴承不同的环境和工况的防尘性能进行检验。

2.2 试验头

试验头是试验机的核心部件，用于试验轴承、传感器的安装及连接，其结构如图3所示。轴承座及安装盘上分别安装温度传感器及振动传感器，用于监测试验时轴承的振动、温度情况，1次试验1套轴承。

图3 试验头结构图Fig.3 Structure diagram of test head

2.3 灰尘筒

灰尘筒的作用是为试验提供灰尘环境，其由减速电动机通过传动轴系驱动，转动时搅动内部的灰尘介质以模拟轴承的实际工作环境。

如图4所示，灰尘筒由有机玻璃筒及鼠笼支架构成一个密封的腔体部件，固定盘和密封盘上设有环形槽，罩筒两端分别装在固定盘和密封盘上的环形槽内并顶在镶嵌于环形槽内的O形圈上，鼠笼支架两端分别与固定盘和密封盘通过螺钉连接，使罩筒与O形圈压紧从而达到密封效果。密封盘内圈装有毡圈，与试验头安装盘配合；固定盘则与传动轴的凸缘相连接，从而使得灰尘筒内部形成一个密封的腔体。罩筒内部有8个搅拌柄，转动时搅动里面的灰尘介质，从而模拟工作环境。

图4 灰尘筒结构Fig.4 Structure diagram of dust tube

2.4 电气及计算机测控系统

电气及计算机测控系统由电控柜、工控机、滤波箱、振动传感器、温度传感器等组成，主要实现对试验机电主轴和灰尘箱的启停及速度等功能的控制，并对温度、振动、电流、转速及试验时间等信号进行采集监控，计算机监控系统如图5所示。

试验机测试程序主界面如图6所示，用C＋＋Builder编制，该界面可实时显示所有参数的采样数据及曲线。界面显示现在时间、试验运行总时间，以及当前试验所运行的周期、步骤、时间，以方便工作人员观察。界面最下分别显示变频器状态和试验机状态。点击界面上的“运行”按钮后开始试验，试验中电主轴和灰尘箱的启停由输入的载荷谱自动控制。到达试验时间或设定循环次数后试验自动停止并给出相应提示。试验中点击“停止”按钮可暂停试验，点击“总停”按钮会关闭所有电动机。

3 试验情况

试验轴承为608-2RS型高速密封轴承，灰尘介质为符合GB／T 2479—2008《普通磨料 白刚玉》规定的粒度为标记F240的白刚玉粉，填灰量为灰尘筒容积的0.4%，灰尘筒转速为50 r／min，环境温度为26℃，主轴转速55 000 r／min，试验时间6 h，轴承温度稳定在27℃左右。

试验期间，试验机运行平稳、工作可靠，温度（轴承温升曲线如图7所示）、振动等信号正常。试验结束后取下轴承，将其外部附着的灰尘和漏出的润滑脂擦拭干净，用专用的工具拆掉防尘盖，依据SH／T 0336—1994《润滑脂杂质含量测定法（显微镜法）》检测得该套轴承的进灰量为4 850个／cm3，轴承防尘性能符合GB／T 32321—2015《滚动轴承 密封深沟球轴承 防尘、漏脂及温升性能试验规程》的要求，说明该试验机满足吸尘器用高速密封轴承的防尘性能试验要求。

图7 轴承温升曲线Fig.7 Temperature rise curve of bearing

4 结束语

密封轴承的防尘性能是其重要指标，但对于防尘性能的试验手段并不多，为分析密封轴承的防尘性能并不断提高高速密封轴承的设计水平和产品质量，设计了一种高速密封轴承防尘性能试验机。经试验及实际应用考核，该试验机运行稳定、性能可靠、操作方便、易于维护，可为高速密封轴承的防尘性能提供真实有效的试验数据，为轴承厂商提高产品的设计质量依据、也可作为用户的使用提供参考，具有积极的推广价值。