離心式通風(fēng)機(jī)軸承損壞的原因分析及對(duì)策

                                                 董炳戌  劉  娟 /蘭州交通大學(xué)

摘要：對(duì)E式傳動(dòng)離心通風(fēng)機(jī)軸承損壞過(guò)快的問(wèn)題進(jìn)行了較深入的力學(xué)理論分析，得出是由于機(jī)架變形所致，應(yīng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中加以改進(jìn)的結(jié)論。并運(yùn)用這一結(jié)論在實(shí)踐中探索出簡(jiǎn)便的檢查分析方法和簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：離心式通風(fēng)機(jī)  軸承  有效分析  中圖分類號(hào):TH432    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

文章編號(hào):1006-8155(2006)03-0056-03

Analysis and the Countermeasure on Damaged Bearing of Centrifugal Fan

Abstract: The problem that E type bearing for centrifugal fan damages too fast is analyzed deeply in mechanical theory, the result shows, it is because that the frame is out of shape, which should be improved in design and manufacture. By applying this   solution, the sample inspecting method and the practical technological improving measures are found out in practice.

Key words: Centrifugal fan  Bearing  Effective analysis 

1  風(fēng)機(jī)軸承加速損壞的現(xiàn)象

1.1  風(fēng)機(jī)構(gòu)造及軸承的特點(diǎn)

某廠車間主空調(diào)通風(fēng)機(jī)是T4-72型，該風(fēng)機(jī)性能：風(fēng)量123000m³/h、壓力850Pa、轉(zhuǎn)速740r/min、電動(dòng)機(jī)功率55kW，是雙吸入離心通風(fēng)機(jī)，E式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的軸承座在風(fēng)機(jī)殼體側(cè)的鋼架上。軸承型號(hào)為111662型，是雙向心球軸承，為自動(dòng)調(diào)心型。它可以調(diào)整徑向縫隙和軸向縫隙，屬中寬型軸承，配用GZ₂－110型軸承座。對(duì)于該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的靜負(fù)荷和動(dòng)負(fù)荷及使用溫度來(lái)說(shuō)，軸承均有較大的安全系數(shù)，在正常工況下和正常的維修下，其使用壽命應(yīng)在8000 h以上，可以滿足該空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行的要求。

1.2  風(fēng)機(jī)軸承損壞的情況

該廠對(duì)此風(fēng)機(jī)執(zhí)行了正常的大、中、小維修計(jì)劃，并全年連續(xù)運(yùn)行，自投產(chǎn)后一直正常。但在運(yùn)行幾年后某個(gè)時(shí)刻起，該軸承使用壽命逐漸縮短，起初由半年變?yōu)?span lang="EN-US">3個(gè)月至1個(gè)月，最后僅為一周左右便損壞。軸承損壞的標(biāo)志：即外套或內(nèi)套滾道出現(xiàn)磨損凹面，一個(gè)或數(shù)個(gè)滾珠球面出現(xiàn)磨損凹面，俗稱“暴皮”，運(yùn)行中發(fā)出異常的響聲。

1        風(fēng)機(jī)軸承加速損壞的原因分析

2.1  首先檢查風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承

(1)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)問(wèn)題，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的靜、動(dòng)平衡并未失調(diào)，這可以從試轉(zhuǎn)的振動(dòng)來(lái)檢查判定。葉輪軸的水平度用方框水平儀檢測(cè)也未見(jiàn)異常。

(2)新軸承質(zhì)量完好；錐套與風(fēng)機(jī)軸、軸承內(nèi)套配合正確；軸承清洗干凈，無(wú)任何雜物；潤(rùn)滑脂質(zhì)量及注入量符合標(biāo)準(zhǔn)。

    以上各項(xiàng)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后進(jìn)一步檢查軸承座支架，此項(xiàng)檢查在現(xiàn)場(chǎng)是難以進(jìn)行的，但可按以下理論分析及檢查方法進(jìn)行。

2.2  軸承受力的定性分析

2.2.1  靜負(fù)荷下軸承受力

軸承在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的靜負(fù)荷下其受力情況符合圖1實(shí)線所示的規(guī)律：

1點(diǎn)受力最大，2點(diǎn)和3點(diǎn)依次減少，至4點(diǎn)受力為零。正常安裝的軸承應(yīng)符合上面分析的受力情況。

2.2.2  動(dòng)負(fù)荷下的軸承受力

圖1虛線所示，為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承的受力情況。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承滾珠及內(nèi)套也隨之滾動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，均勻承受著最大的負(fù)荷。但在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，無(wú)法檢查軸承受力情況，故在此不多予以分析，而軸承在靜負(fù)荷下的受力情況可在現(xiàn)場(chǎng)拆下軸承座蓋進(jìn)行檢查。

3  現(xiàn)場(chǎng)軸承實(shí)際受力情況的檢查結(jié)果

在靜負(fù)荷作用下，拆下軸承座蓋，檢查軸承滾珠的受力情況，檢查方法：依次用手指撥動(dòng)軸承的滾珠，發(fā)現(xiàn)以下受力情況（見(jiàn)圖2）。

滾珠1轉(zhuǎn)動(dòng)輕松，不受力。滾珠2、5可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但費(fèi)力。滾珠3、4不能轉(zhuǎn)動(dòng)，受力最大（圖中左右面相對(duì)稱，只畫(huà)出左面情況）。那么，軸承內(nèi)套、外套受力情況也同于上述情況。因?yàn)辄c(diǎn)3、點(diǎn)4受力大小不能直接檢測(cè)（條件所限），按受力檢查分析，應(yīng)大體是圖中所示情況。

檢查結(jié)果與正常情況下的受力截然不同：受力應(yīng)最大處卻不受力，而受力應(yīng)為零處（或最小處）卻承受很大的力，即靜負(fù)荷下軸承受力不正常。此情況的出現(xiàn)，只能說(shuō)明軸承外套與內(nèi)套的間隙在此靜負(fù)荷下出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，即軸承外套發(fā)生了彈性變形。

在這種情況下風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承受的動(dòng)負(fù)荷將變得更大和不均勻。受力負(fù)荷過(guò)大點(diǎn)即外套和內(nèi)套滾道的易磨損點(diǎn)，滾珠在此點(diǎn)也承受過(guò)大的負(fù)荷。當(dāng)金屬表層負(fù)荷超過(guò)其抗壓強(qiáng)度極限時(shí)，由于壓縮、彈伸和摩擦作用，會(huì)引起裂紋，并會(huì)很快向深、廣方向擴(kuò)展，產(chǎn)生表面脫落，即發(fā)生“疲勞脫落”，或俗稱磨損“暴皮”，不論軸承內(nèi)、外套滾道還是滾珠，只要出現(xiàn)一點(diǎn)的磨損，則磨損的程度便會(huì)加速擴(kuò)大，致使軸承很快報(bào)廢。

4  分析產(chǎn)生不正常受力現(xiàn)象的原因

4.1  軸承座（下座）發(fā)生了變形

在靜負(fù)荷作用下出現(xiàn)的不正常受力情況，亦即軸承外套發(fā)生變形的現(xiàn)象，應(yīng)是支撐風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的軸承座（下座）產(chǎn)生變形引起的。

該軸承座是標(biāo)準(zhǔn)部件，在工作范圍內(nèi)其變形如圖3虛線所示，軸承外套與軸承下座半圓槽均勻緊密接觸，外套與內(nèi)套間隙正常，其受力情況也會(huì)正常。若軸承座在靜負(fù)荷下其形態(tài)發(fā)生了變形，如圖3實(shí)線所示，半圓槽的豎向半徑變長(zhǎng)，水平半徑變短。軸承在向下的靜負(fù)荷和軸承座向上的支持力的作用下，其外套也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，便出現(xiàn)了不正常的受力情況。

因?yàn)檩S承拆下之后，檢查內(nèi)、外套間隙正常，故稱其外套的變形為彈性變形。因此，靜負(fù)荷下軸承座的變形是軸承發(fā)生不正常受力情況造成的。

1.上機(jī)架  2.加固支撐  3.中間機(jī)架  4.下機(jī)架

5.調(diào)整螺母  6.鎖緊螺母  7.加固支撐

                                                        圖4  技術(shù)措施示意圖

4.2  軸承座產(chǎn)生變形的原因

軸承座安裝在風(fēng)機(jī)殼體兩側(cè)的機(jī)架上，由機(jī)架支撐。在工作負(fù)荷作用下，機(jī)架應(yīng)有足夠的剛度，它在轉(zhuǎn)子靜負(fù)荷及動(dòng)負(fù)荷作用下，產(chǎn)生的撓度及振動(dòng)值應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，在機(jī)架的支撐下，軸承座不會(huì)產(chǎn)生影響正常工作的變形。最直觀的表現(xiàn)則為軸承受力應(yīng)符合前面表述的正常受力狀況。
    而軸承座發(fā)生了不應(yīng)有的變形，則是由于支持它的機(jī)架剛度不足，在轉(zhuǎn)子靜負(fù)荷下，機(jī)架產(chǎn)生了微小的但卻超過(guò)允許值的形變而引起的。只有恢復(fù)機(jī)架的足夠剛度，使機(jī)架在轉(zhuǎn)子靜負(fù)荷作用下保持應(yīng)有的水平度，則可恢復(fù)軸承座的正常受力狀況和形狀，保持并維持軸承正常的受力狀況。

4.3  風(fēng)機(jī)軸承機(jī)架發(fā)生變形的原因

機(jī)架在正常使用幾年后發(fā)生上述現(xiàn)象，主要是機(jī)架長(zhǎng)期在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)負(fù)荷的作用下，出現(xiàn)了“疲勞”現(xiàn)象，機(jī)架的剛度開(kāi)始減弱，在靜、動(dòng)負(fù)荷作用下形變撓度增加。分析其產(chǎn)生的原因，可能有以下幾種：

(1)設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)，其負(fù)載的安全系數(shù)偏小；

(2)機(jī)架所用鋼材不符合設(shè)計(jì)要求的鋼材標(biāo)準(zhǔn)；

(3)機(jī)架制作和焊接不符合設(shè)計(jì)要求。

5         現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的技術(shù)措施

按上述理論分析，采取了下述技術(shù)措施處理（見(jiàn)圖4）。

（1）在無(wú)轉(zhuǎn)子負(fù)荷作用時(shí)，加固機(jī)架：在轉(zhuǎn)子軸的垂直中心線位置，在中間橫架與下橫架之間加豎直支撐。

（2）在轉(zhuǎn)子軸的垂直中心線位置，在上機(jī)架與中間機(jī)架安裝可調(diào)整高度的活動(dòng)支撐。

活動(dòng)支撐由上、下螺栓及調(diào)整螺母組成，上螺桿為左旋螺紋，下螺桿為右旋螺紋（M24細(xì)牙普通螺紋），焊接在上、中機(jī)架上，調(diào)整螺母為對(duì)絲螺母（非標(biāo)準(zhǔn)件），旋轉(zhuǎn)它可以調(diào)整螺桿的長(zhǎng)度。

在軸承安裝就位，未裝軸承上座時(shí)進(jìn)行調(diào)整檢查。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜負(fù)荷作用下，慢慢旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母的同時(shí)，隨即檢查軸承滾珠受力情況，直調(diào)到軸承受力情況與前面所述的正常受力情況一致為止，把上、下鎖緊螺母鎖定，即調(diào)整完畢。

（3）處理效果

采取上述技術(shù)措施后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，效果良好。此辦法解決了軸承加速損壞的疑難問(wèn)題。

軸承正常使用的時(shí)間與調(diào)整的最后結(jié)果，即軸承受力是否符合軸承正常受力狀況有關(guān)。因在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整、檢測(cè)全憑操作者的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，因而結(jié)果便會(huì)有差異；不過(guò)，軸承最短的使用壽命應(yīng)在半年以上，長(zhǎng)者可超過(guò)一年。

6        結(jié)論

（1）對(duì)軸承受力分析以及由此而進(jìn)行的E式傳動(dòng)風(fēng)機(jī)軸承加速損壞原因的分析是正確的，解決問(wèn)題的技術(shù)措施簡(jiǎn)單易行，效果明顯。

（2）因?yàn)槭窃谑褂矛F(xiàn)場(chǎng)，風(fēng)機(jī)殼體與轉(zhuǎn)子配合的幾何尺寸又相當(dāng)重要，所以不便采取較大的加固機(jī)架的技術(shù)措施（如重新制作機(jī)架），故采取上述方法是適宜的，雖是“權(quán)宜之計(jì)”，但卻相當(dāng)有效。若處理得當(dāng)，便可使風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，從而保證了車間空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）當(dāng)然，解決此類問(wèn)題的根本措施是加強(qiáng)或改進(jìn)風(fēng)機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)和制造的剛度。

參  考 文  獻(xiàn)

[1] 劉澤深，鄭貴臣，陳保青. 機(jī)械基礎(chǔ). 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.