考慮內(nèi)外圈不同配合精度對軸承溫升的影響研究

時 永，鞏嘉貝，朱會娟

（1.安徽星瑞齒輪傳動有限公司，安徽 237000；2.天津工業(yè)大學 機械工程學院，天津 300387；3.清華大學天津高端裝備研究院，天津 300300）

0 引言

軸承作為傳動系統(tǒng)中關鍵的一環(huán)，在傳動過程中，起著承受力以及傳遞運動的重要作用。軸承的工作狀態(tài)直接影響著整個傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，軸承的溫升就是其中的一項重要指標，溫度過高則導致軸承失效，對整個傳動系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。軸承的配合精度與軸承溫升有著密不可分的聯(lián)系。因此，研究不同配合精度對軸承溫升的影響十分必要。

目前，國內(nèi)外一些學者都對軸承溫升，配合等問題做了相關研究。 Randall，Peng，ZK 等學者[1～4]主要研究了不同種軸承的多種故障損傷檢測方法，并優(yōu)化了檢測算法。常斌全，鄭衍通等[5～8]主要研究了軸承工作狀態(tài)下的熱力學特性及軸承的溫升問題。余方勤，姚建濤，潘社衛(wèi)等[9～12]主要研究了軸承的配合量對軸承性能影響和承載能力額影響。黃亞明，常斌全等主要研究了軸承損傷、潤滑粘度、配合公差等因素對系統(tǒng)動力學的影響。

軸承作為傳動系統(tǒng)中的關聯(lián)零部件，應用領域廣泛。為了更好的推進基礎零部件的不斷發(fā)展，推動整個傳動領域的優(yōu)化升級，本文主要研究了在傳動過程中，軸承在多因素影響下的工作狀態(tài)，以實驗的方法研究了軸承的溫升問題，對提高軸承的使用效率及傳動系統(tǒng)的性能有著極其重要的戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實意義。

1 配合精度對軸承溫升的影響

1.1 試驗總體參數(shù)分析

對被測試軸承進行幾何精度和空載摩擦扭矩測量，并進行記錄；對工藝軸和工藝孔進行測量，計算軸承內(nèi)圈和外圈的實際配合狀態(tài)，并進行記錄；制定軸承內(nèi)外圈裝配工藝，并記錄；試驗時，先穩(wěn)定某一扭矩，調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速，記錄下不同轉(zhuǎn)速下的平衡溫度或者溫升狀態(tài)；在調(diào)整至另一扭矩，調(diào)整不同轉(zhuǎn)速，記錄不同轉(zhuǎn)速下的平衡溫度或溫升狀態(tài)；轉(zhuǎn)速和扭矩的采樣點根據(jù)軸承的規(guī)格和試驗目的，有試驗人員制定，保證足夠多的采樣點，為提高試驗效率，可將采樣點集中在常見轉(zhuǎn)速和扭矩附近。所用試驗參數(shù)如表1所示。

將試驗所得數(shù)據(jù)分析如下：

表1 試驗參數(shù)表Tab.1 Test parameter table

（1）由圖1可得，編號51和52的軸承在3000rpm階段并未達到熱平衡，因此這兩組數(shù)據(jù)無效。

圖1 A組試驗原始溫升曲線Fig.1 Group A test original temperature rise curve

圖2 B組試驗原始溫升曲線Fig.2 Group B test original temperature rise curve

圖3 C組試驗原始溫升曲線Fig.3 Original temperature rise curve of Group C test

圖4 D組試驗原始溫升曲線Fig.4 Original temperature rise curve of group D test

圖5 E組試驗原始溫升曲線Fig.5 Original temperature rise curve of Group E test

圖6 F組試驗原始溫升曲線Fig.6 F group test original temperature rise curve

（2）由圖2可得，5套軸承的溫升數(shù)據(jù)在高轉(zhuǎn)速段的溫升數(shù)據(jù)分散性很大，分析其原因可能是，81#82#為本組試驗中初次裝配的軸承，內(nèi)圈實際過盈量大于其它幾組軸承，這個從1000rpm轉(zhuǎn)速段的曲線中81#82#軸承急速升溫可以看出，建議去除。

（3）由圖3可得，編號58和59的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，分析其原因可能是，81#82#為本組試驗中初次裝配的軸承，內(nèi)圈實際過盈量大于其它幾組軸承，建議去除。

（4）由圖4可得，編號93、94和 95的軸承初始升偏高，經(jīng)分析是由于初始油溫過高引起的，但編號91和92的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，建議去除。

（5）由圖5、6可得，編號88和89與編號77和78的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，建議去除。

（6）處理后各組的溫升曲線（均值）如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)處理后各組數(shù)據(jù)均值的溫升曲線Fig.7 Temperature rise curve of the mean value of each group after data processing

1.2 內(nèi)圈配合狀態(tài)一定時不同外圈配合狀態(tài)下熱平衡研究

A、B、C 三組數(shù)據(jù)，見圖8。D、E、F三組數(shù)據(jù)，見圖9。

從圖8可以看出：在軸承內(nèi)圈過盈0.005mm的狀態(tài)下，隨著軸承外圈間隙增大（0～0.02mm），軸承的平衡溫度先降低在升高；從趨勢線（圖中虛線）可以看出，在高速狀態(tài)下間隙量對軸承平衡溫度的影響更為敏感；對于試驗軸承，內(nèi)圈過盈0.005mm時，外圈保持0.01mm間隙平衡溫度最低，狀態(tài)最佳。

圖8 軸承外圈配合對熱平衡的影響Fig.8 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

從圖9可以看出：軸承內(nèi)圈過盈量為0.014mm的情況下，軸承外圈的松緊對軸承運行的平衡溫度影響并不明顯；低轉(zhuǎn)速時，隨著外圈間隙增大，平衡溫度略有降低，高轉(zhuǎn)速時，隨著外圈間隙增大，平衡溫度略有升高；對于試驗軸承，內(nèi)圈過盈0.014mm時，外圈保持0.005mm過盈量，平衡溫度最低，狀態(tài)最佳。

對比圖8和圖9可以看出：軸承內(nèi)圈過盈量較小時，外圈松緊對軸承平衡溫度的影響較為明顯；軸承內(nèi)圈過盈量較大時，外圈松緊對軸承平衡溫度無顯著影響。

1.3 外圈配合狀態(tài)一定時不同內(nèi)圈配合下熱平衡研究

B、E兩組數(shù)據(jù)，見圖10。C、F兩組數(shù)據(jù)，見圖11。

從圖10可以看出：軸承外圈間隙量為0.007mm的情況下，軸承內(nèi)圈的越緊，軸承運行的平衡溫度越高；在1000～3000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過盈0.005m到過盈0.018mm，軸承運行的平衡溫度升高的趨勢逐漸變大。

從圖11可以看出：軸承外圈間隙量約為0.02mm的情況下，在1000～3000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過盈0.005m到過盈0.018mm，軸承運行的平衡溫度升高，且升高的趨勢逐漸變大；在3000～5000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過盈0.005m到過盈0.018mm，軸承運行的平衡溫度升高幅度逐漸減小，在大約4400rpm時，隨著轉(zhuǎn)速升高，反而平衡溫度逐漸降低。

圖9 軸承外圈配合對熱平衡的影響Fig.9 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

圖10 軸承外圈配合對熱平衡的影響Fig.10 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

圖11 軸承外圈配合對熱平衡的影響Fig.11 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

對比圖10、圖11可以看出：外圈間隙為0.007mm時，內(nèi)圈過盈量變化對平衡溫度影響較為顯著，且具有比較清晰的規(guī)律；外圈間隙為0.02mm時，內(nèi)圈過盈量變化對平衡溫度影響較不顯著，且無明細的規(guī)律；對于被測試軸承，建議外圈有一定間隙，但間隙不宜過大，0.01mm比較理想。

2 結(jié)論

（1）對于被試軸承，內(nèi)圈采用過盈配合，外圈采用間隙配合較為合適。

（2）在 0～6000rpm 范圍內(nèi)，隨著內(nèi)圈過盈量增加（0.005～0.02mm），平衡溫度整體呈上升趨勢。

（3）在 0～6000rpm 范圍內(nèi)，隨著外圈間隙量增加（0～0.02mm），平衡溫度整體呈先下降后上升的趨勢，約0.01mm的間隙量為最佳值。

（4）在0～6000rpm范圍內(nèi)，隨著內(nèi)圈過盈量增加，外圈間隙量對平衡溫度的影響減小。