潘杰宗

調(diào)心滾子軸承具有很高的承載能力，可以承受較高的運行轉(zhuǎn)速，其滾道呈球面形而具有自動調(diào)心功能，可以補償由于安裝不同心度和軸撓度而造成的軸承偏心。這些優(yōu)點使得調(diào)心滾子軸承非常適合應(yīng)用于重載、沖擊以及具有偏心的應(yīng)用場合，是目前市場上應(yīng)用最廣泛的軸承之一。

鐵姆肯公司在調(diào)心滾子軸承設(shè)計和制造領(lǐng)域具有60多年的歷史。Timken?調(diào)心滾子軸承廣泛用于齒輪箱、冶金、采礦、水泥集料、造紙、火力發(fā)電、石油天然氣、流體機械等各行各業(yè)，并得到了廣大客戶的普遍認(rèn)可。近年來，結(jié)合材料技術(shù)、設(shè)計能力以及制造工藝等方面的進步，鐵姆肯公司對調(diào)心滾子軸承進行了升級設(shè)計，推出了全新一代的E系列調(diào)心滾子軸承。

1 E系列調(diào)心滾子軸承的設(shè)計特點和性能

1.1 保持架設(shè)計特點

保持架是軸承的重要部件，在軸承運轉(zhuǎn)過程中，保持架主要起著分離滾動體、防止?jié)L動體之間的直接接觸、減少摩擦和發(fā)熱、改善潤滑效果以及在軸承非承載區(qū)域正確引導(dǎo)滾動體以防滾動體打滑和歪斜的作用。另外，在軸承的安裝和拆卸的過程中，保持架起著防止?jié)L動體從套圈脫落的作用。因此，軸承保持架的材料和設(shè)計對軸承的可靠性和整體性能有著至關(guān)重要的作用。

E系列調(diào)心滾子軸承有兩種形式的保持架設(shè)計，一種是EJ型沖壓鋼保持架（圖1），常用于尺寸較小的調(diào)心滾子軸承，另一種是EM或EMB型機加工黃銅保持架（圖2），多用于中大型的調(diào)心滾子軸承。

1.1.1 EJ型沖壓鋼保持架

EJ型沖壓鋼保持架采用了獨特的創(chuàng)新設(shè)計，有以下幾個主要特點：

（1）EJ型沖壓鋼保持架由內(nèi)圈引導(dǎo)，減少了滾動體的載荷。保持架支撐橫梁設(shè)計在滾動體中心線直徑以上，這種設(shè)計允許保持架橫梁有更寬的設(shè)計寬度，從而可提高保持架的強度和剛度，降低高沖擊載荷或頻繁加減速工況下保持架內(nèi)部的應(yīng)力。

（2）EJ型保持架采用先進的沖壓工藝保證良好的制造精度控制，保持架兜孔集成了滾子引導(dǎo)功能，可以引導(dǎo)滾子進出軸承承載區(qū)。由于不需要引導(dǎo)環(huán)對中引導(dǎo)，因此降低了滾子和內(nèi)圈之間的摩擦。同時，這也留出了更多的空間，可以設(shè)計更長的滾子，提高負(fù)載能力，減少軸承應(yīng)力。另外，更多的內(nèi)部空間也改善了潤滑劑流動性，有利于帶走軸承工作產(chǎn)生的熱量。

（3）EJ型沖壓鋼保持架表面采用滲氮硬化處理工藝，提高了保持架的強度和耐磨性，使軸承可以在更惡劣的應(yīng)用工況中正常運轉(zhuǎn)。

（4）EJ型沖壓鋼保持架端面具有獨特的開槽處理，有利于提高潤滑劑的流動性，降低軸承工作溫度，延長軸承使用壽命。同時，這種創(chuàng)新設(shè)計使得保持架具有更輕的重量和更小的離心力，更利于軸承在高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用工況中運行。

1.1.2 EM或EMB型黃銅保持架

圖1 EJ型沖壓鋼保持架

圖2 EM或EMB型機加工黃銅保持架

圖3 EM型黃銅保持架

圖4 EMB型黃銅保持架

這種類型的保持架為經(jīng)過精密機加工的開放式指型保持架，分別如圖3和圖4所示。EM型、EMB型保持架均采用一片式設(shè)計，它們的區(qū)別在于保持架的引導(dǎo)方式不同。EM型保持架常用于中小尺寸調(diào)心滾子軸承設(shè)計，保持架較輕，由滾動體來引導(dǎo)；而EMB型保持架常用于中大尺寸的調(diào)心滾子軸承設(shè)計，保持架較重，由軸承內(nèi)圈來引導(dǎo)。精密機加工黃銅保持架具有精確的外形尺寸，對滾動體有更好的引導(dǎo)作用，開放式的指型設(shè)計可使?jié)櫥洼p易到達(dá)所有需要潤滑的工作表面，確保充分潤滑軸承并降低軸承的工作溫度。另外，黃銅保持架具有很高的強度、良好的高溫穩(wěn)定性能和較低的摩擦系數(shù)。這些特點使得EM型和EMB型的調(diào)心滾子軸承常用于高溫、高速、具有沖擊載荷、潤滑不足等惡劣的工況環(huán)境中。

1.2 其他方面的改進及其效果

除了保持架的設(shè)計改進和創(chuàng)新外，E系列調(diào)心滾子軸承對內(nèi)部幾何形狀也進行了優(yōu)化設(shè)計：優(yōu)化了滾道和滾動體接觸面的吻合度，優(yōu)化了滾道面和滾動體的修型，在制造工藝上改善了滾道面和滾動體的表面粗糙度和表面紋理。這些改進和創(chuàng)新使得E系列調(diào)心滾子軸承整體性能得到很大程度的提高，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）承載能力更高

E系列調(diào)心滾子軸承承荷能力比之前的軸承設(shè)計平均增長了18%，因此在同樣的應(yīng)用工況下軸承設(shè)計壽命可以提高近75%。在設(shè)計空間受限的情況下，選用E系列調(diào)心滾子軸承可以實現(xiàn)更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（2）運行溫度更低

與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，新一代E系列產(chǎn)品憑借改進的表面處理和設(shè)計創(chuàng)新可以減少摩擦轉(zhuǎn)矩，降低軸承的運行溫度，延長潤滑劑壽命和軸承工作壽命，軸承可靠性也更高。

（3）熱轉(zhuǎn)速等級更高

由于采用了創(chuàng)新的保持架設(shè)計、優(yōu)化的內(nèi)部幾何設(shè)計以及更好的表面粗糙度和表面紋理，軸承運轉(zhuǎn)的溫度更低，軸承的熱轉(zhuǎn)速等級也得到相應(yīng)提高。與之前的Timken?調(diào)心滾子軸承產(chǎn)品相比，在相同工況下，E系列調(diào)心滾子軸承平均參考轉(zhuǎn)速提高了17%。

2 E系列調(diào)心滾子軸承的應(yīng)用

在歐洲某知名客戶的制粒機中，原裝軸承為其他知名品牌的調(diào)心滾子軸承，在最高工作溫度達(dá)到150℃，沖擊、重載和震動的惡劣工況下，調(diào)心滾子軸承平均500h就需更換一次。頻繁停機導(dǎo)致軸承更換成本昂貴，而客戶更換了兩個軸承后，供應(yīng)商也未能解決這個問題。最后，客戶不得不要求其設(shè)備供應(yīng)商尋找可替換的更可靠的軸承產(chǎn)品。最終設(shè)備供應(yīng)商選擇了Timken?E系列調(diào)心滾子軸承。安裝后測試表明，在同樣運行條件下，E系列調(diào)心滾子軸承實際壽命達(dá)到2500h，是原軸承壽命的5倍。此外，客戶的溫度監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，E系列調(diào)心軸承的運行溫度比同類產(chǎn)品工作溫度低5%～8%。在這個應(yīng)用中，正因為E系列調(diào)心滾子軸承運行溫度更低，從而改善了潤滑狀況，延長了潤滑劑和軸承的使用壽命。

另一個案例是水泥行業(yè)破碎機的應(yīng)用。破碎機應(yīng)用是最具挑戰(zhàn)性的軸承應(yīng)用之一，在破碎機應(yīng)用中，軸承往往處于極端載荷以及雜質(zhì)入侵的工作環(huán)境中。在某歐洲客戶的破碎機皮帶輪里，原始設(shè)計是圓柱滾子軸承和球軸承的配置，在實際應(yīng)用中，軸承每工作三個月左右時間就會損壞，給客戶帶來了昂貴的停機維護成本和軸承更換成本。針對這種在破碎石塊過程中存在偏心、變形和沖擊載荷的應(yīng)用，鐵姆肯公司工程師選用E系列調(diào)心滾子軸承替代了原來的軸承方案，并且對應(yīng)用進行了潤滑分析，向客戶推薦了合適的潤滑脂以及換脂周期。按照設(shè)計改動安裝調(diào)心滾子軸承后，破碎機運行了一年半時間軸承也未損壞過。

3 結(jié)語

綜上所述，憑借技術(shù)改進和創(chuàng)新，鐵姆肯公司E系列調(diào)心滾子軸承產(chǎn)品具有更高的承載能力，更低的運行溫度，以及更高的熱轉(zhuǎn)速等級，為客戶提供了滿足嚴(yán)苛應(yīng)用需求的調(diào)心滾子軸承解決方案。這些產(chǎn)品和方案可以幫助原始設(shè)備制造商設(shè)計出更為精簡可靠的設(shè)備，幫助終端用戶減少停機時間和降低運營成本。