抛丸机抛头轴承的失效分析及维护策略

抛头轴承是抛丸机组内的关键部件， 也是较易损坏的部件。本 文 通 过抛丸机抛头轴承在各种条件下的使用寿命分析， 提出较为经济实用的维护方法。
1. 轴承工作条件及失效分析
抛头采用 2313 调心滚子轴承， 转速 3500r /min，较大输入功率 15kW。轴向双端固定， 预紧量可调;径向与轴和抛头直接配合， 无调节装置。载荷变化剧烈， 振动大。
通过大量的失效观察， 2313 轴承在工作中的主要失效类型有: 外圈的过量变形失效、外圈的过量磨损失效、滚动体的过量变形失效、滚动体的剥落失效、保持架的断裂失效、内圈的点蚀失效。引起失效的主要原因有机械振动、磨粒磨损和润滑剂高温失效下产生的坚硬烧结物。
2. 对应的维护策略
( 1) 润滑剂的质与量 由失效因果图 1 可见，润滑剂是引起失效的重要原因。润滑剂同时有降低摩擦， 减小振动， 密封轴承等多种作用， 是必不可少的。润滑剂在反复温升、强烈撞击的条件下， 会出现凝 脂 萎 缩 和 基 础 油 的蒸发， 当 基 础 油 损 失 达50% ～ 60% 时， 润滑剂即丧失润滑能力。而且会氧化变质形成坚硬的杂质， 加速轴承的磨损。因此应严格控制润滑剂的质与量， 取得达到轴承较高寿命的较佳点。
图 1 失效因果图 虽然抛丸机轴承承受较大的交变载荷， 也不能选用含有诸如二硫化钼等添加剂的润滑脂， 因为磨损才是引起失效的主要因素。耐温性能、高速性能、经济性是我们考虑的主要因素。3 号锂基脂是比较合适的油品。
试验选取 4 台 QZG—S1000 抛头分别每月固定加注10mL、20mL、40mL 和 80mL 的 3 号锂基脂， 直到轴承失效， 记录轴承寿命天数， 得到轴承使用寿命记录 A( 见图 2) 。试验结果表明， 每月注油量在 40mL 左右时轴承达到较高寿命， 润滑剂过少则润滑不足， 过多则发热过大， 都将对轴承的使用寿命造成不利的影响
图 2 轴承使用寿命记录 A ( 2) 保持架的改进 2313 轴承保持架为钢板冲压件， 在工作中受到剧烈变化载荷的冲击而产生裂纹， 较终断裂， 丧失夹持滚动体的作用， 使滚动体在某一处聚集不能均匀排列， 引起强烈的偏心， 造成轴承安装孔的磨损。其碎片不断被润滑剂带入，碎片形状不规整， 体积大， 硬度高， 成为轴承磨损的主要物质。由保持架的断裂造成并诱发的轴承失效约占总失效数的 60% 。
轴承的转速较高， 无保持架的满装轴承并不适合。酚醛层压布管实体保持架虽然强度不如钢板冲压件， 但其韧性有很大提升， 有利于防止保持架的断裂，并且它的硬度很低， 断裂后也不会造成另外的危害。实践也证明， 采用酚醛层压布管实体保持架的 2313T 轴承， 使用寿命可显著提高约 40 个工作日。而其价格仅比 2313 轴承多 100 元左右， 是很经济的改进方案。
( 3) 振动的控制 因果图显示， 机械振动是引起轴承失效的根本原因， 但由于抛丸机的工作原理及其制造工艺， 机械振动难以消除。抛丸机叶片产生的负载不平衡， 轴承变形产生的偏心和轴承安装孔磨损产生的偏心是引起振动的主要因素。
调整叶片的动平衡， 增大轴承的预紧力， 对减小振动有较好的作用。另外， 也要考虑到维护的成本。通过记录在不同的抛头维修次数下轴承的使用寿命， 我们得到轴承寿命记录 B ( 见图 3) ， 从记录可以看出， 每一次的轴承更换， 都会对主轴的直线度、轴承座的尺寸等产生不良的影响， 使轴承与主轴、轴承座的配合丧失精度， 在运转中振动加剧，造成更快的磨损和噪声。轴承使用寿命随着轴承更换次数的增多而减少， 轴承工作环境的不断恶化使维护工作的效益越来越低。
图 3 轴承寿命记录 B 设定轴承 2313T 购得价格为 540 元， 维修成本为每人每小时 15 元， 共需两人 2h 修复， 停机损失为每小时 50 元。则可计算出各次更换在一年内造成的损失分别为: ( 15 × 2 + 50) × 2 + 540 = 700 元; 12 /8 ×700 = 1050 元; 12 /6 × 700 = 1400 元; 12 /6 × 700 = 1400元; 12 /5 × 700 = 1680 元; 12 /3 × 700 = 2800 元; 12 /2× 700 = 4200 元; 12 /1 × 700 = 8400 元。当进行到第六次更换时， 平均损失为 700 + 1050 + 1400 + 1400 + 1680+ 2800 = 9030 元， 已接近抛头总成的价格约为 1 万元， 进行第七次更换将超过更换总成的价格。因此，我们认为轴承在进行第六次更换后， 抛头达到其经济寿命， 已不具备维护价值。
3. 结语
从失效分析得知， 机械振动是失效的根本原因，润滑剂烧结物和保持架的碎片是失效的主要原因。较佳的维护策略为， 改用酚醛层压布管实体保持架的 2313T 轴承; 每月加注约 40mL 的 3 号锂基润滑脂， 在使用中， 注意调节叶片的动平衡和轴承的预紧力; 在轴承更换六次后， 达到其经济寿命， 应换装新的抛头总成