锤片式饲料粉碎机滚动轴承磨损寿命分析和计算

孙春一 刘 峰

（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001）

锤片式饲料粉碎机主轴滚动轴承是重要的支撑部件[1]，滚动轴承是易损件，它的主要失效形式为疲劳点蚀或磨损。一般条件下，为防止发生疲劳点蚀进行疲劳寿命计算即可。然而在大中型饲料加工厂的粉碎车间，空气中漂浮大量粉尘，工作条件比较恶劣，使粉碎机轴承在工作过程中不是由于疲劳点蚀，而是由于摩擦磨损严重，过量的磨损使轴承丧失正常的工作性能所致，从而降低轴承运转寿命和可靠性，直接影响锤片式饲料粉碎机的性能指标和工作寿命。

轴承磨损的原因往往是多因素的，很复杂，轴承失效后，搞不清楚轴承失效原因时就简单地更换新轴承，并不能排除再次失效的风险，重蹈覆辙,而且轴承磨损寿命尚无统一完善的计算方法，因此研究轴承磨损原因，进行磨损寿命计算和预测，为设计人员和使用者提供参考是非常必要的，具有实际意义。

1 滚动轴承引起磨损的理论分析

轴承磨损失效从内在因素和使用因素两方面来考虑和分析。内在因素主要是指轴承的结构设计、制造工艺和材料质量[2]，轴承是标准件，只要饲料加工机械制造企业按国家标准选用，内在因素不是轴承失效的根源。使用因素主要是指安装调整、使用维护。据统计，近70%的滚动轴承失效和损坏是由于使用和维护不当造成的。饲料加工机械在正常工作条件下，轴承工作温度最大不超过60～70℃，当饲料加工厂车间内充斥粉尘，轴承密封不良时，粉尘钻到轴承里，同润滑剂中的杂质一起形成磨粒，在滚道和滚珠表面造成凿削式或犁沟式的擦伤，引起磨粒磨损，同时，由于滚道和滚珠表面的轮廓峰使摩擦表面受力，局部摩擦热使表面温升过高，造成润滑油膜破裂，严重时表面层金属将会局部融化，接触点产生黏着、撕脱、再黏着的循环过程，引起黏附磨损，磨粒磨损和黏附磨损使轴承的游隙增加，配合精度降低，噪声和振动增大，所以对滚动轴承磨损寿命进行计算是十分重要的。

2 滚动轴承磨损寿命计算

通过前面的分析可知，轴承磨损失效是磨粒磨损和粘附磨损综合作用的结果，把磨损引起的轴承径向游隙增量作为轴承磨损程度的指标，通过磨粒磨损计算确定径向游隙增量，将它代入粘附磨损计算求出黏附磨损寿命，然后由下式求出滚动轴承磨损寿命

式中：a1为对可靠性的寿命修正系数；a2为对材料的寿命修正系数；a3为运转条件的寿命修正系数[3]。

2.1 磨粒磨损计算

随着轴承磨粒磨损量的增加，径向游隙增大产生径向游隙增量：

式中：[△ur]为径向游隙增量(μm)；K1为磨粒磨损许用磨损因数，由有关图表查出[4]；e0为与轴承内径有关的磨损率(μm)；d为轴承内径(mm)。

2.2 黏附磨损计算

黏附磨损寿命根据试验值建立经验公式[5]，即

式中：Lh为滚动轴承黏附磨损寿命（h）；n为轴颈转速(r/min)；[△ur]为径向游隙允许增量(μm)；KV为体积磨损度，其实验值可按轴承外径D，润滑油运动黏度与轴承转速的乘积vn由有关图表查出；m为指数，通常m=0.1～0.5；s0为滚动轴承每106转的滑移距离(μm)，其近似值可根据轴承的C/P和几何参数D（1+10sinβ）由有关图表查出，β为轴承标准接触角；C为轴承额定动载荷(N)；P为轴承当量动载荷(N)。

3 滚动轴承磨损计算和预测

一个SFSP56系列的锤片式饲料粉碎机，主轴采用两个22212C调心滚子轴承支承，轴承内径d=60 mm，转速n=2 950 r/min，轴承径向载荷=1 950 N，轴向载荷=960 N，采用锂基二硫化钼润滑脂润滑，预测其磨损寿命。

① 磨粒磨损计算：将式(3)，e0=7.15 μm，由文献[4]表2.1-21给出K1=8，K1和e0代入式(2)得[△u1]=57.2 μm。

② 黏附磨损计算:查轴承手册，22212C轴承的额定动载荷C=110 000 N、额定静载荷=88 200 N、D=110 mm，e=0.24。

当量动载荷

接触角β=3°，几何参数D(1+10sinβ)=111.5 mm，由文献[5]图43.2-9查出S0=1 100 μm；

查闻邦椿[5]表43.4-13，润滑脂基础油运动黏度v=150×10-6m2/s，则

由D和vn查图43.2-8得到

取m=0.5，代人式（4），得到黏附磨损寿命Lh=112 57 h。

③ 磨损寿命计算：可靠度R=0.9时，a1=1，a2=a3=1，代人式(1)得到磨损寿命La=17 714 h。

④ 按滚动轴承疲劳寿命计算公式，疲劳寿命Lh=147 435 h,磨损寿命比疲劳寿命要短很多，因此轴承磨损更危险，在文献[1]锤片式饲料粉碎机保养中规定，工作1 000 h，轴承应拆洗一次，更换润滑脂，这样可以延长轴承磨损寿命。

4 结语

锤片式饲料粉碎机滚动轴承磨损原因分析、磨损寿命计算和预测的方法等可为在多粉尘条件下工作的其他饲料加工机械轴承磨损研究和评定时采用或借鉴。

[1]庞声海,饶应昌.饲料加工机械使用与维修[M].北京：中国农业出版社,2000.

[2]卜炎.实用轴承技术手册[M].北京：机械工业出版社,2004.

[3]王超,王金等.机械可靠性工程[M].北京:冶金工业出版社,1992.

[4]张松林.轴承手册[M].南昌:江西科学技术出版社,2004.

[5]闻邦椿.机械设计手册第6册[M].北京：机械工业出版社,2010.