振动压路机振动轴承早期失效原因分析及改进措施

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由于振动压路机作业效率高，压实效果好，在工程施工中的应用越来越广泛。作为振动压路机的核心部分，振动轮的可靠性直接影响着振动压路机的性能以及施工质量，而振动轴承的性能是影响振动压路机工作装置--振动轮可靠性的重要因素。

1 振动系统工作原理振动轮压路机振动系统的结构如图 1所示。

振动轮压路机振动系统的激振力主要由调幅装置的旋转产生。如图 1所示，调幅装置 2安装在振动轴5上，振动轴承1支撑着振动轴5，左右两个1.振动轴承 2.调幅装置 3.中间联轴器 4.甩油盘 5振动轴 6.振动马达图 1 振动系统结构示意图调幅装置通过中间联轴器3相连，振动马达6旋转带动振动轴旋转，使调幅装置以3 000 r/min(50 Hz)的速度高速旋转，从而产生巨大离心力(激振力)。

激振力始终由调幅装置偏心侧的 1/3左右圆周方向的轴承内圈滚道承载。调幅装置旋转时，其底部的甩油盘搅动润滑油，使润滑油飞溅到振动轴承上，对振动轴承进行润滑。调幅装置旋转产生的激振力通过振动轴承传递到振动轮上，使振动轮产生振动，从而达到振动压实的效果。从以上分析可知，振动轴承的可靠性直接关系着振动系统的压实效果。

2 故障现象及原因分析对振动轮进行早期拆解检查时，发现振动轴承滚动体出现环带划痕，轴承内圈承载区(调幅装置偏心侧)发生磨损，造成振动轴承早期失效，见图2。

导致振动轴承早期失效的原因主要包括：2.1 轴承选型以及结构参数的影响振动压路机的振动轴承主要承受调幅装置旋转产生的离心力、振动轮的振动冲击以及振动轮摇摆时产生的轴向力，所处工作环境比较恶劣。

图2所示发生早期失效的振动轴承为内圈单挡边 NJ型圆柱滚子轴承，该型轴承由内圈、外圈、圆作者简介：唐恒宁(1984-)，男，山东聊城人，工程师，硕士，研究方向：工程机械设计。

- 59- 滚动体环带划图 2 振动轴承早期失效圈磨损柱滚子及保持架组件构成，外圈两侧带有刚性挡边，内圈带有 1个刚性挡边。

就轴承材料而言，早期影响轴承滚动体以及内圈表面耐磨性能的是材料硬度。对振动轴承材料硬度进行测量，测得滚道面硬度为53 HRC，滚动体表面硬度为58 HRC。振动轴承的材料硬度符合要求。

振动轴承为半定位的圆柱滚子轴承，能够承受径向载荷，还可以承受单向轴向载荷。振动轮的调幅装置产生的最大激振力为 140 kN，产生的激振力由4个振动轴承支撑和传递。振动轴承的额定动载荷为 285 kN，额定静载荷为 290 kN。

根据轴承基本额定寿命公式[1：旦 ，-106 C 1吼-60n P /式中： 。 。- 基本额定寿命，h； 基本额定动载荷，kN； 当量动载荷，kN；n- - 转速，r/min。

根据振动压路机相关参数，可计算得出振动轴承的基本额定寿命大于5 000 h，符合设计要求。

振动轴承的保持架为注塑玻璃纤维增强尼龙保持架，在振动冲击工况下，保持架易发生微小的塑性变形，影响轴承的回转灵活性，导致振动轴承发热量过大 ，润滑油运动黏度降低，润滑油膜厚度减小，造成润滑不良。

振动轴承保持架的引导方式为滚子引导，保持架和滚动体之间是滑动摩擦，加载在滚动体上的负载较大。在滚动体和保持架的运动中，在非负载区，滚动体阻碍保持架前进，使保持架减速；在负载区，滚动体角速度大于保持架角速度，滚动体推动保持- 60- 架前进[21。在振动压路机的振动系统中，调幅装置旋转时，激振力始终由偏心侧的1/3左右的轴承内圈滚道承载。振动压路机调幅装置起振时，振动轴转速从 0 r/min上升到到 3 000 r/min所需的时间小于 3s，在高加速度的工况下，保持架受力大，发生应变，保持架兜孔倾斜，滚动体在轴承运转时既滚动又滑动，-方面导致摩擦增大，发热量增大；另-方面使滚动体不能均匀的分布在整个轴承内，导致载荷不能均匀地分布，滚道面承载区发生应力集中。此外，在3 000 r/min的转速下，保持架不断的承受着滚动体交变的推动力与阻力，滚动体同时承受反作用力，长时间作用后，滚动体会发生环带划痕，严重时会造成滚道面表面剥落。

2.2 润滑油黏度的影响轴承润滑的有效性撒于滚动接触面两个表面的分离程度，即要形成-个有效的润滑油膜。润滑油膜质量用 ，c表示。

，(卫 (1)1式中：广 润滑油的实际工作黏度，mm2/s；。- - 根据轴承平均直径和转速确定的参考黏度，mmZ/s；，c- 润滑油膜质量，-般取 2～4f3。

根据相关资料，该型轴承的参考黏度 。为8.1mm2/s。当轴承转速为3 000 r/min，轴承温度为95。c时，因为 K为2～4时才能保证润滑油膜质量，可知，润滑油的实际工作黏度要大于 16.2 mm2/s，才能满足要求。

振动轴承采用飞溅润滑，调幅装置下部的甩油盘搅起的润滑油沿甩油盘切线方向飞溅到振动轮辐板侧边上，然后沿辐板侧壁流入轴承座上的导油孔，润滑振动轴承。这种润滑方式不能保证润滑油有效的进入振动轴承，导致振动轴承润滑不充分，造成振动轴承的工作温度升高，润滑油黏度下降，润滑油膜质量降低，直至出现边界润滑或因金属接触摩擦而产生轴承烧损问。

2.3 润滑油清洁度的影响在拆解的振动轮激振室中发现少量焊渣以及未清理干净的氧化皮，振动轮工作时剧烈的振动易使残留的焊渣、氧化皮等脱落，脱落的杂质会影响润滑油的清洁度。混入润滑油中的焊渣、氧化皮等杂质易造成振动轴承滚动体与滚道之间磨损严重，导致振动轴承过早失效。

2.4 轴承游隙以及同轴度的影响振动轴承的径向游隙为c5(基本游隙组游隙为0.110～0.140 mm)。设计时，振动轴承外圈与轴承座的配合为140M7(m)，振动轴承内圈与轴的配合为65k6( )。则振动轴承的工作游隙为：s5广△sp-△sT (2)式中：s--轴承的工作游隙，mm；3。--轴承内部径向游隙，ram；△s - 配合引起的径向游隙减少量，mm；△s广 温升引起的径向游隙减少量，mm。

A SpAdAD式中：△ 轴承内圈的膨胀量，ram；△ 轴承外圈的收缩量，mm。

△d-0.9Ud 0.8UO.020 mmAD-0.8UE 0.7UO.016 mmA SpAdAD0.036 mm式中： 轴承内圈内径，mm；- 轴承外圈外径，mm； 轴承外圈滚道直径，mm； 轴承内圈滚道直径，mm；/--理论过盈量，mm。

AsTa· ·1 000(tAK)式中： --钢的线性热膨胀系数，a1.18×10 ，K ；d - 轴承平均直径，mm；(Ⅱ广 AK)--轴承内外圈温差，。C。

可以计算出，振动轴承的工作游隙为 0.061～0.091 mm。根据经验可知，在工作游隙为 0.031-0.091 mm时，振动轴承中同时受载的滚动体最多。

振动轮左右两个调幅装置通过 4个振动轴承支撑，中间依靠联轴器连接。安装时，对支撑调幅装置轴承座孑L的同轴度要求很高，振动轮轴承座止口和轴承安装孑乙的同轴度为 O.08，不能满足正常情况下轴承的工作游隙为0.061～0.091 mm的要求，导致振动轴承的游隙减小，造成振动轴承发热量增大，润滑油膜厚度减校另-方面，由于同轴度达不到要求，振动轴承内圈与滚动体之间的轴向力增加，造成滚动体稳定区域减少，导致滚动体不能正常运转，这将加剧振动轴承内圈与滚动体之间的的摩擦，严重时造成滚动体环带划痕。

3 改进措施针对以上引起振动轴承早期失效的因素，提出如下改进措施：(1)原来选择的振动轴承为 NJ型圆柱滚子轴承，轴承保持架为注塑玻璃纤维增强尼龙保持架，保持架引导方式为滚动体引导。现选择同型号的NJ型圆柱滚子轴承，采用铜质保持架，引导方式改为外圈引导。改进后的轴承结构适用于振动冲击载荷以及高加速工况，保持架兜孔和圆柱滚子间隙合适，易于储存润滑油。

(2)改善润滑。由于甩油盘安装在调幅装置上，调幅装置转速高，甩油盘在单位时间内击打润滑油的次数多达3 000次，容易引起油温升高和润滑油乳化，导致润滑油失效。去除飞溅润滑装置，在轴承座上加工储油槽，通过振动轮行走将润滑油带起，润滑轴承。此举改善了振动轴承的润滑和散热，并利于振动轴承工作时形成良好的润滑油膜。

(3)振动轮辐板加工前进行喷丸处理，以有效去除氧化皮；振动轮焊接后加工面以及激振室内涂防锈油，并将激振室密封，以有效防锈和防尘。

(4)提高轴承座止口和轴承安装孔同轴度，同轴度由 0.08提高到 0.02，使得振动轴承工作游隙受装配时同轴度的影响减小，保证同时受载的滚动体最多，受载区滚动体受载均匀。

4 结论采用上述改进后，轴承早期失效问题得到了有效解决。振动压路机振动轴承的设计，不仅包括轴承参数和类型的选择，还包括整个振动系统的有机匹配和优化，从设计上杜绝故障隐患，才能保证产品的可靠性。