浅谈解决轴与轴承磨损问题的新思路

浅谈解决轴与轴承磨损问题

一轴与轴承的磨损的背景知识

近年来，机床主轴的性能进一步向高转速、高精度、高刚度方向发展。为解决其磨损和发热问题，NSK开发了具有机械强度更高长寿命的高性能钢材以及高精度高速性能优越的陶瓷滚动体，非常有效地解决了轴承运转时磨损和发热的问题。此外我们对保持架的结构和材料的改进，使得保持架对油脂的劣化影响小、润滑更充分、耐热性更好。

同时，为了既能有效地保证轴承运转时的润滑条件，又可以尽量减少甚至防止灰尘的混入，解决磨损和发热的问题，NSK对轴承、润滑方法不断进行改进和设计，并率先实现了油气润滑方法，并逐渐被广大用户采用，获得了广泛地认可。近年来，随着环保时代的来临，NSK又开发出了高速主轴用润滑脂补给系统，向高速运转的轴承进行间歇性地补给微量的润滑脂，同时利用最佳形状的隔圈将使用过的润滑脂排到轴承座内设置的贮藏槽内，在世界上首次实现了高速领域的润滑脂润滑，同时还实现了长寿命，低温升涡轮流量计是一种速度式流量计，在国际上已有半个世纪的工业应用历史。我国从60年代中期开始生产，已形成全系列化仪表。由于其较高的精确度、良好的重复性和较宽的范围度以及维护方便等原因．是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。我们在对涡轮流量计进行研制和开发过程中发现．各型号气体涡轮流量计仪表系数普遍存在不稳定的问题。作为计量仪表，仪表系数稳定是保证不同条件下计量精度的必要保证。为此，本文分析了气体涡轮流量计仪表系数不稳定的原因进行了探讨。由于传感器的轴与轴承直接接触，叶轮旋转就必然导致二者之间产生摩擦，有摩擦就必定会产生磨损，工作时间越长，磨损也就越严重。如果想让涡轮流量计长时间准确运

行，就必须防止轴与轴承之间的磨损，只要有流体流过传感器，叶轮转动，就一定会在轴承与轴之间发生磨损，有磨损就要影响测量精度和准确性。如果叶轮旋转的时候不发生磨损，就可以长期保持精确测量，不必定期校验。轴承的磨损是影响涡轮流量计的长时间使用的关键问题。因此很有必要好好探讨解决轴承磨损这个问题。

二轴与轴承的磨损的分析

2.1磨损的结构分析

2.2磨损的系统分析

涡轮流量计的工作原理图见图1。在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑，当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度

得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送人前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送人单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送人频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。

由于流量是一个动态量，所以流量测量是一项复杂的技术。流体从机壳的进口流人，通过支架将一对轴承固定在管中心轴线上，涡轮安装在轴承上。在涡轮上下游的支架上装有呈辐射形的整流板，以对流体起导向作用，以避免流体自旋而改变对涡轮叶片的作用角度。在涡轮上方机壳外部装有传感线圈，接收磁通变化信

号。涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承，要求耐磨性能好。由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力，使轴承的摩擦转矩增大，加速铀承磨损，为了消除轴向力，需在结构上采取水力平衡措施，这方法的原理见图2所示。由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径Ds，所以，在涡轮段流通截面扩大，流速降低，使流体静压上升△P，这个△P的静压将起到抵消部分轴向推力的作

用。

轴与轴承之间的磨损影响了测量的精度和仪表的稳定性，对每台涡轮流量计传感器的机械结构确定之后对应一个仪表系数K，它与通过涡轮流量计的流体的体积流量成正比，在涡轮流量计的使用范围内，仪表系数应该为一个常数，由于涡轮流量计工作的时候轴与轴承之间的磨损使得机械机构发生改变，相应的K系数也改变了，在相同信号脉冲频率f条件下，体积流量发生改变，出现测量误差，当由于磨损原因使得K系数超出误差允许范围后，流量计就需要重新标定。流

量计，摩擦是由于轴与轴承之间有接触，叶轮旋转的时候发生相对运动，而造成的。如果轴与轴承不接触，叶轮旋转的时候就不会发生摩擦。如果轴不和轴承接触就会失去支承，发生倾斜，影响叶轮的旋转，使得测量不能够进行。同时由于摩擦的存在，使得涡轮流量计的始动流量提高，不利于更低速度流体的计量。涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦阻力矩对仪表系数的影响。包括两方面：首先。轴承本身的因素。为了使涡轮获得更好的灵敏性。通常选用微型轴承．同时考虑到仪表的维护．又大多使用双密封自润滑轴承．这种结构则会增大轴承本身的摩擦阻力系数．虽然在大流量工作状态下该阻力几乎没有任何影响．但在小流量工作状态下对流量计仪表系数的影响却非常显著。其次，装配对轴承的影响。微型轴承本身运行受到的外界应力必须非常小。若装配时轴承内圈和轴配合过紧。很容易使轴承受力过大。结果不仅影响轴承的灵敏性。还会显著增大机械摩擦阻力矩。改变流量计原有仪表系数值。轴承内圈或齿轮内孔和轴面在配合运行中由于径向跳动、应力集中；同时，由于金属材质强度高，硬度大，在部件运行过程中受到振动冲击和其它的复合力导致金属部件产生“硬对硬”关系，由于金属没有“退让性”，随着时间加长，部分冲击变形成为永久变形，恢复应力下降，部件之间产生间隙，导致硬度相对较低的部件磨损。我认为轴承位置磨损的主要因素有以下几方面：

1：由于轴承安装时没有达到预紧力的要求，内圈与轴头相对转动，引起轴颈严重磨损；有时安装紧度过大，轴承在运转过程中，因热膨胀空间不够，导致轴承内圈爆裂。

2：轴承座与轴承外圈配合不当，紧度太大时，由于两者材料不同，膨胀系数各异，轴承座多为铸铁或铸钢，轴承内、外圈为高碳铬钢，在一定的温度下，由过

渡配合变为过盈配合，当过盈超过一定范围时，会引起外圈爆裂；而间隙太大时，轴承外圈与轴承座相对转动，造成轴承室磨损。

3：经分析，对于负荷大、转速高的设备，如轴承与轴的过盈量不足（预紧力没有达到要求），则会由于内圈承受载荷旋转，内圈与轴承之间会产生圆周方向的蠕变滑动现象，使配合面磨损程度逐渐增大，轴与外壳受到破坏。

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