深沟球(高温、高速深沟球保持架的开发及试验验证（二）)

Posted 2023-06-01

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深沟球(高温、高速深沟球保持架的开发及试验验证（二）)

创新型保持架的仿真分析

保持架各项分析结果如图8-图12所示。

仿真分析得出结论：高速轴承保持架在保证其强度，质心在轴线上的情况下，重量越轻，保持架所受的作用力（主要为离心力）越小；保持架质心离钢球旋转中心平面的距离越大，则受到钢球的作用力和冲击力越大。

随着底弧半径的增大，保持架等效应力呈先减小后增大的趋势，变形量不断增加。底弧的设计改变了保持架刚度，提高了保持架柔性，受载荷冲击时，产生较大变形，使保持架等效应力减小。当底弧半径过大时，保持架柔性增大，但去除材料较多，导致相邻结构壁厚薄弱，保持架等效应力增大。

图8 1#钢球与保持架兜孔碰撞点位置及碰撞力

图9 轴承零件的平均磨损率

图10 保持架受力分析结果

（a）等效应力

（b）变形

图11 有限元应力和变形分析

底弧半径/mm

爪部长度/mm

图12 底弧半径和爪部长度对保持架强度的影响

创新型保持架的试验验证

4.1 高速性能试验

试验参数：

1）试验机：BLT-T高温高速密封轴承试验机

2）轴承型号：6208

3）保持架材料：PA46

4）轴承密封：橡胶密封圈

5）转速：18000r/min

6）载荷：径向1250N，轴向200N

7）环境温度：常温

8）工位轴承：Ⅰ、Ⅳ工位轴承采用传统保持架，Ⅱ、Ⅲ工位轴承采用新型专利保持架。

试验结果：

Ⅰ号工位轴承运行到18000r/min速度段2min后温度报警停机，第二次正常运行，第三次运行到18000r/min速度段28min后温度报警停机。

Ⅳ号工位轴承运行到18000r/min速度段2min后温度报警停机，第二次运行到18000r/min速度段15min后温度报警停机。

Ⅱ、Ⅲ工位轴承在三次运行期间均未出现温度超标报警停机。

试验运行情况如图13所示，由图可知，采用传统保持架的轴承在运行跑合的中期阶段（转速14000～16000r/min），有一时刻温升急剧升高（143℃左右），但未超过145℃报警停机线，且持续时间较短，分析原因为：运行中保持架兜孔与钢球接触，致使保持架兜孔与钢球接触部位的塑料瞬时蠕变导致轴承温度急剧升高，经过多次跑合后，材料性能趋于稳定，瞬时发热现象大为减缓甚至消失。采用新型保持架的轴承未出现温度超标，这与保持架兜孔内工作表面开有油槽有关，油槽发挥了储油和快速散热的功能。

图13 创新型保持架的轴承性能试验曲线1

4.2 高速耐久试验

试验参数：

1）试验机：ABLT-1A高温高速密封轴承试验机

2）轴承型号：6206

3）保持架材料：PA46

4）轴承密封：橡胶密封圈

5）转速：13000r/min

6）载荷：径向3000N，轴向200N

7）环境温度：常温

试验结果：运行近2000h（图14）

图14 创新型保持架的轴承高速耐久试验曲线2

4.3 高温恒高速性能试验

试验参数：

1）BLT-T高温高速密封轴承试验机

2）轴承型号：6207

3）保持架材料：PA46

4）密封方式：铁盖

5）转速：18000r/min

6）载荷：径向1250N，轴向200N;

7）环境温度：100℃

试验运行情况如图15所示，试验连续运行时间为930h。对比试验的SKF同类型铁盖密封轴承仅运行338h（如图16）。

图15 创新型保持架的轴承试验运行曲线2

图16 对比试验的SKF轴承试验运行曲线3

4.4 高温耐久性试验

高温耐久性试验结果见表2，轴承连续运行813h（要求800h）后主动停机，轴承及保持架完好。

表2 6207-2R（4套）轴承的高温耐久性试验结果

图17 高温耐久试验运行曲线4

4.5 高变速性能试验

高变速性能试验结果见表3，连续运行时间3150s（52.5min），10个循环，轴承及保持架完好。

表3 6207-2R（8套）轴承的高变速性能试验结果

图18 高变速性能试验Ⅰ、Ⅳ工位试验轴承温度对比

图19 高变速试验Ⅰ、Ⅳ工位试验轴承振动值对比

4.6 高温极限转速试验

其他参数不变，在环境温度100℃，24000r/min转速下（由于第一版试验机振动剧烈，没有再提高运行转速），连续运行12～24小时不等，运行期间轴承振动值较小，间接表明了新型保持架的效果。

创新型系列保持架产品试验情况

5.1 微型高速轴承保持架

设计的微型轴承保持架结构如图20所示，代表型号695-2RS轴承，采用新设计保持架，在转速为100000r/min（目标转速150000r/min）下，上机两台做寿命试验，双双运行超过500h。

图20 新型微型深沟球轴承保持架

5.2 创新型2020版保持架

创新型2020版高速保持架结构如图7b所示，设计结构特点：1) 在2018版高速保持架的基础上，考虑到高速高温运转时，爪口外径涨大抬起，该爪扣设计成类凹台形；2) 爪口外径部位凹台与兜底外径部位为斜坡过渡，抗冲击能力更强；3) 每个兜孔间连接筋板轴向开窗口，更有利于润滑脂在轴承两侧的穿行和内部温度场的均匀。

2020版保持架通过试验验证得出：1）与2018版保持架相比，轴承振动值降低2～3dB；2）在最新版高温高速密封性能试验机上运行时间超过2018版保持架100多小时（使用同样一款润滑脂）（转速：18300r/min,载荷：1250N，环境温度：100℃）。

应用情况

设计的新型高速深沟球轴承目前已进行了超过4万小时的高速试验和验证，主机客户台架试验也表明，新设计高速保持架具有高速运行稳定，振动较低，抗冲击，可靠性高等特点，具有良好的高速高温运行性能，后续将进一步的进行试验验证和应用分析。