多孔含油保持架真空浸油裝置

馬德鋒，李副來

(洛陽軸研精密機械有限公司，河南 洛陽 471039)

酚醛膠木、聚酰亞胺等非金屬多孔材料保持架是精密軸承的重要運動部件，含油率是其重要性能指標之一，關系到整套軸承的使用壽命[1]。因此，含油保持架在裝配前需要在真空狀態下進行烘烤與浸油處理，使保持架材料充分浸油。

目前多孔含油保持架真空浸油方法為：首先在真空箱中對保持架進行真空烘烤，去除保持架中的水分，然后打開真空箱的艙門，將保持架放入油中進行真空浸油操作。此方法會造成真空環境的破壞和烘烤溫度的變化，影響保持架真空浸油質量。在研究多孔含油保持架真空浸油工藝過程的基礎上，設計了一套真空浸油裝置，該設備可在保證真空度和溫度不變的情況下，實現含油保持架的連續烘烤和浸油。

1 主要功能和性能指標

1.1 主要功能

(1)確保浸油裝置內真空度始終為1～10 Pa，溫度控制在20～120 ℃，且連續可調, 數字顯示，并具有過熱報警功能；

(2)實現多孔材料工件和潤滑油的真空烘烤，兩者單獨存放，連續烘烤和浸泡時間不少于12 h；

(3)在不需打開真空室艙門(不破壞真空環境)條件下，完成工件浸入潤滑油中的動作，且潤滑油不飛濺、不溢出，工件不灑落。

1.2 性能指標

(1)真空烘箱和真空泵單獨放置，烘箱內部可用空間為Φ300 mm×200 mm；

(2)控溫精度：±3 ℃；

(3)保證真空度：≤10 Pa；

(4)一次可注入潤滑油量不少于500 mL；

(5)可烘干工件的最大直徑為150 mm，最大高度為120 mm；

(6)長期穩定連續工作時間不短于7天；

(7)浸油設備運行的噪聲低于60 dB。

2 結構設計

真空浸油裝置主要由真空系統、升降機構、溫度控制系統和控制面板組成，如圖1所示。

1—保溫材料；2—工件箱；3—加熱器；4—儲油器；5—真空箱；6—密封波紋管；7—導向桿；8—氣嘴；9—液壓頂桿；10—機架；11—真空泵；12—電控箱；13—溫度傳感器；14—真空傳感器

工作過程為：首先把保持架放入工件箱內，潤滑油注入儲油器內，然后關閉真空箱艙門，啟動真空泵對真空箱進行抽真空。加熱器對真空箱進行加熱，通過真空傳感器和溫度傳感器實時監控真空度和溫度，當真空箱內真空度和溫度達到設定要求后開始計時。烘烤達到設定時間后，通過手動按鈕控制液壓頂桿上升推動密封波紋管上升，通過密封波紋管中的導向桿推動儲油器上升，使工件完全浸入潤滑油中。待浸油時間達到設定時間后，通過手動按鈕控制液壓頂桿下降，把儲油器下降到原來位置，浸油過程結束。

2.1 真空系統

真空系統主要由真空箱和真空泵組成。

真空箱內腔采用SUS304(國內牌號0Cr18Ni9)不銹鋼板焊接而成，外殼由優質冷軋鋼板制成，其間填充保溫材料，形成大約20 mm厚的可靠保溫層。箱體與箱門的密封為耐高溫硅橡膠壓條，密封性能優良，并在箱門上留有透明觀察窗，箱體內部有照明設施，可以保證從真空箱外部觀察到內部的情況。

真空箱采用圓形結構，使空間得到充分利用，在滿足設備空間尺寸的前提下，盡可能地縮小真空箱內的空間體積，通過真空泵連續運轉，實現真空腔的真空度要求。真空泵連續工作時，需要定期檢查真空泵內機油的液位。

真空泵選用旋片式真空泵，其極限真空度為0.067 Pa，完全滿足真空烘箱的真空度要求。真空泵置于裝置旁邊，便于維護。

真空泵和真空箱之間用波紋管和卡箍進行連接，連接時必須墊上密封圈。

2.2 升降機構

為了實現保持架與儲油器之間的相對運動，需要設計一套升降機構[2]。浸油裝置采用在真空箱底部增加一套波紋管密封的液壓頂桿運動系統來實現保持架浸油動作的控制。液壓頂桿的運動桿上安裝一套用波紋管密封的精密運動副把運動動作傳遞到真空烘箱內部，推動油杯上下運動，滿足設備升降需要。為了保證浸入過程中不濺油，需控制液壓頂桿的運動速度，保證運動緩慢平穩。

根據設備要求浸油的保持架最大高度為120 mm，因此運動行程設計為130 mm，保證保持架能夠完全浸入油中，升降機構結構如圖2所示。

1—運動桿；2—密封套；3—真空烘箱；4—O形密封圈；5—密封波紋管；6—液壓頂桿；7—底座

考慮到升降機構運動比較緩慢，運動頻率低，行程也不大，因此選用密封波紋管實現升降機構的動態密封。通過波紋管的軸向壓縮變形實現機構的升降運動，由波紋管中的運動桿保證升降運動的精確度，防止波紋管變形傾斜。運動桿與波紋管通過凸緣連接，運動桿凸緣與波紋管凸緣之間采用O形圈密封，液壓頂桿與運動桿凸緣采用柔性連接，避免運動桿和液壓頂桿之間的運動相互干涉。這樣就把動態密封轉化為了運動桿凸緣和波紋管凸緣之間的靜態密封，滿足了真空烘箱與升降機構之間的密封要求，保證了真空烘箱中的真空度。

密封波紋管選用1Cr18Ni9TiG不銹鋼材料，該波紋管具有很高的彎曲疲勞強度和耐蝕性，焊接性能良好。由于升降機構升降完畢后，基本上處于靜態工作狀態，能使波紋管保持較長的壽命。

2.3 溫度控制系統

在真空腔底部和兩側布置鎳絡絲加熱器，對真空箱進行加熱，由溫度傳感器和控制電路形成閉環控制，實現溫度的PID調節。溫度傳感器選用Pt100型熱電阻傳感器，型號為WZP-280，其測溫范圍為-200～450 ℃。

當真空烘箱處于真空狀態時，無空氣對流，因此真空烘箱中會產生溫度不均勻現象，為了保證溫度傳感器測試的溫度真實反應工作的溫度，溫度傳感器需要放置在合適的位置。由于本裝置中工件的高度固定，因此溫度傳感器放置的高度與烘烤工件的高度基本保持一致，就可以保證溫度傳感器測試的溫度與工件的溫度基本一致。

2.4 控制面板

控制面板有計時器、溫控表、真空計和操作按鈕組成。

計時器用來設定和顯示工件烘干和浸油時間；溫控表用來設定和顯示工件烘干和浸油時的溫度，并對真空烘箱的溫度進行PID調解控制；真空計用來顯示真空烘箱中的真空度；操作按鈕用來實現對整臺裝置的控制。

3 注意事項

(1)如果保持架中的含水量很大，可先單獨對保持架進行烘烤去水操作，避免在加入潤滑油的情況下，影響保持架的烘干效果。

(2)抽真空的過程中，如果出現潤滑油以泡沫形式外溢，應停止抽真空，待泡沫消除后，繼續抽真空。

(3)加熱速率不易過快，建議采用階梯加熱，即先加熱到一定溫度，然后保持一段時間再繼續加熱。

(4)浸油結束后，用戶可以根據實際情況(保持架工作條件，油的顏色、黏度等)更換潤滑油，并及時擦洗真空箱腔壁。

4 結束語

真空浸油裝置在保證真空度和溫度不變的情況下，實現了多孔含油保持架的烘烤和浸油。該裝置在油浸環境中工作，使用可靠，便于維修，運行平穩。通過測試，本裝置的各項技術性能達到了設計指標，其主要性能指標溫控精度達到±1.8 ℃，極限真空度達到2 Pa左右。