中小型行星減速機(jī)軸承漏脂問題解決方案

杜飛

(上海皮爾軸承有限公司 應(yīng)用工程部，上海 200060)

中小型行星減速機(jī)適配各類伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)和液壓馬達(dá)等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在航空航天、艦船、通信、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療機(jī)械及電子設(shè)備等領(lǐng)域。中小型行星減速機(jī)普遍存在減速機(jī)腔體內(nèi)的潤滑脂從輸入軸端密封深溝球軸承泄漏的情況，尤其是垂直布置的減速機(jī)。漏出的油脂可能會(huì)回流到電動(dòng)機(jī)內(nèi)引起電動(dòng)機(jī)故障；減速機(jī)箱體內(nèi)的齒輪潤滑脂長期泄漏會(huì)造成齒輪的潤滑不良而引起故障。因此，必須對(duì)行星減速機(jī)的漏脂問題加以解決。

1 中小型行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工況

1.1 減速機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:

(1) 輸入軸由一套密封深溝球軸承支承，輸出軸由兩套密封深溝球軸承支承；

1—輸出軸；2—輸出軸軸承；3—行星輪；4—齒；5—太陽輪；6—輸入軸軸承；7—適配凸緣；8—夾緊螺絲；9—夾緊環(huán)；10—夾緊套；11—裝配孔

(2) 減速機(jī)箱體為封閉腔體，沒有透氣孔；

(3) 齒輪采用脂潤滑，加脂量按減速機(jī)腔體自由空間的1/3添加；

(4) 減速機(jī)輸入和輸出端都不加密封，減速機(jī)腔體內(nèi)潤滑脂的密封完全依靠輸入、輸出端密封深溝球軸承。

1.2 工況條件

載荷比(當(dāng)量動(dòng)載荷/額定動(dòng)載荷)P/Cr≤9%； 額定輸入轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，極限輸入轉(zhuǎn)速為5 000 r/min；正常工作溫度為-20～60 ℃，極限工作溫度范圍為-50～90 ℃。

2 漏脂原因分析

2.1 減速機(jī)箱體內(nèi)外壓力差

由于該類型減速機(jī)箱體為封閉腔體，減速機(jī)在工作中產(chǎn)生溫升，腔體內(nèi)氣體會(huì)隨著溫升而膨脹，造成腔體內(nèi)部壓力會(huì)大于外部的大氣壓力。假設(shè)減速機(jī)腔體內(nèi)的氣體為理想氣體，則氣體狀態(tài)方程為

根據(jù)試驗(yàn)條件，P1=1.13×105Pa，T1=24.41 ℃，T2=61.25 ℃，V1=V2，可得P2=2.84×105Pa，減速機(jī)腔體內(nèi)外壓力差P2-P1=1.71×105Pa。

2.2 密封結(jié)構(gòu)

減速機(jī)軸承傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。密封結(jié)構(gòu)1由三唇組成，在普通應(yīng)用場(chǎng)合具有很好的防塵、防異物、甚至防泥水進(jìn)入軸承內(nèi)部的效果;另外，導(dǎo)油唇對(duì)防止軸承內(nèi)部潤滑脂泄漏有一定的作用。密封結(jié)構(gòu)2的雙唇結(jié)構(gòu)對(duì)外來異物和泥水具有雙層防護(hù)的效果。但這兩種密封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，在壓力差的作用下基本上都在1～2 h內(nèi)出現(xiàn)減速機(jī)箱體內(nèi)的潤滑脂從軸承大量泄漏的問題。這是因?yàn)樵趬毫Σ畹淖饔孟拢芊饨Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形所致(圖4、圖5)。

圖2 密封結(jié)構(gòu)1

圖3 密封結(jié)構(gòu)2

圖4 密封結(jié)構(gòu)1的受壓狀態(tài)

圖5 密封結(jié)構(gòu)2的受壓狀態(tài)

3 解決方案

改進(jìn)措施主要有：(1)在減速機(jī)箱體或軸承上開透氣孔，消除減速機(jī)腔體內(nèi)因氣體受熱膨脹產(chǎn)生的壓力；(2)改進(jìn)軸承的密封結(jié)構(gòu)，提高軸承在內(nèi)外壓力差條件下的密封性能。

對(duì)減速機(jī)加工透氣孔的方法如圖6、圖7所示，但該方案不是解決問題的根本辦法，因?yàn)椴煌褂脠?chǎng)合減速機(jī)的布置差異較大。合理地增設(shè)透氣孔，可以有效地排氣，消除壓力差，若透氣孔布置不合理可能起不到透氣減壓的作用，還會(huì)有從透氣孔漏脂的危險(xiǎn)。

圖6 行星減速機(jī)水平放置

圖7 行星減速機(jī)垂直放置

改進(jìn)后選用的密封結(jié)構(gòu)如圖8所示，該密封結(jié)構(gòu)能夠利用減速機(jī)腔體內(nèi)的壓力，在減速機(jī)腔體內(nèi)氣體和潤滑脂的壓力作用下密封唇會(huì)越壓越緊，從而達(dá)到更好的密封效果(圖9)。另外，內(nèi)圈密封槽經(jīng)過磨削后具有很好的表面質(zhì)量，保證了軸承不會(huì)因密封唇過盈量大而造成軸承溫升過大的問題。

圖8 RSFP型密封結(jié)構(gòu)

圖9 RSFP密封的受壓狀態(tài)

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方案

將一組2RSFP密封結(jié)構(gòu)的6207軸承安裝在PL120-4行星減速機(jī)的輸入端，減速機(jī)垂直布置(圖7 )；將另一組2RSFP密封結(jié)構(gòu)的6207軸承安裝在PL120-8行星減速機(jī)的輸入端，減速機(jī)水平布置(圖6 )，兩組試驗(yàn)減速機(jī)箱體內(nèi)添加潤滑脂量較正常水平稍多。減速機(jī)在轉(zhuǎn)速為2 840 r/min下空轉(zhuǎn)。

4.2 試驗(yàn)要求

(1)軸承不能有潤滑脂漏出；(2)箱體的溫升不能超過40 ℃;(3)減速機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)7天不漏脂。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

PL120-4測(cè)試14天后停機(jī)，PL120-8測(cè)試8天后停機(jī)，測(cè)試結(jié)果見表1和表2。

表1 PL120-4 試驗(yàn)結(jié)果

表2 PL120-8 試驗(yàn)結(jié)果

由表1、表2可知，PL120-4 垂直安裝的行星減速機(jī)運(yùn)行14天未發(fā)現(xiàn)有漏脂的現(xiàn)象并且減速機(jī)系統(tǒng)溫升較低，完全在要求的范圍內(nèi)；PL120-8 水平安裝的行星減速機(jī)運(yùn)行8天未發(fā)現(xiàn)漏脂，減速機(jī)系統(tǒng)溫升相對(duì)PL120-4稍高一些，但依然在要求范圍之內(nèi)。

5 結(jié)束語

通過試驗(yàn)驗(yàn)證表明，改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)可以有效解決中小型行星減速機(jī)箱體內(nèi)齒輪潤滑脂從軸承內(nèi)部泄漏的問題，盡管改進(jìn)后的軸承加工成本較普通密封軸承高，但使用效果好，應(yīng)用前景良好。