馬德鋒，李副來

(洛陽軸研精密機(jī)械有限公司，河南 洛陽 471039)

酚醛膠木、聚酰亞胺等非金屬多孔材料保持架是精密軸承的重要運(yùn)動部件，含油率是其重要性能指標(biāo)之一，關(guān)系到整套軸承的使用壽命[1]。因此，含油保持架在裝配前需要在真空狀態(tài)下進(jìn)行烘烤與浸油處理，使保持架材料充分浸油。

目前多孔含油保持架真空浸油方法為：首先在真空箱中對保持架進(jìn)行真空烘烤，去除保持架中的水分，然后打開真空箱的艙門，將保持架放入油中進(jìn)行真空浸油操作。此方法會造成真空環(huán)境的破壞和烘烤溫度的變化，影響保持架真空浸油質(zhì)量。在研究多孔含油保持架真空浸油工藝過程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套真空浸油裝置，該設(shè)備可在保證真空度和溫度不變的情況下，實(shí)現(xiàn)含油保持架的連續(xù)烘烤和浸油。

1 主要功能和性能指標(biāo)

1.1 主要功能

(1)確保浸油裝置內(nèi)真空度始終為1～10 Pa，溫度控制在20～120 ℃，且連續(xù)可調(diào), 數(shù)字顯示，并具有過熱報(bào)警功能；

(2)實(shí)現(xiàn)多孔材料工件和潤滑油的真空烘烤，兩者單獨(dú)存放，連續(xù)烘烤和浸泡時(shí)間不少于12 h；

(3)在不需打開真空室艙門(不破壞真空環(huán)境)條件下，完成工件浸入潤滑油中的動作，且潤滑油不飛濺、不溢出，工件不灑落。

1.2 性能指標(biāo)

(1)真空烘箱和真空泵單獨(dú)放置，烘箱內(nèi)部可用空間為Φ300 mm×200 mm；

(2)控溫精度：±3 ℃；

(3)保證真空度：≤10 Pa；

(4)一次可注入潤滑油量不少于500 mL；

(5)可烘干工件的最大直徑為150 mm，最大高度為120 mm；

(6)長期穩(wěn)定連續(xù)工作時(shí)間不短于7天；

(7)浸油設(shè)備運(yùn)行的噪聲低于60 dB。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

真空浸油裝置主要由真空系統(tǒng)、升降機(jī)構(gòu)、溫度控制系統(tǒng)和控制面板組成，如圖1所示。

1—保溫材料；2—工件箱；3—加熱器；4—儲油器；5—真空箱；6—密封波紋管；7—導(dǎo)向桿；8—?dú)庾欤?—液壓頂桿；10—機(jī)架；11—真空泵；12—電控箱；13—溫度傳感器；14—真空傳感器

工作過程為：首先把保持架放入工件箱內(nèi)，潤滑油注入儲油器內(nèi)，然后關(guān)閉真空箱艙門，啟動真空泵對真空箱進(jìn)行抽真空。加熱器對真空箱進(jìn)行加熱，通過真空傳感器和溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控真空度和溫度，當(dāng)真空箱內(nèi)真空度和溫度達(dá)到設(shè)定要求后開始計(jì)時(shí)。烘烤達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，通過手動按鈕控制液壓頂桿上升推動密封波紋管上升，通過密封波紋管中的導(dǎo)向桿推動儲油器上升，使工件完全浸入潤滑油中。待浸油時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，通過手動按鈕控制液壓頂桿下降，把儲油器下降到原來位置，浸油過程結(jié)束。

2.1 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)主要由真空箱和真空泵組成。

真空箱內(nèi)腔采用SUS304(國內(nèi)牌號0Cr18Ni9)不銹鋼板焊接而成，外殼由優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板制成，其間填充保溫材料，形成大約20 mm厚的可靠保溫層。箱體與箱門的密封為耐高溫硅橡膠壓條，密封性能優(yōu)良，并在箱門上留有透明觀察窗，箱體內(nèi)部有照明設(shè)施，可以保證從真空箱外部觀察到內(nèi)部的情況。

真空箱采用圓形結(jié)構(gòu)，使空間得到充分利用，在滿足設(shè)備空間尺寸的前提下，盡可能地縮小真空箱內(nèi)的空間體積，通過真空泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)真空腔的真空度要求。真空泵連續(xù)工作時(shí)，需要定期檢查真空泵內(nèi)機(jī)油的液位。

真空泵選用旋片式真空泵，其極限真空度為0.067 Pa，完全滿足真空烘箱的真空度要求。真空泵置于裝置旁邊，便于維護(hù)。

真空泵和真空箱之間用波紋管和卡箍進(jìn)行連接，連接時(shí)必須墊上密封圈。

2.2 升降機(jī)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)保持架與儲油器之間的相對運(yùn)動，需要設(shè)計(jì)一套升降機(jī)構(gòu)[2]。浸油裝置采用在真空箱底部增加一套波紋管密封的液壓頂桿運(yùn)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)保持架浸油動作的控制。液壓頂桿的運(yùn)動桿上安裝一套用波紋管密封的精密運(yùn)動副把運(yùn)動動作傳遞到真空烘箱內(nèi)部，推動油杯上下運(yùn)動，滿足設(shè)備升降需要。為了保證浸入過程中不濺油，需控制液壓頂桿的運(yùn)動速度，保證運(yùn)動緩慢平穩(wěn)。

根據(jù)設(shè)備要求浸油的保持架最大高度為120 mm，因此運(yùn)動行程設(shè)計(jì)為130 mm，保證保持架能夠完全浸入油中，升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1—運(yùn)動桿；2—密封套；3—真空烘箱；4—O形密封圈；5—密封波紋管；6—液壓頂桿；7—底座

考慮到升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動比較緩慢，運(yùn)動頻率低，行程也不大，因此選用密封波紋管實(shí)現(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的動態(tài)密封。通過波紋管的軸向壓縮變形實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動，由波紋管中的運(yùn)動桿保證升降運(yùn)動的精確度，防止波紋管變形傾斜。運(yùn)動桿與波紋管通過凸緣連接，運(yùn)動桿凸緣與波紋管凸緣之間采用O形圈密封，液壓頂桿與運(yùn)動桿凸緣采用柔性連接，避免運(yùn)動桿和液壓頂桿之間的運(yùn)動相互干涉。這樣就把動態(tài)密封轉(zhuǎn)化為了運(yùn)動桿凸緣和波紋管凸緣之間的靜態(tài)密封，滿足了真空烘箱與升降機(jī)構(gòu)之間的密封要求，保證了真空烘箱中的真空度。

密封波紋管選用1Cr18Ni9TiG不銹鋼材料，該波紋管具有很高的彎曲疲勞強(qiáng)度和耐蝕性，焊接性能良好。由于升降機(jī)構(gòu)升降完畢后，基本上處于靜態(tài)工作狀態(tài)，能使波紋管保持較長的壽命。

2.3 溫度控制系統(tǒng)

在真空腔底部和兩側(cè)布置鎳絡(luò)絲加熱器，對真空箱進(jìn)行加熱，由溫度傳感器和控制電路形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)溫度的PID調(diào)節(jié)。溫度傳感器選用Pt100型熱電阻傳感器，型號為WZP-280，其測溫范圍為-200～450 ℃。

當(dāng)真空烘箱處于真空狀態(tài)時(shí)，無空氣對流，因此真空烘箱中會產(chǎn)生溫度不均勻現(xiàn)象，為了保證溫度傳感器測試的溫度真實(shí)反應(yīng)工作的溫度，溫度傳感器需要放置在合適的位置。由于本裝置中工件的高度固定，因此溫度傳感器放置的高度與烘烤工件的高度基本保持一致，就可以保證溫度傳感器測試的溫度與工件的溫度基本一致。

2.4 控制面板

控制面板有計(jì)時(shí)器、溫控表、真空計(jì)和操作按鈕組成。

計(jì)時(shí)器用來設(shè)定和顯示工件烘干和浸油時(shí)間；溫控表用來設(shè)定和顯示工件烘干和浸油時(shí)的溫度，并對真空烘箱的溫度進(jìn)行PID調(diào)解控制；真空計(jì)用來顯示真空烘箱中的真空度；操作按鈕用來實(shí)現(xiàn)對整臺裝置的控制。

3 注意事項(xiàng)

(1)如果保持架中的含水量很大，可先單獨(dú)對保持架進(jìn)行烘烤去水操作，避免在加入潤滑油的情況下，影響保持架的烘干效果。

(2)抽真空的過程中，如果出現(xiàn)潤滑油以泡沫形式外溢，應(yīng)停止抽真空，待泡沫消除后，繼續(xù)抽真空。

(3)加熱速率不易過快，建議采用階梯加熱，即先加熱到一定溫度，然后保持一段時(shí)間再繼續(xù)加熱。

(4)浸油結(jié)束后，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況(保持架工作條件，油的顏色、黏度等)更換潤滑油，并及時(shí)擦洗真空箱腔壁。

4 結(jié)束語

真空浸油裝置在保證真空度和溫度不變的情況下，實(shí)現(xiàn)了多孔含油保持架的烘烤和浸油。該裝置在油浸環(huán)境中工作，使用可靠，便于維修，運(yùn)行平穩(wěn)。通過測試，本裝置的各項(xiàng)技術(shù)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，其主要性能指標(biāo)溫控精度達(dá)到±1.8 ℃，極限真空度達(dá)到2 Pa左右。