機運設備與調心滾子軸承的結合優化

柳偉 曲茂緒 何鳳麟

摘? 要：通過對機運設備現場損壞的研究，闡述了機運設備軸承安裝、運行、使用方案，介紹了通過優化軸承及安裝結構來提高設備的使用壽命。

關鍵詞：調心滾子軸承;外球面球軸承;雙鏈;帶式升降機;剪式升降機

中圖分類號：TH133.33? ?文獻標識碼：A

0 引言

機運設備是多用于搬移、升降、短距離輸送物料的機械設備。例如整車生產線的主要設備：懸擺鏈、噴房雙鏈、帶式升降機、剪式升降機等。

機運設備的優點結構簡單牢固，作業穩定，易于維修保養，操作靈活方便，安全可靠，能最大程度地發揮其工作能力。缺點：故障頻繁，極大的影響設備開動率，影響產能。為減少機運設備故障率，可以對一些重要機運設備進行優化改進。

1 軸承簡介

軸承的功用是支承軸及軸上零件，保持軸的旋轉精度，減少軸與支承之間的摩擦和磨損來保證現場設備的正常運轉。根據軸承的接觸、摩擦性質來分類，分為滑動軸承和滾動軸承。（本文不分析滑動摩擦軸承）

滾動軸承的結構有外圈、內圈、滾動體及保持架組合而成。內圈與工作軸徑裝配，外圈與工作機座或配合工作零件的軸承內孔裝配。一般工作情況下，外圈不動，內圈與軸一起轉動。當內圈相對于外圈旋轉時，滾動體沿著滾道滾動。保持架的作用是使滾動體在滾道上均勻的分布，以減少或避免滾動體相互之間的磨損、碰撞。

滾動軸承是通用零件，也是機械、運輸設備上最常見的必不可少的零部件之一，軸承自身性能與工作場地環境的好壞直接影響到與之配合零部件乃至整臺機器設備的性能。根據相關數據的分析，在機械、運輸設備上中，約有30%及以上的故障是由軸承因素引起的。因此，軸承零件的結構、型號及其功能的選用極為重要，對于設備維修成本的降低，設備保養維修周期的延長，工廠降本增效，設備能夠長期的安全的穩定的工作和運行，均起到關鍵性的作用。

2 外球面球軸承

外球面球軸承就是球軸承的一種，內部滾動體、保持架與滾動軸承基本一致，軸承的外圈結構稍有變化（如圖1所示）。

外球面球軸承的外圈外表面為外凸圓弧形結構，與之相配合的軸承座內表面為凹球面圓弧形結構，這樣軸承與軸承座安裝后可以形成任意方向一定角度的夾角，軸承就具備了調心功能。從而達到補償其它機械零部件的制造精度而帶來的影響。

該軸承按照與軸的安裝方式來分為三大類：（1）帶頂絲外球面球軸承;（2）帶錐度外球面球軸承;（3）帶偏心套外球面球軸承。

這種結構的帶偏心套外球面球軸承被廣泛的應用到機運設備的噴房雙鏈、移行機、鏈式移行機、升降滾床、剪式升降機、帶式升降機的驅動軸承。

帶座外球面球軸承的內孔，采用“+”公差，就是內加外減，及軸承的內圈與軸頸采用間隙配合（對緊定套例外），通過內圈上一側的頂絲、偏心套或緊定套，把軸承固定在軸上，大大降低了軸承的更換時間，還降低了對軸的加工精度要求。與其它軸承安裝相比，價格低廉、自動調心、快速拆裝，特別適用于對停機要求嚴格的自動化流水線制作精度不高的非標設備。對于現場維護人員來說，不需要特別高的技能，簡單培訓就能上崗。

滾動軸承的疲勞壽命，可以利用下列計算公式求出：

3 雙列調心滾子軸承

雙列調心滾子軸承是在有二條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間，組裝著鼓形滾子的軸承（如圖2所示）。

調心滾子軸承是外圈的內表面與內圈的外表面之間有兩列滾道，外圈內表面、內圈的外表面的滾道為球面，滾動體由球形改為鼓形的軸承。外圈球面中心與軸承中心一致，這樣軸承的內圈與外圈就可以形成任意方向一定角度的夾角，軸承就具備了調心功能。這樣軸承就具備了調心功能，從而補償機械零部件之間的制造和安裝誤差。

雙列調心滾子軸承由于滾動體由球形改為鼓形和采用兩條滾道，這樣就增加了滾動體的接觸面積，由球軸承的線接觸變成現在的面接觸，故而軸承的承載力成倍增加，該軸承主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或沖擊載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。

滾動軸承的疲勞壽命，可以利用下列計算公式求出。

4 外球面球軸承使用狀態跟蹤

據實際跟蹤統計，某生產車間機運設備帶式升降機、剪式升降機、噴房雙鏈重載機運設備均采用外球面球軸承。現場設備驅動軸承損壞頻繁。（如表1圖3所示）

5 雙列調心滾子軸承使用狀態跟蹤

該雙列調心滾子軸承可以承受徑向重負荷和沖擊負荷，也能承受一定的雙向軸向負荷。根據設備結構及工作原理，自行設計符合選型軸承的軸承座。提高定位精度的同時增加穩固性。（如表2，圖4所示）

相同軸頸的情況下，雙列調心滾子軸承的基本額定動載荷C是外球面球軸承的5倍以上。（如表3所示）

計算公式中使用的代號及其含義 ：依據常規材料和加工量的額定系數

注：滾子長度中央直徑，圓錐滾子軸承采用假定滾子大小端均未倒角的直徑算數平均值，在非對秤凸面滾子中，采用滾子與無擋邊輥道（通常指外圓）之間的空載接點時，則取滾子直徑的近似值計算。

備考：球軸承的計算公式為D在D>25.4mm時，為3.647 D

6 效益分析

機運設備，多為生產車間的重點瓶頸設備，發生故障會嚴重影響生產節拍，更為嚴重的故障會導致在線產品報廢。機運設備軸承及機構優化后，將提高設備運行的穩定性，降低相關風險和設備停機率。

滾動軸承的疲勞壽命，可以利用下列計算公式求出。

這項機運設備與調心滾子軸承的結合優化，不僅對采購升降機的標準有所參考，并且已經被部分的生產廠商借鑒參考為標準設計。

7 結語

外球面球軸承雖然它的基本性能與深溝球軸承結構相似的，但是由于這種軸承大都應用在制作、安裝、使用精度不高及需要低載荷、快速拆裝、成本低廉的機械中。而雙列調心滾子軸承可以承受徑向重載荷和沖擊負荷，也能承受一定的雙向軸向負荷， 完全滿足機運設備帶式升降機、剪式升降機、噴房雙鏈重載機運設備的使用，提高了設備運行穩定性，降低設備停機時間，節約人力成本均有現實意義。

備注：本文由“煙臺市產業領軍人才專項經費資助”完成。

收稿日期：2021-07-15

作者簡介：柳偉（1979—），男，山東煙臺人，本科，高級技師，研究方向：機械工程。