環模制粒機轉子軸承公差配合的分析和計算

閔杭臨，黃淑琴

（1.泰州海鋒機械制造有限公司；2.泰州職業技術學院 機電技術學院，江蘇 泰州 225300）

環模制粒機轉子軸承公差配合的分析和計算

閔杭臨1，黃淑琴2

（1.泰州海鋒機械制造有限公司；2.泰州職業技術學院 機電技術學院，江蘇 泰州 225300）

環模制粒機轉子軸承公差配合的合理選擇對防止軸承發熱，提高軸承壽命具有非常重要的作用。根據理論分析和實際使用經驗，提出軸承內圈與軸頸的配合選擇j6，軸承外圈與外殼孔的配合選擇H7。

環模制粒機；轉子軸承；公差配合

環模制粒機廣泛應用于飼料、制藥、新能源等技術領域，它是將含水量不大于15%的配合粉料經過攪拌、調質，然后經過壓制，制成顆粒狀的料擠出機外的一種設備，主要由喂料、攪拌、制粒、傳動及潤滑系統等組成。

綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式[1]，環模制粒機轉子軸承公差配合正是基于這一理念而設計的。環模制粒機工作條件惡劣，在使用過程中其轉子軸承會出現溫升過高、軸承磨損嚴重和壽命短等現象[2]。根據使用經驗，其與軸和外殼孔的配合對機器的正常運行有重要作用。

圖1所示為環模制粒機的轉子組件，其中，主軸靜止，轉子在動力作用下旋轉，轉動載荷作用在軸承外圈[2]。經測試和分析，環模制粒機轉子軸承在重載荷作用下，其工作溫度甚至高達60℃～80℃，導致公差配合關系發生變化，所以在選取公差配合時必須考慮軸承溫升的影響。

圖1 環模制粒機的轉子組件

下面以某型號的環模制粒機為例進行計算，軸承型號為SKF23022CC，內圈直徑d=110mm，軸承內圈內徑的單一平面平均直徑公差Tn= 0.020mm，外圈直徑D=170mm，軸承外圈外徑的單一平面平均直徑公差Tw=0.025mm。

1 軸承內圈與軸頸公差配合的選擇

當轉子軸承工作溫度達到60℃以上，軸承內圈受熱膨脹，與主軸軸頸的配合間隙變大，使常溫下的過渡配合變成間隙配合，導致軸頸在軸承內圈內滑動，降低旋轉精度。建議內圈與軸頸的配合采用在高溫時最小間隙大于或等于零的過渡配合為宜。

[3]式中α—軸承鋼的線膨脹系數，可取α=11.2×10-6/℃；d—軸承內圈公稱直徑，d=110mm；Δt1—軸承內圈與軸頸的溫度差，近似取Δt1=40℃。代入計算得en=11.2×10-6×110×40=0.049mm。

如圖2所示，軸承內圈的上偏差ES=0，下偏差EI=-0.020，當軸承溫度升高后，軸承內圈與軸頸之間的配合轉化為間隙配合。

圖2 內圈與軸頸配合公差帶圖

此時最小間隙Xmin=EI’-es=en-Tn-es=0.049-0.020-es≥0

由此得，es≤+0.029；選軸頸標準公差等級為IT6，則下偏差ei=0.029-0.022=+0.007，查表選取與其相近的公差代號，選j6，則es=+0.013，ei=-0.009[4]。

此時最大間隙為Xmax=ES’-ei=0.049-(-0.009)= 0.058mm[4]選擇j6，軸頸與內圈在常溫時的配合為較大間隙的過渡配合，便于安裝，高溫時雖然轉變為間隙配合，由于主軸靜止，內圈與主軸之間也不會產生相對滑動。另外，在高溫時主軸也會有膨脹，實際間隙要小于計算值。

2 軸承外圈與外殼孔公差配合的選擇

環模制粒機轉子在動力作用下旋轉，轉動載荷作用在軸承外圈，在這種受力形式下，軸承外圈應采用過渡配合，但隨著軸承工作溫度的升高，軸承外圈和外殼孔都要受熱膨脹，從而改變配合關系。由于材料不同，其膨脹系數不同，轉子體通常用鑄鐵制作，其線膨脹系數略小于軸承鋼，又軸承外圈為薄壁圓筒，容易受熱膨脹，而轉子體壁厚遠大于軸承外圈，為了簡化計算，其膨脹量忽略不計。考慮軸承外圈的受熱膨脹，其配合關系轉化為過盈配合，會導致外圈產生很大的內應力。其滾動體又受交變應力的作用，聯合作用的結果使軸承外圈加速損壞，所以在選擇軸承外圈配合時，必須考慮到它的膨脹量，過盈量不宜過大[3]。但常溫時配合不緊，又會產生振動和噪聲，影響旋轉精度。一般以選擇常溫時最小間隙等于零的間隙配合為宜，即殼體孔的公差代號為H7。

圖3 外圈與外殼孔配合公差帶圖

如圖3所示，當軸承處于常溫時，外圈與外殼孔的配合為間隙配合，當溫度升高后，外圈受熱膨脹，此時外圈公差處于虛線位置，與外殼孔的配合轉化為過盈配合，下面分別計算高溫時的最大和最小過盈量。

當D=170mm時，Th=0.040mm時，選外殼孔公差代號為H7，其上偏差ES=+0.040 mm，下偏差EI=0。[4]

當溫度升高后，其外圈膨脹量ew=αDΔt2[3]式中，D—軸承外圈直徑；

Δt2--外圈相對于軸承座孔的溫度差，這里取Δt2=40℃。

代入計算得ew=11.2×10-6×170×40=0.076mm

由于沒有計算轉子體的膨脹量，所以實際的過盈量要小于計算值。

3 結語

由于環模制粒機工作溫度較高，在選擇軸承的公差配合時，必須考慮溫度變形的影響。滾動軸承內、外圈的配合選取對環模制粒機轉子軸承的正常運行有很重要的作用，根據軸承的承載情況，溫升引起的軸承內、外圈膨脹量對軸承運轉的影響，建議選取軸承外圈與外殼孔的配合為H7，軸承內圈與軸頸的配合為j6。

[1]劉瑞索，郭蘭中，王陽，等.綠色設計和綠色制造是機械行業的發展趨勢[J].機械制造與自動化，2001，（4）：8-9.

[2]桑廣偉，苗健.對環模制粒機軸承的分析[J].飼料工業，2009，（3）：4-5.

[3]李正峰.沖擊式破碎機轉子軸承公差配合及游隙的合理選擇[J].煤礦機械，2007，（9）：12-14.

[4]陳于萍，高曉康.互換性與測量技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

（責任編輯 劉 紅）

Analysis and Calculation of Rotor Bearing Tolerances on the Ring Die Granulator

MIN Hang--lin11，HUANG Shu--qin22

(1.Taizhou Haifeng Machinery Manufacturing Co.,Ltd.；2.Taizhou Polytechnic College,Taizhou Jiangsu 225300,China)

Reasonable choice to tolerance of rotor bearing of ring die granulator is very important to avoid overheat of bearing and prolong the life of bearing.According to the theoretical analysis and practical experience,tolerances and fits of the bearing inner ring and journal can select j6,tolerances and fits of bearing outer ring and housing bore can select H7.

ring die granulator；rotor bearing；tolerances and fits

S817.12+4

：A

：1671-0142（2014）03-0047-02

閔杭臨(1960-)，男，江蘇泰州人，工程師.

泰州市科技支撐計劃項目（TG201219、TG201316）.