03

創(chuàng)新型保持架的仿真分析

保持架各項分析結(jié)果如圖8-圖12所示。

仿真分析得出結(jié)論：高速軸承保持架在保證其強度，質(zhì)心在軸線上的情況下，重量越輕，保持架所受的作用力（主要為離心力）越??；保持架質(zhì)心離鋼球旋轉(zhuǎn)中心平面的距離越大，則受到鋼球的作用力和沖擊力越大。

隨著底弧半徑的增大，保持架等效應力呈先減小后增大的趨勢，變形量不斷增加。底弧的設計改變了保持架剛度，提高了保持架柔性，受載荷沖擊時，產(chǎn)生較大變形，使保持架等效應力減小。當?shù)谆“霃竭^大時，保持架柔性增大，但去除材料較多，導致相鄰結(jié)構壁厚薄弱，保持架等效應力增大。

圖8 1#鋼球與保持架兜孔碰撞點位置及碰撞力

圖9 軸承零件的平均磨損率

圖10 保持架受力分析結(jié)果

（a）等效應力

（b）變形

圖11 有限元應力和變形分析

底弧半徑/mm

爪部長度/mm

圖12 底弧半徑和爪部長度對保持架強度的影響

04

創(chuàng)新型保持架的試驗驗證

4.1 高速性能試驗

試驗參數(shù)：

1） 試驗機：BLT-T高溫高速密封軸承試驗機

2） 軸承型號：6208

3） 保持架材料：PA46

4） 軸承密封：橡膠密封圈

5）轉(zhuǎn)速：18000r/min

6）載荷：徑向1250N，軸向200N

7）環(huán)境溫度：常溫

8）工位軸承：Ⅰ、Ⅳ工位軸承采用傳統(tǒng)保持架，Ⅱ、Ⅲ工位軸承采用新型專利保持架。

試驗結(jié)果：

Ⅰ號工位軸承運行到18000r/min速度段2min后溫度報警停機，第二次正常運行，第三次運行到18000r/min速度段28min后溫度報警停機。

Ⅳ號工位軸承運行到18000r/min速度段2min后溫度報警停機，第二次運行到18000r/min速度段15min后溫度報警停機。

Ⅱ、Ⅲ工位軸承在三次運行期間均未出現(xiàn)溫度超標報警停機。

試驗運行情況如圖13所示，由圖可知，采用傳統(tǒng)保持架的軸承在運行跑合的中期階段（轉(zhuǎn)速14000～16000r/min），有一時刻溫升急劇升高（143℃左右），但未超過145℃報警停機線，且持續(xù)時間較短，分析原因為：運行中保持架兜孔與鋼球接觸，致使保持架兜孔與鋼球接觸部位的塑料瞬時蠕變導致軸承溫度急劇升高，經(jīng)過多次跑合后，材料性能趨于穩(wěn)定，瞬時發(fā)熱現(xiàn)象大為減緩甚至消失。采用新型保持架的軸承未出現(xiàn)溫度超標，這與保持架兜孔內(nèi)工作表面開有油槽有關，油槽發(fā)揮了儲油和快速散熱的功能。

圖13 創(chuàng)新型保持架的軸承性能試驗曲線1

4.2 高速耐久試驗

試驗參數(shù)：

1）試驗機：ABLT-1A高溫高速密封軸承試驗機

2）軸承型號：6206

3）保持架材料：PA46

4）軸承密封：橡膠密封圈

5）轉(zhuǎn)速：13000r/min

6）載荷：徑向3000N，軸向200N

7）環(huán)境溫度：常溫

試驗結(jié)果：運行近2000h（圖14）

圖14 創(chuàng)新型保持架的軸承高速耐久試驗曲線2

4.3 高溫恒高速性能試驗

試驗參數(shù)：

1）BLT-T高溫高速密封軸承試驗機

2）軸承型號：6207

3）保持架材料：PA46

4）密封方式：鐵蓋

5）轉(zhuǎn)速：18000r/min

6）載荷：徑向1250N，軸向200N;

7）環(huán)境溫度：100℃

試驗運行情況如圖15所示，試驗連續(xù)運行時間為930h。對比試驗的SKF同類型鐵蓋密封軸承僅運行338h（如圖16）。

圖15 創(chuàng)新型保持架的軸承試驗運行曲線2

圖16 對比試驗的SKF軸承試驗運行曲線3

4.4 高溫耐久性試驗

高溫耐久性試驗結(jié)果見表2，軸承連續(xù)運行813h（要求800h）后主動停機，軸承及保持架完好。

表2 6207-2R（4套）軸承的高溫耐久性試驗結(jié)果

圖17 高溫耐久試驗運行曲線4

4.5 高變速性能試驗

高變速性能試驗結(jié)果見表3，連續(xù)運行時間3150s（52.5min），10個循環(huán)，軸承及保持架完好。

表3 6207-2R（8套）軸承的高變速性能試驗結(jié)果

圖18 高變速性能試驗Ⅰ、Ⅳ工位試驗軸承溫度對比

圖19 高變速試驗Ⅰ、Ⅳ工位試驗軸承振動值對比

4.6 高溫極限轉(zhuǎn)速試驗

其他參數(shù)不變，在環(huán)境溫度100℃，24000r/min轉(zhuǎn)速下（由于第一版試驗機振動劇烈，沒有再提高運行轉(zhuǎn)速），連續(xù)運行12～24小時不等，運行期間軸承振動值較小，間接表明了新型保持架的效果。

05

創(chuàng)新型系列保持架產(chǎn)品試驗情況

5.1 微型高速軸承保持架

設計的微型軸承保持架結(jié)構如圖20所示，代表型號695-2RS軸承，采用新設計保持架，在轉(zhuǎn)速為100000r/min（目標轉(zhuǎn)速150000r/min）下，上機兩臺做壽命試驗，雙雙運行超過500h。

圖20 新型微型深溝球軸承保持架

5.2 創(chuàng)新型2020版保持架

創(chuàng)新型2020版高速保持架結(jié)構如圖7b所示，設計結(jié)構特點：1) 在2018版高速保持架的基礎上，考慮到高速高溫運轉(zhuǎn)時，爪口外徑漲大抬起，該爪扣設計成類凹臺形；2) 爪口外徑部位凹臺與兜底外徑部位為斜坡過渡，抗沖擊能力更強；3) 每個兜孔間連接筋板軸向開窗口，更有利于潤滑脂在軸承兩側(cè)的穿行和內(nèi)部溫度場的均勻。

2020版保持架通過試驗驗證得出：1）與2018版保持架相比，軸承振動值降低2～3dB；2）在最新版高溫高速密封性能試驗機上運行時間超過2018版保持架100多小時（使用同樣一款潤滑脂）（轉(zhuǎn)速：18300r/min,載荷：1250N，環(huán)境溫度：100℃）。

06

應用情況

設計的新型高速深溝球軸承目前已進行了超過4萬小時的高速試驗和驗證，主機客戶臺架試驗也表明，新設計高速保持架具有高速運行穩(wěn)定，振動較低，抗沖擊，可靠性高等特點，具有良好的高速高溫運行性能，后續(xù)將進一步的進行試驗驗證和應用分析。