高速密封軸承防塵性能試驗機

李文華，賀浩，王健

（1.捷頌（上海）傳動科技有限公司，上海 201100；2.洛陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南 洛陽 471039；3.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039）

密封軸承是指一面或兩面裝有密封圈，具有一定的防塵、防漏脂功能的滾動軸承，由于其應用場合的特殊性，其密封性能從某種意義上講比疲勞壽命還重要。因此，為研究高速密封軸承的防塵性能，針對某型吸塵器用軸承的防塵性能要求設計了一種高速密封軸承防塵試驗機。

1 主要技術參數及功能

高速密封軸承試驗機主要技術參數為：1）試驗軸承內徑范圍為5～20 mm；2）最高試驗轉速為60 000 r／min，升降速時間為10 s；3）灰塵筒轉速為20～100 r／min。

高速密封軸承試驗機可按照標準件及試驗要求完成相關密封軸承的防塵性能試驗，其具備以下功能：1）采用計算機自動控制，可在指標范圍內任意設置轉速、試驗時間、循環次數等參數；2）可實時監測轉速、溫度、振動、電流、試驗時間、循環次數等參數，并實時顯示所有參數的采樣數據及曲線，具有數據存儲、打印及調用功能；3）當軸承失效或設備故障時自動報警停機，可實現無人值守、試驗過程智能化管理。

2 試驗機結構

如圖1所示，高速密封軸承試驗機由試驗主體部件、床身部件、電氣系統、計算機測控系統組成。其中，床身部件為標準工作臺面，外形尺寸為1 200 mm×750 mm×800 mm（長×寬×高），用以放置試驗主體，床身臺面下安裝2個抽屜用以放置工裝配件、工具等。

圖1 試驗機系統結構圖Fig.1 Structure diagram of tester

2.1 試驗機主體

試驗主體部件放置在床身部件上，主體結構如圖2所示，主要包括工作臺、減速電動機、聯軸器、傳動軸系、灰塵筒、試驗頭組件、溫度傳感器、振動傳感器、電主軸等部件。

圖2 試驗主體結構圖Fig.2 Structure diagram of main body for tester

電主軸由2個主軸支座通過螺釘連接固定在工作臺上，試驗頭組件為懸臂結構，其芯軸安裝在電主軸的軸伸端，懸伸到灰塵筒中，由主軸直接驅動運轉；傳動軸系中傳動主軸兩端由軸承支承，裝于剖分式外套中，通過螺釘連接固定于工作臺上，傳動主軸通過兩端凸緣分別與減速電動機和灰塵筒相連接，從而傳遞動力。

減速電動機通過聯軸器與傳動軸系連接，拖動灰塵筒低速（約50 r／min）旋轉，將灰塵攪拌、拋灑，形成灰塵環境。通過對試驗機電主軸和灰塵箱的啟停及速度控制，灰塵規格和量按對應軸承的試驗要求添加，從而對軸承不同的環境和工況的防塵性能進行檢驗。

2.2 試驗頭

試驗頭是試驗機的核心部件，用于試驗軸承、傳感器的安裝及連接，其結構如圖3所示。軸承座及安裝盤上分別安裝溫度傳感器及振動傳感器，用于監測試驗時軸承的振動、溫度情況，1次試驗1套軸承。

圖3 試驗頭結構圖Fig.3 Structure diagram of test head

2.3 灰塵筒

灰塵筒的作用是為試驗提供灰塵環境，其由減速電動機通過傳動軸系驅動，轉動時攪動內部的灰塵介質以模擬軸承的實際工作環境。

如圖4所示，灰塵筒由有機玻璃筒及鼠籠支架構成一個密封的腔體部件，固定盤和密封盤上設有環形槽，罩筒兩端分別裝在固定盤和密封盤上的環形槽內并頂在鑲嵌于環形槽內的O形圈上，鼠籠支架兩端分別與固定盤和密封盤通過螺釘連接，使罩筒與O形圈壓緊從而達到密封效果。密封盤內圈裝有氈圈，與試驗頭安裝盤配合；固定盤則與傳動軸的凸緣相連接，從而使得灰塵筒內部形成一個密封的腔體。罩筒內部有8個攪拌柄，轉動時攪動里面的灰塵介質，從而模擬工作環境。

圖4 灰塵筒結構Fig.4 Structure diagram of dust tube

2.4 電氣及計算機測控系統

電氣及計算機測控系統由電控柜、工控機、濾波箱、振動傳感器、溫度傳感器等組成，主要實現對試驗機電主軸和灰塵箱的啟停及速度等功能的控制，并對溫度、振動、電流、轉速及試驗時間等信號進行采集監控，計算機監控系統如圖5所示。

試驗機測試程序主界面如圖6所示，用C＋＋Builder編制，該界面可實時顯示所有參數的采樣數據及曲線。界面顯示現在時間、試驗運行總時間，以及當前試驗所運行的周期、步驟、時間，以方便工作人員觀察。界面最下分別顯示變頻器狀態和試驗機狀態。點擊界面上的“運行”按鈕后開始試驗，試驗中電主軸和灰塵箱的啟停由輸入的載荷譜自動控制。到達試驗時間或設定循環次數后試驗自動停止并給出相應提示。試驗中點擊“停止”按鈕可暫停試驗，點擊“總?！卑粹o會關閉所有電動機。

3 試驗情況

試驗軸承為608-2RS型高速密封軸承，灰塵介質為符合GB／T 2479—2008《普通磨料 白剛玉》規定的粒度為標記F240的白剛玉粉，填灰量為灰塵筒容積的0.4%，灰塵筒轉速為50 r／min，環境溫度為26℃，主軸轉速55 000 r／min，試驗時間6 h，軸承溫度穩定在27℃左右。

試驗期間，試驗機運行平穩、工作可靠，溫度（軸承溫升曲線如圖7所示）、振動等信號正常。試驗結束后取下軸承，將其外部附著的灰塵和漏出的潤滑脂擦拭干凈，用專用的工具拆掉防塵蓋，依據SH／T 0336—1994《潤滑脂雜質含量測定法（顯微鏡法）》檢測得該套軸承的進灰量為4 850個／cm3，軸承防塵性能符合GB／T 32321—2015《滾動軸承 密封深溝球軸承 防塵、漏脂及溫升性能試驗規程》的要求，說明該試驗機滿足吸塵器用高速密封軸承的防塵性能試驗要求。

圖7 軸承溫升曲線Fig.7 Temperature rise curve of bearing

4 結束語

密封軸承的防塵性能是其重要指標，但對于防塵性能的試驗手段并不多，為分析密封軸承的防塵性能并不斷提高高速密封軸承的設計水平和產品質量，設計了一種高速密封軸承防塵性能試驗機。經試驗及實際應用考核，該試驗機運行穩定、性能可靠、操作方便、易于維護，可為高速密封軸承的防塵性能提供真實有效的試驗數據，為軸承廠商提高產品的設計質量依據、也可作為用戶的使用提供參考，具有積極的推廣價值。