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        磁懸浮保護(hù)軸承表面鍍層試驗研究

        2023-07-10 06:20:20南建輝張志華閻昌春吳俊成
        哈爾濱軸承 2023年2期
        關(guān)鍵詞:二硫化鉬磁懸浮內(nèi)圈

        南建輝,張志華,閻昌春,吳俊成

        (1.杭州人本軸承有限公司杭州 310022;2.杭州人本電機(jī)軸承有限公司杭州 310022)

        磁懸浮保護(hù)軸承廣泛應(yīng)用于高速電機(jī)、飛輪儲能、離心壓縮機(jī)等利用磁懸浮技術(shù)的領(lǐng)域。保護(hù)軸承主要用于轉(zhuǎn)子失穩(wěn)跌落時支撐轉(zhuǎn)子,防止出現(xiàn)電磁機(jī)構(gòu)等損壞,同時也用于在系統(tǒng)停機(jī)后對轉(zhuǎn)子進(jìn)行支撐。其性能的好壞對主機(jī)的壽命、磨損、可靠性有較大的影響[1-5]。

        由于磁懸浮保護(hù)軸承的特殊性,其工作特點如下:

        (1)承受轉(zhuǎn)軸跌落時的沖擊力,大約是轉(zhuǎn)軸重力的20倍以上。

        (2)要求軸承具有耐速差造成的滑動摩擦發(fā)熱、沖擊重載的技術(shù)性能,還應(yīng)具有高可靠度。

        (3)要求高轉(zhuǎn)速。

        (4)要求高抗電蝕能力。常規(guī)軸承無法滿足保護(hù)軸承的工況要求,故需要對其表面進(jìn)行鍍層處理。

        1 表面鍍層技術(shù)研究

        為了提高保護(hù)軸承的耐腐蝕、防銹、耐高溫和耐電蝕等性能,套圈可采用表面鍍層處理,鋼球采用陶瓷球。目前表面鍍層有表面發(fā)黑、WCC、G薄膜涂層、純二硫化鉬涂層、二硫化鉬+鋁鈦+硫化銻混合涂層等表面涂層處理。涂層和陶瓷球在提高潤滑、降低摩擦力和減少發(fā)熱溫升方面起到關(guān)鍵作用,是實現(xiàn)高速磁浮電機(jī)保護(hù)軸承耐高溫性能的關(guān)鍵技術(shù)。

        1.1 表面鍍層技術(shù)確定

        相對于保護(hù)軸承內(nèi)部滾動摩擦發(fā)熱來說,高速轉(zhuǎn)子跌落沖擊軸承內(nèi)圈接觸面發(fā)生差速滑動摩擦發(fā)熱要高得多。下面針對立式高速磁浮電機(jī),分析計算發(fā)生瞬時沖擊接觸時接觸面的溫升情況。顯然,對于立式高速磁浮電機(jī)來說,瞬時沖擊發(fā)生在轉(zhuǎn)子軸肩和保護(hù)軸承內(nèi)圈端面接觸面上。為了簡化理論分析計算,設(shè)定瞬時時間為0.01s,瞬時差速摩擦產(chǎn)生的熱量全部被厚度為0.3mm的內(nèi)圈端面吸熱層吸收,內(nèi)圈端面接觸面的平均直徑為70mm,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為20000 rpm,轉(zhuǎn)子重量為45kg。

        差速滑動摩擦瞬時摩擦產(chǎn)生的熱量:

        Q=μ NΔχ

        式中:

        μ——差速滑動摩擦系數(shù)

        N——瞬時單擊接觸壓力

        △x——瞬時滑動位移

        內(nèi)圈端面吸熱層的瞬時溫升:

        ΔT=Q/(c·m)

        式中:

        △T——瞬時溫升

        c——比熱

        m——內(nèi)圈吸熱層的質(zhì)量

        根據(jù)不同鍍層的性能特點及摩擦系數(shù),計算摩擦熱,從而確定合適的鍍層。

        1.2 表面鍍層選擇

        根據(jù)保護(hù)軸承工作特點,考慮到實際工作中以滑動摩擦為主,所以選擇復(fù)合二硫化鉬-1、復(fù)合二硫化鉬-2、WCC、發(fā)黑等四種鍍層進(jìn)行保護(hù)軸承的試驗研究。鍍層信息如表1:

        表1 不同鍍層的性能

        2 試驗驗證

        2.1 試驗條件

        對采用不同鍍層的保護(hù)軸承在立式磁懸浮系統(tǒng)保護(hù)軸承性能試驗機(jī)上進(jìn)行跌落壽命試驗。上軸承采用61813、下軸承采用71913C/DF,試驗轉(zhuǎn)子配重45kg,保護(hù)軸承面對面安裝;依次在轉(zhuǎn)速10000rpm、15000rpm、20000rpm的情況下進(jìn)行跌落,觀察試驗后軸承的磨損情況。

        2.2 試驗結(jié)果分析

        不同鍍層在試驗后的溫升和磨損情況對比如表2。

        表2 不同鍍層試驗后的性能

        3 結(jié)論

        通過將不同鍍層的保護(hù)軸承在立式磁懸浮系統(tǒng)保護(hù)軸承性能試驗機(jī)上進(jìn)行對比試驗,試驗結(jié)果表明:采用復(fù)合二硫化鉬-2鍍層的保護(hù)軸承由于降低了滑動摩擦系數(shù),內(nèi)圈端面吸熱表層的溫升比其它涂層的溫升低,而且未見明顯的磨損。

        采用復(fù)合二硫化鉬-2鍍層的保護(hù)軸承已經(jīng)批量在客戶中使用,反映效果良好,未見失效情況。

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