轴瓦刮研

低速、重载向心滑动轴承轴瓦面的刮研滑动轴承分液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。过去往往认为象水泥生产机械中的回转窑和球磨机等这些低速、重载设备的向心滑动轴承难于形成完全的液体润滑，而是处于混合润滑状态中，属于非液体摩擦轴承。根据摩擦学的理论，混合摩擦和液体摩擦可用膜厚比λ值的大小来大致区分：λ=hmin/RaΣ式中：hmin—两粗糙面间的最小油膜厚度；RaΣ—两表面的综合粗糙度，RaΣ=2a22a1RR，μm；Ra1、Ra2—分别为两表面的轮廓算术平均偏差，μm。当λ0.4时为边界摩擦，载荷完全由微凸体承担；当0.4≤λ≤3.0时为混合摩擦，载荷由微凸体与油膜共同承担，油膜承担载荷的比例随λ值的增大而增大，在λ=1时，油膜所承担的载荷可达到70%；当λ3～5后则为液体摩擦。低速、重载滑动轴承轴颈表面粗糙度Ra1一般为0.8μm；轴瓦经过较认真的刮削后，其表面粗糙度可认为达到5以上，Ra2=3.2μm，适当跑合后光洁度还要更高些。虽然刮削后的轴瓦表面不平度和表面形状误差还较大，但由于轴瓦材料是白合金或青铜，对轴颈有着良好的适应性，可以不考虑它们的影响。于是，综合粗糙度RaΣ=222.38.0=3.3(μm)如果最小油膜厚度能达到0.01～0.02mm，膜厚比λ就会大于3～5，形成液体润滑。不论是要建立液体润滑还是混合润滑都要使轴承滑动表面间形成动压油膜。为形成流体动压润滑，应当把轴承合金瓦或铜瓦面刮研成一略大于轴颈的圆柱体，使两表面间自然形成一弯曲的楔形空间，这是我们研刮向心滑动轴承轴瓦的主要目的和任务。(1)轴瓦面形状研刮低速、重载轴承的轴瓦通常是180°或120°瓦。把已研刮好球面瓦背的轴瓦倒扣在轴颈上进行对研。对研时，沿着圆周方向来回运动轴瓦，幅度要大；刮削时，着重刮削在宽度上不对称的接触斑点。这样容易得到所有母线(轴瓦两侧舌形下油槽处除外)在全瓦宽上均匀、对称的接触斑点，使瓦面成为较光滑且准确的半圆柱面。该半圆柱形瓦并非与轴颈密切共曲，其直径要略大于轴颈直径，因为虽然这时候的轴瓦与轴颈为线接触，但大幅度的周向对研使轴瓦的各条母线都有机会与轴颈上部接触，形成大接触角的假象。如果我们把轴瓦扣在轴颈上作少量(轴瓦与轴颈台肩间一般有20mm左右的间隙)的轴向对研，就可以发现它们是线接触的，这一点也可以从轴颈上的研磨痕迹看出。规范上要求接触角为60°～90°，这易使人产生轴瓦在此接触角内与轴颈密切共曲的错误观念，实践证明，接触角的大小与轴瓦在轴颈上周向运动的幅度大小有关：对研幅度大则接触角显得大；对研幅度小则显得小。如果不论对研幅度的大小而接触角大小不变，那轴瓦在此接触角内就真的与轴颈密切共曲了，这样的轴承无法建立起动压油膜，只能靠润滑油的油性和极压性使之处于边界润滑状态中，往往在试车阶段就会发生烧瓦的现象，而且在重新修刮该瓦时很容易又刮成密切共曲，造成一烧再烧。(2)检测半径间隙对这种低速、重载轴承，教科书或规范上规定半径间隙c=(0.00075~0.0015)D，D为轴颈直径。为保证这种轴承在动压润滑条件下较为安全地运转，轴承特性数2mP应尽量取小值以得到尽量大些的最小油膜厚度hmin，增大膜厚比λ值。相对间隙(=2c/D)的平方与轴承特性数的大小成正比，它对轴承特性数值影响很大。平均压强Pm、运转角速度是设备的工作要求，不可更改。润滑油的牌号(为润滑油的动力粘度)一般也已经由厂家或设计单位选定好。因此，我们可以在规范要求范围内选取一较小的相对间隙值以获得小的轴承特性数值。现在就以某水泥厂一回转窑的轴承为例来计算一下动压油膜的厚度，并分析说明半径间隙值对轴承润滑状态的影响。该回转窑的轴瓦均为180°铜衬瓦，轴颈直径为φ360mm，瓦宽B=510mm，轴颈转速n=2.38～13.09rpm，载荷Q=100吨，润滑油用中负荷工业齿轮油N680。把Pm=BDQ=54.47(2cmkgf)、=602n=0.25～1.37(s1)、润滑油的动力粘度(取平均温度tm=50℃)=6.12×10-6(2cmskgf)、=0.0015(c=0.00075D=0.27mm)代入轴承特性数表达式中，得到2mP=80～14.62。由该轴承特性数值及宽径比DB=1.42，从有关技术手册上查得相对偏心率χ=0.985～0.935。于是，最小油膜厚度hmin=c(1－χ)=0.0041～0.0176mm，从而得到膜厚比λ=1.2～5.3。经过热平衡验算(在全速时)表明平均温度取tm=50℃是合适的，所以相对间隙取0.0015是可行的。回转窑在全速运转时膜厚比超过5，c处于完全的液体润滑状态中；在低速运转时膜厚比也超过了1，油膜所承担的载荷在70%以上。如果该回转窑在较高转速条件下正常生产，预计其轴承的寿命是很长的，有资料上说：发现许多回转窑轴承运转了15年以上而没有任何明显的磨损。如果相对间隙在规范要求范围内取较大的值，如´=0.002(c=0.001D=0.36mm)、=0.003(c=0.0015D=0.54mm)，经过同样的计算可以得到膜厚比λ´≈0.5～4.3，λ≈0～3.3。这些计算结果说明，当半径间隙c取(0.00075～0.001)D时具有较大的膜厚比，较高速运转条件下能形成液体润滑，低速时，动压油膜能承担相当的载荷；当半径间隙c取(0.001～0.002)D时，即使高速运转也较难形成完全的液体润滑，低速运转则会处于边界摩擦状态中。考虑到热态时轴颈与轴瓦的温差会使半径间隙值略微减小，在安装该回转窑轴承时，我们实际取半径间隙c在(0.0008～0.001)D范围内，实践证明，效果是较好的：试生产过程中各个轴承的运行温度值都较小(最高一个轴承温度仅为47℃)。与回转窑相比，球磨机轴承的转速要比回转窑的来得大、平均压强小得多，但其宽径比也小得多。所以球磨机轴承的半径间隙数值也应当在满足热平衡前提下尽量取小些。定好半径间隙要求值后，就可以对轴瓦进行间隙检测。轴瓦与轴颈各处的要求间隙值§可由下列近似公式计算：§=c(1－cos)c§由于轴瓦两侧处(=90°处)的半径间隙常常在出厂时就已经被人为地修刮大，测量时可以以=60°处的间隙值§60(§60=c/2)为准，这样能得到较为真实的数据。对于直径较大的轴承，可能塞尺还够不着=60°处，这时可依据上式进行换算，以§75、§80等等为准均可。对于120°轴承则以§45、§50等为准。若测得的半径间隙数值偏小了，可按下式进行修刮深度的计算：=(1－cos)。若偏大了，理论上轴瓦底部应刮去约(D－)深才符合要求，但该修刮量太大。实际操作时，我们一般只在120°角内修刮轴瓦，修刮量的计算按下式：=(2cos－1)。严格讲，如此修刮过的轴瓦已变成120°瓦，对轴承的承载能力有一定的影响。但包角超过120°后若要再加大，修刮深度值就会急剧上升，难以操作。轴瓦刮研一般先形状后大小，但在刮研形状时应即时检查其大小是否合格，以便及早处理。总之，低速、重载向心滑动轴承是能够建立起液体润滑的，轴瓦研刮过程中应贯彻设计意图，保证轴承的使用寿命。本文论述的虽是低速、重载轴承的轴瓦研刮，其实高速或轻载轴承刮瓦的原理和方法与之相同。主要参考资料：(1)《机械工程手册》，机械工业出版社，1982年(2)《机械设备安装手册》，沈从周主编，中国建筑工业出版社，1983年(3)《机械设计手册》，化学工业出版社，1987年(4)《机械设计》，濮良贵主编，高等教育出版社，1988年(5)《轴承系统—理论和实践》福建省工业设备安装有限公司陈吉杉