降低圆振动筛轴承工作温度的方法初探

罗定达

摘 要：轴承工作温度高，易发热烧损，是国产圆振动筛的普遍故障。本文试从提高筛框和激振箱传动轴的设计制造精度和刚度、轴承选型、润滑脂选择与减少填充量等三个方面，探索降低轴承温度的方案，以提高轴承使用寿命，继而实现降低圆振动筛故障率的目的。

关键词：圆振动筛;轴承;发热烧损;运行精度与刚度;使用寿命

圆振动筛，一般由振动器、倾斜多层筛箱、隔振装置、挠性联轴器、电动机等五部分组成。其工作原理为：在激振力作用下，倾斜的筛面做圆形轨迹振动，物料随着筛面振动而松散和抛起落下，使较小粒度透过料层下落，透过筛孔排出或掉落下层更细一级筛网，从而完成物料粒级的筛分工作。

此处以4YK2165圆振动筛为例：

1.筛网4层×2100mm×6500mm，外形尺寸8580mm×4105mm×6960mm，筛框侧板幅面和激振装置中间联接管轴细而长，主体刚性较差;

2.筛孔由底至最上层分别为7、12、22、35mm，最大进料粒度350mm，处理能力80～700m3/h，倾斜20°安装，总重约17吨。处理能力大，且长时间连续运行;

3.圆振幅8mm，振动频次740r/min（比给料机650多出90次/min），虽在低转速范畴工作，但轴承承受冲击、振动、主体自重、筛框刚性差产生的额外力矩与振动等复杂载荷作用。

4.筛框前后弹簧支座的水平误差≤5mm。筛分物料对运行精度要求不高，而恰是设备运行稳定性对安装精度要求高。

5.激振箱使用单列圆柱滚子轴承，型号NJ2334C3或42634C3，4件（传动轴两端各2件）。轴承采用的是双支点、内外圈轴向固定（中间联接管轴采用140汽车传动轴带有2套十字节和可伸缩花键副，热补偿极大，故无妨）。轴的公差代号φ170js7，座孔的公差代号φ360H7，无传动装置的联轴器直联，故工作转速与电动机相同为740 r/min。轴承最高工作温度≤75℃，温升≤40℃。轴承实际工作总温高达90～100℃，甚至偏上，温升最高可达56℃。温度高，轴承容易烧损。

6.轴承润滑脂  激振器滚动轴承涂抹1#二硫化钼润滑脂（也可用ZL45-2锂基润滑脂），不分四季，填充量占空腔體积50%～70%。过多，不利散热。

综上所述，圆振动筛普遍存在的问题，是其轴承工作总温和相对温升过高，润滑脂高温老化、软化及流化，极大降低润滑脂的润滑效果，造成轴承容易烧损。轴承过热损坏，三包质量事故频发，售后服务成本高，企业质量信誉受影响。究其原因，主要有三个，一是筛框和传动轴的设计制造精度和刚度不达使用要求;二是轴承选型欠佳;三是润滑油脂填充量过多。

总结多年的生产和三包质量事故处理技术经验的基础上，结合查阅有关资料分析研究，试探索从以下三方面的改进，以降低轴承温度为切入点，提高圆振动筛的轴承使用寿命，继而降低设备故障率。

一、提高传动轴、筛框等主要零件的设计制造精度和刚度

一）从侧板的结构、工艺及材质入手，提高筛框的刚度和大幅减少焊接内应力。

圆振动筛的筛框，其刚度主要取决于大幅面薄壁（最大4100×8560×t=10～16）侧板的刚度，而现产圆振动筛的侧板由材质Q235B钢板与槽钢、角铁组焊而成，焊接内应力将在工作时受振动释放而撕裂焊缝，结构本身刚性差，运行挠性变形复杂，降低以两侧板为支承的激振装置运行精度，导致内置于激振装置的轴承，除了承受工作用圆形振动力外，还要额外承担因刚性差产生挠性变形所产生不规则振动和力矩，加剧了轴承过热烧损的几率。为此，应将侧板的材质改为强度更高的Q345B厚度t=12钢板折弯成形，取消槽钢等型材，其价格增加的部分可由取消的型材数量、简化工艺提高功效和内外观质量的效益来抵消还绰绰有余。此新结构筛框，外形更简洁美观，大部分剔除了焊接内应力的伤害，既节约钢材，减轻重量，又确保了侧板刚度和强度，继而就能大幅减少因筛框刚性差所致的质量事故发生。

二）从设计到制造装配，提高激振装置的运行精度和刚度。

激振装置，是圆振动筛的核心部件，大部分故障出在其中，因此提高其运行精度和刚度，就能减少圆振动筛的事故频次。结合故障处置经验，应采取两项措施，一是采取组装后在专用镗床上一次装夹完成激振装置的两边安装支承孔的镗削，确保了两孔的同轴度和垂直度;二是激振装置两偏心盘之间的联接传动轴，原来为两端带法兰的刚性实心轴，装配中很难就位，装配精度极低，又费时费力，即使勉强装上，也会加大的结构内应力，运行时不是法兰螺栓被扭断，亦即轴端连接法兰的焊缝被拉裂，额外给轴承增加异常载荷，大大增加了轴承发热烧损的可能性。改用外径比实心轴更大的厚壁无缝钢管取代实心轴和采取先连接法兰，再一边转动一边焊接无缝管的配焊工艺，既增强了轴的截面几何力学特性，又提高了连接轴实际装配精度。这两项措施，均能提高激振装置的装配和运行精度与刚度，减少轴承额外载荷，减少轴承温升。

三）在偏心盘联接传动轴的两端加装了2套十字联轴节，以抵消大部运行形位公差和增强运行平稳性。

圆振动筛，是利用机械振动来完成筛分工作的，其振动由安装于两侧板上激振装置的偏心盘转动产生。侧板为幅面大而薄的零件，两偏心盘的联接传动轴细而长的刚性零件，刚度差是圆振动筛的结构突出特点，即使两偏心盘安装孔加工同轴度很好，但由于两侧板对振动吸收反映不一致，运行中同样产生同轴度和同步性较差，受力分布复杂的问题，导致轴承易发热损坏和刚性连接轴被扭断的质量事故经常发生。为此经多方论证和实践，在偏心盘联接传动轴的两端加装了140汽车传动轴（旧件，2套），减除因整体刚度不足产生的不规则载荷和轴向没有大的热补偿产生轴向力，极大减少圆振动筛的轴承易发热，连接轴从对接焊缝处容易扭断现象的发生，延长轴承使用寿命，降低质量事故频率。

四）装配轴承时，施加适当的预紧力。

滚动轴承的预紧，其目的在于提高轴承的运行精度和寿命，以满足设备运转稳定性要求。在装配轴承时，给其施加一定的轴向预紧力，消除轴承内的原始游隙，并使内外套圈与滚子产生预弹性变形，使承载后仍不出现游隙，改善滚子承载均匀性，达到提高运转精度、刚度和使用寿命，降低噪音之目的。预紧力不能过大，过大会致轴承承受额外的交变压力而沉声交变变形，容易发热。过小，轴承刚度差，运行精度低，相反也会容易发热损坏，降低使用寿命。这里主要把握好三点，一是设计上要有施加适当预紧力的结构;二是装配工要具备相当技能和经验，以确保预紧力施加的恰当;三是将轴承装配列为质量控制点，严格把关。

按此四个方面，改进设备的设计和制造，必定会提高圆振动筛的传动轴、筛框等主要零件的设计制造精度和刚度，改善其运行性能，为降低其轴承的工作温度，提供结构刚度保证。

二、轴承选型的改进

在基本尺寸不变的情况下，结合经济性追求，轴承的选型，应着重考虑以下四方面：

一）能调心与否的选择

圆振动筛激振箱的轴承，主要承受径向载荷，故应选圆柱滚子轴承。轴承选用自动调心轴承，其目的在于部分补偿激振装置运行中的同轴度误差。在偏心盘联接传动轴的两端加装了2套十字联轴节，固有和运行中产生同轴度误差对轴承异常受力发热的影响程度已明显降低，又因其价格较贵，故不必一定要选择调心轴承。当然，若选择，则能更优化其转动效果，减少烧损几率。

二）滚子结构的选择

经分析比较，选用空心滚子的轴承为最好。圆锥空心滚子轴承，既能主要承受径向载荷，又能部分承担部分轴向载荷，但其价格较前者高些。空心圆柱螺旋滚子轴承的滚子，虽然只能承受径向载荷，但弹性好，能吸收部分对轴承不利的振动，特别适宜于承受冲击、振动载荷，不需要或承受很小轴向力的圆振动筛和振动给料机等场合。另外，双列圆柱滚子轴承，其两列滚子数目相差一个，使两列滚子刚度变化频率不同，也能抑制部分振动，但其属于宽系列，价格贵，如选成双列空心滚子，那减震效果会更佳，但价格不菲，何况单列已能满足使用要求。所以从减少轴承烧损，提高圆振动筛的运行性能、品质和经济适用的角度，应选用单列空心圆柱螺旋滚子轴承，类型代号改为5-空心圆柱螺旋滚子轴承。变实心滚子的硬接触为空心滚子的弹性接觸受力，能吸收部分不利振动，增加滚子的散热面积，减少冲击、振动对轴承的影响。

三）精度等级的选择

国标规定，轴承分C级（超精级）、D级（精密级）、E级（高级）、F级（较高级）、G级（普通级）5级精度。国产圆振动筛，选用G级精度轴承，基本满足使用要求，经济适用，但从提高轴承运行精度和设备的性能和品质角度而言，轴承精度应调高到E级。

四）游隙的选择，加大游隙

游隙分径向和轴向两种，分别有精度由高到低，游隙数值由小到大排列的C2、C3、C4、C5四个级别，可综合轴承的运行精度和受力情况等因素进行选择。各级游隙数值，可根据轴承公称内径、滚子型式，游隙级别查阅相关机械设计手册的轴承部分的表可得，此处不再赘述。现产圆振动筛用普通轴承的游隙选C3，游隙较小，精度较高，可使用但不理想。由于振动筛轴承受冲击振动载荷，实际工作温度达90～100℃，密封又依靠自然传导散热，效果有限，各零件受热膨胀后增加挤压力，加剧温升，应选较大游隙，即级别降低一级到C4，在基本不影响运行精度要求情况下，加大热补偿，减少摩擦力矩，改善调心运行性能。

综上所述，在基本尺寸不变和仍是单列滚子的情况下，轴承选型为E级精度的空心圆柱螺旋滚子轴承，型号为NJ5334C4。

三、润滑脂的选择及减少填充量

滚动轴承填充润滑脂，主要起润滑作用，其次才是密封效果，方便、经济、适用。问题的关键是选什么型号的润滑脂和填充多少？

现生产的圆振动筛，其激振器滚动轴承的润滑脂选用1#二硫化钼润滑脂，涂抹量占空腔50%～70%空间，太多，不利散热。应该根据轴承工作温度、Dm·n数值和设备工况，查相关手册，选用ZL2锂基脂。二硫化钼润滑脂比ZL2锂基脂更高级的润滑脂，使用效果肯定更好，但价格较贵，还是用ZL3锂基脂经济适用。

润滑脂涂抹量过少，起不到应有润滑作用，过多会浪费并且易发热变质失效。现生产的圆振动筛，其激振器滚动轴承的润滑脂，涂抹量占空腔50%～70%空间，太多，不利散热。根据轴承供应厂商推荐和实验证明，填充润滑脂应为空余容积的 ～ 空间为宜，设备运行中应制度化检查加注润滑脂。

提高筛框和传动轴的加工精度和刚度、轴承选用E级精度的空心圆柱螺旋滚子轴承、减少润滑脂的填充量，即可明显降低圆振动筛轴承的实际工作温度，在满足使用的情况下，大幅提高使用寿命，减少三包质量事故的发生。同理，其它型号的圆振动筛，按此改进，可获得相近效果。

参考文献：

[1]《机械设计基础》（第一版第7次印刷），罗述洁、马正丽、阮月娥主编，重庆：重庆大学出版社，2008。

[2]《机电一体化系统设计手册》（第一版），杨黎明主编，北京：国防工业出版社，1997。

[3]《机械原理与机械零件》（第一版第3次印刷），何元庚主编，上海：高等教育出版社，1990。