压路机振动轴轴承温升问题分析

1、存在的问题
　　在试车中，振动轴系统中存在较多故障，轴承的温度达到100～200℃左右；相当数量的轴承内孔与轴颈烧蚀。初始分析认为轴承存在质量问题，轴承外圈与端盖的轴向间隙过小，但同一产品却有相当部分使用正常，拆卸并测量轴向间隙符合设计要求。经分析轴承的材质、热处理硬度，确认采用的SKF轴承没有问题，再将轴承内圈端面与轴台阶端间隙（图1中A）适当放大也未得到改善。

图1 振动轮偏心块轴承系统

　　2、原因分析
　　使用同样轴承及润滑油有些产品不存在问题，可以说明设计基本合理，就该系统存在的问题分析如下。
　　（1）根据振动轴的结构尺寸，通过计算可知该轴为刚性轴，轴的微小变形而产生的振动对振动轴系统的影响极其微小。
　　（2）根据轴承内圈与轴颈烧蚀现象，可以确认轴承内孔与轴颈存在一定的过盈量，两者在轴向力的作用下存在相对位移，轴承滚道在轴向力作用下很可能导致烧蚀，具体原因分析如下。
　　①轴承内圈与轴颈过盈量的分析。
　　轴承内孔的实测尺寸公差为：φ100°-0.022～φ100°-0.005；轴颈的设计尺寸公差为：φ100h6（°-0.022）。
　　从数据可知，其配合过盈量极小，但实际上轴颈加工可能存在较大误差。其一，磨削加工时，操作者习惯按上差加工，从而导致公差带较多分布在轴的上差附近；其二，轴端加工的中心孔较大（φ16.3），使该中心孔实际精度误差较大，从而造成轴颈磨削时存在较大的圆度及圆柱度误差；其三，测量误差的存在使得轴颈实际尺寸很可能超越轴颈的上差；其四，左右2块偏心块与轴焊接时的变形，导致两轴颈同轴度误差的增加；其五，轴颈与轴承内圈配合处的润滑条件极差，通过分析，该配合处存在一定的过盈量，约0.01～0.015mm（在一定概率情况下）。
　　②装配方式对轴承轴向和径向游隙的影响。
　　该轴的装配方式为：
　　a、右端轴承先装入件1（内轴承座），再一并装入振动轮件2中；
　　b、将偏心块轴装入右端轴承孔中；
　　c、将装好轴承的外轴承座3装入振动轮幅板4上，装前先测量和计算“A”处间隙，在件3和件4间调整并选用垫片而获得适当间隙“A”。
　　从以上装配过程中可以获知，由于轴承内孔与轴颈的配合存在一定的过盈量，将使两轴承内圈在安装过程中相对各自轴承外圈产生位移（左轴承内圈向左，右轴承内圈向右），结果导致两轴承的轴向游隙为零，实际的径向游隙为零（存在轴承单列受力接触状况）。
　　③温升对该系统的影响。
　　装配时的环境温度为10～35℃，使用中轴承受到激振力、摩擦力、偏心块搅拌润滑油及环境温度升高等因素影响，正常使用时系统的温度大约为90～100℃之间。
　　由于振动轴存在因温升而产生的线膨胀，加剧了轴承内、外圈之间的相互位移，导致轴承中滚子与内外圈滚道的弹性变形，滚道中的油膜受到不同程度的破坏。轻者温度可升高到120℃左右，重者滚道严重烧蚀；同时，轴承内孔与轴颈配合处受到轴线膨胀与过盈量共同作用下的位移，导致该配合处烧蚀现象。
　　3、解决办法
　　（1）通过以上分析，在工艺上采取将轴颈φ100h6的公差改为φ100-0.02-0.04，使其始终保持间隙配合。
　　（2）轴承内孔与轴颈存在滑动配合，在安装方式不变的情况下，轴承轴向游隙就不易为零，轴受热膨胀而产生的轴向力将很容易使两轴承内圈自如移动调整（轴颈配合处的润滑也由于间隙的存在得以改善），同时大大改善了轴承径向间隙与轴承存在单列受力的情况。
　　（3）由于振动轮工况十分复杂，将图1中A间隙在计算的基础上适当增加，以确保轴承内圈的调整更加自如。通过改进，该系统运行十分稳定、可靠，故障率降至近乎零碎，加工、安装工艺性也大大提高；由于轴颈尺寸的调整，尽管使用工况较为恶劣、复杂，在使用中轴承内圈也可以自如、有效地调整（滑移）至适当的位置，滚道的负载状况较为均匀，大大提高了轴承的使用寿命。