直线振动筛激振器轴承损坏分析及解决措施

孙 京

（中国矿业大学档案馆 江苏·徐州 221000）

0 前言

振动筛是能源产业中的通用设备，广泛应用于化工、建材、冶金、电力等物料的筛分中，通过振动筛分出产品等级，其振动的产生主要由激振器来实现，激振器是一种产生激振力的装置。直线振动筛采用双电机驱动的自同步式激振器，这种激振器的两根转轴分别由两台特性相近的感应电动机驱动，依靠振动同步原理使两个带偏心块的转轴实现等速反向回转，从而获得单向激振力，使筛箱振动，完成筛分。产生振动的筛机因其运动轨迹为直线，称为直线振动筛。某厂生产的直线振动筛，通过主轴带偏心块作同步反向旋转使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛板做纵向运动，使其上的物料受激振力作用而周期性向上向前抛出一个射程，完成物料的分级筛选[1]。

直线振动筛适用于煤炭脱水、脱泥、脱介和中、细粒级物料分级，是煤矿和洗煤厂广泛使用的重要设备。因工作时间长，使用环境恶劣，环境湿度大，粉尘颗粒多，转速高、温度高，同时有强烈的振动冲击，导致工作负荷大，损坏大。激振器是振动筛的动力装置,是其核心部件,它的好坏直接影响着振动筛的产品质量。工作中激振器经常损坏，返修率较高，制约着产品质量，影响企业的信誉和效益，因此提高激振器的使用寿命至关重要。

1 激振器的结构与损坏原因

1.1 激振器结构

直线振动筛使用4个激振器，两两一组通过传动轴连接，外部通过绕性夹布橡胶片与电机相连。单个激振器、轴承如图1所示，激振器结构爆炸图如图2所示。

图1：激振器及轴承

图2：激振器结构爆炸图

1.2 激振器的损坏原因

激振器工作性质为频率高、振动大，负荷大、温升快、工作温度高，激振器的转速通常在750-1500r/min范围内，轴承的运行温度大约为60～85℃，较高的运行温度直接影响轴承使用寿命。通过一段时间对产品质量的跟踪和激振器的维修发现，产品使用6个月左右就会出现激振器的损坏，返修的激振器中损坏的大多数是轴承，再次更换轴承后使用时间依然如此。因此，如何提高轴承的寿命是迫切需要解决的课题。损坏的轴承照片如图3所示。

图3：损坏的轴承

在激振器装配时所有零部件都经过仔细清洗，不会因杂质造成轴承损坏，除去轴承本身工作性质的原因，其它主要技术原因分析如下。

（1）轴承系列选用不当。激振器轴承工作时内圈承受恒定的离心力，而外圈载荷呈循环脉动变化，负载较大，轴承容易发热膨胀，激振器箱体体积大，受热膨胀速度慢，因此轴承的膨胀量无法得到释放。此时轴承的游隙由正逐渐变为负，在此过程中，摩擦力增大并迅速转变为热，加剧了轴承的受热膨胀速度，同时轴承还承受着很大的高频偏心力矩和高速的旋转，内外滑道、滚动体相互挤压，表面很快出现细小的裂纹，在偏心力矩和高速旋转的作用下，裂纹迅速扩大断裂，形成内外滑道、滚动体表面的点蚀，剥落的碎屑加剧了点蚀的扩大，很快轴承形成了如图3所示的状况，从而轴承失效，激振器损坏停止工作。从现场的反馈来看，轴承部位的温升最快，最高可达95℃。轴承游隙的大小直接影响轴承的使用寿命，轴承的径向工作游隙若过大，油膜难以形成，润滑不充分，产生噪音；若过小，容易造成轴承在运转过程中发热烧毁轴承。由以上的分析得知，选择合适的轴承系列至关重要[2]。

（2）润滑密封结构设计不合理。激振器轴承主要采用脂润滑方式，密封主要采用迷宫密封结构，密封间隙一般为1～2mm，激振器工作过程中，转轴承受着偏心块高速旋转带来的较大径向力，随着激振器内轴承温度的升高，润滑脂黏稠度逐渐降低，由于润滑密封结构设计不合理，激振器主轴高速旋转时，压盖内润滑脂从压盖处不断泄漏，轴承润滑不充分，导致轴承受热产生变形，最终烧损。

（3）轴承与轴承室孔配合选择不当。轴承外径与轴承室孔配合公差是设计时的重点。如果选择较大的过盈配合，会迫使轴承滚道形状产生几何变形，导致轴承运转时产生异常振动；如果选择较大的间隙配合，会使轴承外圈在轴承座孔内产生相对滑动，导致轴承温度急剧升高，造成轴承损坏[3]。

（4）设计时未考虑轴的伸缩量。激振器运行温度一般为60～85℃，由于热胀冷缩引起的轴的伸缩量不可忽视，轴的变形量为

式中：(t2t1)——温差，℃；L——激振器轴的长度，m。

设激振器轴长为0.5m，温差为40℃，轴引起的伸缩量约为0.226mm。此变形量较大，如在设计时未考虑则会导致轴承损坏。

（5）制作与装配工艺。轴承室孔的加工精度较差，筛箱两侧的轴承室不同心，导致轴承装配时施力不均。在冷装配过程中，如对轴承内圈施力不均，会使轴承内圈相对轴产生一定的偏斜量，造成轴承内圈磨损加快；如对轴承外圈施力不均，会使轴承外圈相对轴承孔产生一定的偏斜量，造成轴承外圈磨损加快。另外，成组偏心块质量差别大或成组偏心块安装角度误差大，会引起振源中心颤动，造成轴承发热[4]。

2 采取的措施

针对以上原因，我们采取了以下措施进行改进。

（1）经多次试验，改进后采用单列圆柱滚子轴承NJ2328，圆柱滚子轴承具有较大的径向承载能力，承受极限转速较高，对动静载荷的承载能力强，但对轴承室孔的同轴度要求较高。轴承在选用和安装时，径向工作游隙控制量至关重要，应选用径向游隙在8-50 m之内的轴承。

（2）采用稀油循环润滑方式，改善润滑通道，润滑油循环流动，使轴承得到充分润滑。改进密封结构，一方面防止箱体中的润滑油渗出，另一方面防止空气中的水分和粉尘进入箱体污染润滑油。采用稀油循环润滑，定期更换润滑油脂，首次换润滑油在设备使用150h之后，之后设备每运行1000 h必须更换润滑油，取得了较好的润滑效果。

（3）选择合适的配合公差。由于激振器工作时轴承内圈所受径向力相对激振器偏心力是静止的，设计时轴承内圈往往又被轴向定位，故轴承内圈与轴的配合应采用较松的过渡配合或间隙配合公差。将轴的上偏差调整为0，下偏差调整为-0.04。轴承外圈所受径向力相对于激振器偏心力圆周旋转，为防止外圈滑动，同时确保轴承滚动体在保持架中灵活转动，外圈与轴承座孔的配合采用较紧过渡或稍小的过盈配合公差，将轴承座孔的公差调整为±0.026。考虑整轴的热胀冷缩，轴承压盖与轴承的外圈间隙调整为1.5 mm。

（4）将一端轴承设计为过渡或间隙配合，以便激振器轴在热胀冷缩时可以相对于内圈滑动，避免轴承受到因热胀冷缩而产生的轴向力。

（5）采用加工精度较高的设备进行加工，保证两轴承孔的同心度。用数控镗铣床或加工中心，轴承室内两轴承孔一次加工完成。轴承在装配时须清洗干净,制作专用工装，用压力机压装，使内圈和外圈均匀受压，防止装配过程中，内、外圈受力不均，保证组装到位。调整偏心块质量及角度，使其质量及角度对称一致。在制作偏心块时，保证偏心块为同等材质、密度相同的材料。同时为保证偏心块质心一致，偏心块的几何形状在制作时须严格要求。另外，在安装或调整激振力时，要使同一轴上的偏心块角度一致，平行轴上的偏心块角度对称[5]。

3 结论

振动筛是一种高频运动的振动机械，工作条件恶劣，而激振器是振动筛的动力源、核心部件。我们和技术人员一起反复试验，制定合理的装配工艺，调整了激振器的加工公差、装配间隙、选配了合适的轴承。以上措施经实际应用证明，改进后的振动筛激振器装配可靠、合理、实用、有效。激振器一次装配合格率由原来的60%提高到95%以上，激振器试车温升由原来的35～40℃降到不超过30℃，激振器轴承由原来的使用6个月就出现损坏延迟到1年后才出现损坏，大大的提高了产品质量，延长了维修周期，为厂里节约了成本，赢得了信誉，增加了可观的经济效益。