時(shí) 永，鞏嘉貝，朱會(huì)娟

（1.安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司，安徽 237000；2.天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387；3.清華大學(xué)天津高端裝備研究院，天津 300300）

0 引言

軸承作為傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，在傳動(dòng)過(guò)程中，起著承受力以及傳遞運(yùn)動(dòng)的重要作用。軸承的工作狀態(tài)直接影響著整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，軸承的溫升就是其中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，溫度過(guò)高則導(dǎo)致軸承失效，對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生影響。軸承的配合精度與軸承溫升有著密不可分的聯(lián)系。因此，研究不同配合精度對(duì)軸承溫升的影響十分必要。

目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者都對(duì)軸承溫升，配合等問(wèn)題做了相關(guān)研究。 Randall，Peng，ZK 等學(xué)者[1～4]主要研究了不同種軸承的多種故障損傷檢測(cè)方法，并優(yōu)化了檢測(cè)算法。常斌全，鄭衍通等[5～8]主要研究了軸承工作狀態(tài)下的熱力學(xué)特性及軸承的溫升問(wèn)題。余方勤，姚建濤，潘社衛(wèi)等[9～12]主要研究了軸承的配合量對(duì)軸承性能影響和承載能力額影響。黃亞明，常斌全等主要研究了軸承損傷、潤(rùn)滑粘度、配合公差等因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。

軸承作為傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)零部件，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。為了更好的推進(jìn)基礎(chǔ)零部件的不斷發(fā)展，推動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)領(lǐng)域的優(yōu)化升級(jí)，本文主要研究了在傳動(dòng)過(guò)程中，軸承在多因素影響下的工作狀態(tài)，以實(shí)驗(yàn)的方法研究了軸承的溫升問(wèn)題，對(duì)提高軸承的使用效率及傳動(dòng)系統(tǒng)的性能有著極其重要的戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實(shí)意義。

1 配合精度對(duì)軸承溫升的影響

1.1 試驗(yàn)總體參數(shù)分析

對(duì)被測(cè)試軸承進(jìn)行幾何精度和空載摩擦扭矩測(cè)量，并進(jìn)行記錄；對(duì)工藝軸和工藝孔進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算軸承內(nèi)圈和外圈的實(shí)際配合狀態(tài)，并進(jìn)行記錄；制定軸承內(nèi)外圈裝配工藝，并記錄；試驗(yàn)時(shí)，先穩(wěn)定某一扭矩，調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速，記錄下不同轉(zhuǎn)速下的平衡溫度或者溫升狀態(tài)；在調(diào)整至另一扭矩，調(diào)整不同轉(zhuǎn)速，記錄不同轉(zhuǎn)速下的平衡溫度或溫升狀態(tài)；轉(zhuǎn)速和扭矩的采樣點(diǎn)根據(jù)軸承的規(guī)格和試驗(yàn)?zāi)康模性囼?yàn)人員制定，保證足夠多的采樣點(diǎn)，為提高試驗(yàn)效率，可將采樣點(diǎn)集中在常見(jiàn)轉(zhuǎn)速和扭矩附近。所用試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析如下：

表1 試驗(yàn)參數(shù)表Tab.1 Test parameter table

（1）由圖1可得，編號(hào)51和52的軸承在3000rpm階段并未達(dá)到熱平衡，因此這兩組數(shù)據(jù)無(wú)效。

圖1 A組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.1 Group A test original temperature rise curve

圖2 B組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.2 Group B test original temperature rise curve

圖3 C組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.3 Original temperature rise curve of Group C test

圖4 D組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.4 Original temperature rise curve of group D test

圖5 E組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.5 Original temperature rise curve of Group E test

圖6 F組試驗(yàn)原始溫升曲線Fig.6 F group test original temperature rise curve

（2）由圖2可得，5套軸承的溫升數(shù)據(jù)在高轉(zhuǎn)速段的溫升數(shù)據(jù)分散性很大，分析其原因可能是，81#82#為本組試驗(yàn)中初次裝配的軸承，內(nèi)圈實(shí)際過(guò)盈量大于其它幾組軸承，這個(gè)從1000rpm轉(zhuǎn)速段的曲線中81#82#軸承急速升溫可以看出，建議去除。

（3）由圖3可得，編號(hào)58和59的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，分析其原因可能是，81#82#為本組試驗(yàn)中初次裝配的軸承，內(nèi)圈實(shí)際過(guò)盈量大于其它幾組軸承，建議去除。

（4）由圖4可得，編號(hào)93、94和 95的軸承初始升偏高，經(jīng)分析是由于初始油溫過(guò)高引起的，但編號(hào)91和92的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，建議去除。

（5）由圖5、6可得，編號(hào)88和89與編號(hào)77和78的軸承數(shù)據(jù)明顯偏離其他組數(shù)據(jù)，建議去除。

（6）處理后各組的溫升曲線（均值）如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)處理后各組數(shù)據(jù)均值的溫升曲線Fig.7 Temperature rise curve of the mean value of each group after data processing

1.2 內(nèi)圈配合狀態(tài)一定時(shí)不同外圈配合狀態(tài)下熱平衡研究

A、B、C 三組數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖8。D、E、F三組數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖9。

從圖8可以看出：在軸承內(nèi)圈過(guò)盈0.005mm的狀態(tài)下，隨著軸承外圈間隙增大（0～0.02mm），軸承的平衡溫度先降低在升高；從趨勢(shì)線（圖中虛線）可以看出，在高速狀態(tài)下間隙量對(duì)軸承平衡溫度的影響更為敏感；對(duì)于試驗(yàn)軸承，內(nèi)圈過(guò)盈0.005mm時(shí)，外圈保持0.01mm間隙平衡溫度最低，狀態(tài)最佳。

圖8 軸承外圈配合對(duì)熱平衡的影響Fig.8 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

從圖9可以看出：軸承內(nèi)圈過(guò)盈量為0.014mm的情況下，軸承外圈的松緊對(duì)軸承運(yùn)行的平衡溫度影響并不明顯；低轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著外圈間隙增大，平衡溫度略有降低，高轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著外圈間隙增大，平衡溫度略有升高；對(duì)于試驗(yàn)軸承，內(nèi)圈過(guò)盈0.014mm時(shí)，外圈保持0.005mm過(guò)盈量，平衡溫度最低，狀態(tài)最佳。

對(duì)比圖8和圖9可以看出：軸承內(nèi)圈過(guò)盈量較小時(shí)，外圈松緊對(duì)軸承平衡溫度的影響較為明顯；軸承內(nèi)圈過(guò)盈量較大時(shí)，外圈松緊對(duì)軸承平衡溫度無(wú)顯著影響。

1.3 外圈配合狀態(tài)一定時(shí)不同內(nèi)圈配合下熱平衡研究

B、E兩組數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖10。C、F兩組數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖11。

從圖10可以看出：軸承外圈間隙量為0.007mm的情況下，軸承內(nèi)圈的越緊，軸承運(yùn)行的平衡溫度越高；在1000～3000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過(guò)盈0.005m到過(guò)盈0.018mm，軸承運(yùn)行的平衡溫度升高的趨勢(shì)逐漸變大。

從圖11可以看出：軸承外圈間隙量約為0.02mm的情況下，在1000～3000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過(guò)盈0.005m到過(guò)盈0.018mm，軸承運(yùn)行的平衡溫度升高，且升高的趨勢(shì)逐漸變大；在3000～5000rpm范圍內(nèi)，隨著軸承內(nèi)圈配合由過(guò)盈0.005m到過(guò)盈0.018mm，軸承運(yùn)行的平衡溫度升高幅度逐漸減小，在大約4400rpm時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速升高，反而平衡溫度逐漸降低。

圖9 軸承外圈配合對(duì)熱平衡的影響Fig.9 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

圖10 軸承外圈配合對(duì)熱平衡的影響Fig.10 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

圖11 軸承外圈配合對(duì)熱平衡的影響Fig.11 Effect of bearing outer ring fit on heat balance

對(duì)比圖10、圖11可以看出：外圈間隙為0.007mm時(shí)，內(nèi)圈過(guò)盈量變化對(duì)平衡溫度影響較為顯著，且具有比較清晰的規(guī)律；外圈間隙為0.02mm時(shí)，內(nèi)圈過(guò)盈量變化對(duì)平衡溫度影響較不顯著，且無(wú)明細(xì)的規(guī)律；對(duì)于被測(cè)試軸承，建議外圈有一定間隙，但間隙不宜過(guò)大，0.01mm比較理想。

2 結(jié)論

（1）對(duì)于被試軸承，內(nèi)圈采用過(guò)盈配合，外圈采用間隙配合較為合適。

（2）在 0～6000rpm 范圍內(nèi)，隨著內(nèi)圈過(guò)盈量增加（0.005～0.02mm），平衡溫度整體呈上升趨勢(shì)。

（3）在 0～6000rpm 范圍內(nèi)，隨著外圈間隙量增加（0～0.02mm），平衡溫度整體呈先下降后上升的趨勢(shì)，約0.01mm的間隙量為最佳值。

（4）在0～6000rpm范圍內(nèi)，隨著內(nèi)圈過(guò)盈量增加，外圈間隙量對(duì)平衡溫度的影響減小。