西力軸承
聯(lián)系人：馬耿松
 
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牽引電機(jī)是電力機(jī)車產(chǎn)生牽引力的主要部件，其工作狀態(tài)的良好與否，直接影響著電力機(jī)車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。蘇制8G型電力機(jī)車牽引電機(jī)軸承采用的是標(biāo)準(zhǔn)的滾動(dòng)軸承，由于異物進(jìn)入、油潤不良、安裝質(zhì)量不高、受過載沖擊及長期使用等因素，都可能造成滾動(dòng)軸承出現(xiàn)磨損、壓痕、膠合、點(diǎn)蝕、裂紋、內(nèi)套弛緩等損壞現(xiàn)象，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，必將影響機(jī)車的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的將會(huì)造成機(jī)車破損，請求救援，給運(yùn)輸生產(chǎn)造成重大損失。因此，對(duì)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的研究引起越來越廣泛的重視。

8G機(jī)車牽引電機(jī)軸承由于缺乏動(dòng)態(tài)檢測設(shè)備，目前只能靠測量靜態(tài)尺寸來判斷軸承的質(zhì)量。實(shí)踐證明，僅僅依靠靜態(tài)手段來檢測單件軸承的質(zhì)量是不夠的。因?yàn)檩S承質(zhì)量是在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中表現(xiàn)出來的一種綜合性動(dòng)態(tài)特性，必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測才能全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)軸承的質(zhì)量。

軸承精度可通過靜態(tài)幾何檢測進(jìn)行判斷。但基本尺寸及旋轉(zhuǎn)精度的綜合質(zhì)量即運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須在軸承以一定轉(zhuǎn)速及載荷下旋轉(zhuǎn)時(shí)才能反映出來，這就需要對(duì)單件軸承進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測。軸承故障的診斷是機(jī)械故障診斷技術(shù)的重要內(nèi)容，因?yàn)闋恳姍C(jī)的故障中有相當(dāng)數(shù)量與軸承有關(guān)。它一旦出現(xiàn)故障就將直接影響機(jī)車運(yùn)行。目前用于滾動(dòng)軸承故障診斷的普遍和實(shí)用的方法是振動(dòng)診斷檢測法，通常又分為“簡易診斷”和“精密診斷”。軸承故障診斷技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已有了很大的提高。國內(nèi)外目前已出現(xiàn)了許多軸承故障診斷儀器，并有成套檢測設(shè)備，智能化程度較高，具有簡易診斷與精密診斷的雙重功能。鐵道部科學(xué)院機(jī)車車輛研究所研究開發(fā)出了不同型號(hào)的機(jī)車軸承故障診斷儀器，如：JL-201機(jī)車軸承故障診斷儀、JL-501機(jī)車軸承動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)等，適合電力機(jī)車牽引電機(jī)軸承的檢測診斷，在實(shí)際故障檢測工作中發(fā)揮了很好的作用。

2 電機(jī)軸承故障振動(dòng)診斷方法

2.1 簡易診斷法

通過對(duì)測量儀器內(nèi)部參數(shù)的合理設(shè)置，以及電機(jī)軸承檢測部位的多次采樣，對(duì)得出的相關(guān)檢測參數(shù)進(jìn)行分析，即可判斷出被檢測軸承是否異常及故障的大小。主要檢測參數(shù)有加速度有效值Grms和峭度系數(shù)Kv值。

2.1.1 振動(dòng)加速度有效值

有效值Grms反映的是軸承系統(tǒng)在分析頻帶范圍內(nèi)的振動(dòng)大小，也就是故障程度的大小。它是軸承元件在測試過程中所有合成振動(dòng)的能量平均。

2.1.2 峭度系數(shù)

峭度系數(shù)是表示軸承工作裝夾方式有兩種：預(yù)置工藝夾頭和芯軸裝夾。如圖3所示。這種裝夾方式的大缺點(diǎn)就是在夾持工件時(shí)會(huì)因夾持力產(chǎn)生變形。為了考察夾持力對(duì)工件變形的影響，采用UG自帶的結(jié)構(gòu)有限元模塊對(duì)該球軸承的受力進(jìn)行了分析。首先對(duì)球軸承的毛坯進(jìn)行三維造型，其三維造型如圖4所示。在進(jìn)行分析之前對(duì)工件受力邊界條件以及受力面積進(jìn)行了簡化。分析后的工件的變形如圖5所示。從圖中可以看出，在正常裝夾力的作用下，工件大處（接觸面）的變形只有7.504X10-5mm，球軸承內(nèi)圈部分基本上沒有變形。從理論上論證了采用工藝卡頭的可行性。

圖3 球軸承內(nèi)圈磨削工藝夾頭

圖4 帶工藝夾頭球軸承

圖5 工藝夾頭受力分析

由于零件形位公差要求嚴(yán)格，通過比較兩種裝夾方式的優(yōu)缺點(diǎn)，采用預(yù)置工藝夾頭的方式來對(duì)零件進(jìn)行裝夾。
2.2砂輪損耗的補(bǔ)償

砂輪損耗以及砂輪損耗的補(bǔ)償也是在磨削中需要解決的關(guān)鍵問題之一。在磨削的過程中，砂輪的圓弧段與球軸承接觸，導(dǎo)致砂輪磨損嚴(yán)重磨損，以致球軸承的外形呈橢圓形。要解決這個(gè)問題，就要采取措施減少砂輪的磨損，或者在每一次磨削后對(duì)砂輪進(jìn)行修整，保證其外形的一致性。通過機(jī)床的修整功能來實(shí)現(xiàn)砂輪的實(shí)時(shí)修整以及損耗補(bǔ)償。通過編制程序，讓機(jī)床在砂輪每完成一次磨削就對(duì)其進(jìn)行修整，并設(shè)定修整量，記錄并在數(shù)控程序中進(jìn)行補(bǔ)償。

2.3數(shù)控程序的編制

在編制數(shù)控程序之前，要熟悉機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)以及坐標(biāo)系的設(shè)定。該機(jī)床的的坐標(biāo)以及編成方式與采用法拉克數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床一樣，因此在編制程序的時(shí)候，按照法拉克系統(tǒng)的程序格式編制即可。在UG中，利用造好的三維模型，進(jìn)入加工模塊，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，即可生成刀具軌跡文件，然后用法拉克后處理器進(jìn)行后置處理成為法拉克格式的數(shù)控代碼，即可進(jìn)行加工。編程界面如圖6所示。

圖6 UG數(shù)控編程界面

2.4溫度控制

在加工一般尺寸精度的工件時(shí)，溫度的變化給工件帶來終尺寸的影響很小，因此一般都可以忽略。但是當(dāng)所加工的零件尺寸精度要求很高時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)工件尺寸精度的影響就大，因此對(duì)環(huán)境溫度的控制至關(guān)重要。因此，采用UG中的有限元模塊，模擬環(huán)境溫度變化對(duì)球軸承外形的影響。設(shè)定加工環(huán)境溫度20o，所加載的溫度負(fù)荷為1o，觀察溫度變化1o對(duì)工件外形產(chǎn)生的影響。在20 o條件下，溫度變化1o引起的工件大變形位于工藝夾頭上面，為2.502E-4mm，球軸承球體上面變形量在1.6E-4~ 2.0E-4mm之間。在此基礎(chǔ)上，溫度每增加一度，工件變形量也相應(yīng)成倍增長。因此，為了保證工件的外形尺寸能夠達(dá)到要求，需要對(duì)加工過程中的環(huán)境溫度進(jìn)行控制。
在軸承旋轉(zhuǎn)過程中保持架的自由振動(dòng)以及它與滾動(dòng)體或套圈相撞擊就會(huì)發(fā)出此噪聲。它在各類軸承中都可能出現(xiàn)，但其聲壓級(jí)不太高而且是低頻率的。其特點(diǎn)是： a.沖壓保持架及塑料保持架均可產(chǎn)生。b.不論是稀油還是脂潤滑均會(huì)出現(xiàn)。c.當(dāng)外圈承受彎矩時(shí)易發(fā)生。d.徑向游隙大時(shí)容易出現(xiàn)。

由于保持架兜孔間隙及保持架與套圈間隙在軸承成品中不可避免的要存在，因此徹底消除保持架聲十分困難，但可通過減少裝配誤差，優(yōu)選合理的間隙和保持架竄動(dòng)量來改善。

另一種保持架特殊聲是由于保持架與其他軸承零件引導(dǎo)面間的摩擦引發(fā)保持架的自激振動(dòng)而發(fā)生的喧囂聲。深溝球軸承的沖壓保持架較薄，在徑向和軸向平面內(nèi)的彎曲剛度較低，整體穩(wěn)定性差，軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)因彎曲變形而產(chǎn)生自激振動(dòng)，引起“蜂鳴聲”。

當(dāng)軸承在徑向載荷作用下且油脂性能差的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)初期會(huì)聽到“咔嚓、咔嚓”的噪聲，這主要是由于滾動(dòng)體在離開載荷區(qū)后，滾動(dòng)體突然加速而與保持架相撞而發(fā)出的噪聲，這種撞擊聲不可避免但隨著運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)消失。

防止保持架噪聲措施如下：

a.為使保持架公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，應(yīng)盡量采用套圈引導(dǎo)方式并注意給予引導(dǎo)面的充分潤滑，對(duì)高速工況下的圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)給予改進(jìn)，將滾子引導(dǎo)的L型保持架改為套圈擋邊引導(dǎo)的Z型保持架。

b.軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兜孔間隙大的軸承其保持架振動(dòng)振幅遠(yuǎn)大于兜孔間隙小的保持架振動(dòng)振幅，所以兜孔間隙取值尤為重要。

c.要注意盡量減小徑向游隙。

d.盡量提高保持價(jià)制造精度，改善保持架表面質(zhì)量，有利于減小滾動(dòng)體與保持架發(fā)生碰撞或摩擦產(chǎn)生的噪聲。

e.積極采用先進(jìn)的清洗技術(shù)，對(duì)零配件和合套后的產(chǎn)品進(jìn)行有效徹底的清洗，提高軸承的潔凈度。

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