某型液压马达轴承失效分析及保持架优化设计.pdf

3 5卷 2 2 0 1 4年6 哈 尔 滨 轴 J OUR NAI OF H ARB I N 承 V t’ I ．3 5 N J I I I 1 ．2 0 某型液压 马达轴承 失效分析及 保持架优化设计 马洪全 ，温丽超 ，崔 拮 1 ． 哈尔滨轴承集【刑公 d技术r t 心，黑龙汀 哈尔滨 1 5 0 0 3 6 ；2 ． 中航 l _ 、 【 哈尔滨轴承村限公 司研发中心，黑坨 [】 尔 碇 1 5 0 0 2 5 摘要液压马达在使用过程中发现回油量异常、流量超标，经分解检查后确认，轴承保持架内、外径 寸 6 导致保持架与内圈的引导间隙增大是产生问题的原因。经失效分析，采取相应的改进措施，解决 了该问题， 满足 了使用 需求 关键词液压马达轴承；失效分析；保持架；优化设计 中图分类号 rr HI 3 3 ． 3 3 2 文献标识码 A 文章编码 1 6 7 2 4 8 5 2 2 0 1 4 0 2 一 O 0 I O - 0 3 Fa i l u r e a na l ys i s f o r be a r i ng an d o p t i m i z e d of c e r t a i n h yd r a ul i c m o t or de s i g n o f c a g e M a Hon g qu a n ， W e n Li c h a o ， Cu i Zh e 1 ． T e c h n i c a l Ce n t e r， Ha r b i n Be a r i n g Gr o u p Co r p o r a t i o n ， Ha r b i n 1 5 0 0 3 6 Ch i n a ；2 ． Be a r i n g R D Ce n t e r ， A VI C I t a t‘b i n B e a r i n g Co ． ， L t d ． ， Ha r b i n 1 5 0 0 2 5 ， Ch i n a Abs t r ac t Ai I 1 1 i ng a t t he p r ob l e ms of ab no r mal q ua n t i t y of o i l r e t u m a n d flo w a bov e s t a nd a r ds du r i n g hy dr a ul i c nl Ol Ol’wOl‘ k c d， t h e mo t o l ‘ wa s di s a s s e mbl e d a n d i n s pe c t e d t he n t he c a us e wa s f ou nd o ut t ha t i n s i de a nd o ut s i de r a di al we a r of c a ge h a d r e s ul t e d i n g ui de ga p i nc r e a s i n g b et we e n c a ge a nd i nn er r i n g．Th e p r o bl e m s m e n t i one d a b ove we r e s ol ve d by a n al y zi ng fi l i l m’ c a n d a do p t i n g r e l a t i v e i mpr o vi ng me a s ur e s ，u s a g e r e qu i r emen t s we r e al s o me t ． Ke y wo r d s b e a r i n g o f h y d r a u l i c mo t o r ； f a i l u r e a n a l y s i s ； c a g e ； o p t i m i z e d d e s i g n 1 前言 液 5 达 多数采川 载衙较 小 、精 度较好 、 f 以达到较高转速 的 “ 外 阁无挡边 网柱滚 子轴 乐” 轴承足液 导 达的父键部件 ，轴承质量直 接影响荷液 5 达的 I 作质昔。存使用过程 巾， 液J 1 5 达 油 常 、流量超标 ，分解检查发 『 划1 _ 液 I 0 达4 1 h 乐保 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 - 2 4 ． 作者简介 0 洪 个 1 9 8 6 一， 翻边 架内 、外圆表面磨损形貌 男，助理T 程师． 现轴承保持架内 、外径磨损 ，保持架 j 1 人 J 的f J l 导间隙增大 ，实测达 1 ． 0 5 8 mm，磨损彤貌 1 该轴承 作转速为1 2 O 0 0 r ／ mi n ， 栽倚2 3 0 0 k g ，浸油润滑 ，径 向游隙0 ． 0 2 0～0 ． 0 5 5 mm；I ～ 罔外径 5 0 一 1 1 1 1 1 1 ，保持架内径 5 0 ． 4 川 ，汁 算引 导问隙为0 ． 4 0～0 ． 0 5 5 ra m 2 失效分析 2 ． 1 对 比分析 故障发生后 ，采取一套 外样件及陔敞障什 和四套液压马达轴承新样件 ，对相天J 嫂进 行对 比，同时还 复测 r2 fl 库仔术装 f l史川过 的 新保持架 的内径网度和外径网度 ，部分结 1 。 结果表明 I 曰外样件相关』 寸精度 明 l ． I 州 广 新轴承 ； 2故障件保持架 内径 寸增大 ， 1 人 J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 马洪全，等某型液压马达轴承失效分析及保持架优化设计 ． 1 1 ． 圆度和外径 圆度却与 国外样件相 当，均是磨损后 的结果 ； 33 件新轴承保持架 内径 圆度与外径圆度 均超差 ，且 内径 圆度超差严重 ，而库存未装配使 用的新保持架的相应精度却均较好，说明装配后 的保持架内、外径圆度超差是轴承装配后保持架 变形所致。 为查找保持架装配后变形的原 因，查看 了液 压马达轴承产 品图样 、产品设计计算记录与保持 架加工工艺 ，了解了保持架实际加工过程和轴承 装配过程 ，情况如下 1 轴承设 计按 国外样 品进行 测仿设 计 ，国外 样 件 保 持 架 为 内 引 导 ，引 导 间 隙 为 0 ． 3 2 mm，设计图样同为保持架内引导 ，引导 间隙为0 ． 4 0～0 ． 5 5 mm。再次对 比本 次新提供 国 外样件0 ． 2 1 2 ra m的保持架引导间隙，国产轴承 0 ． 4 0～0 ． 5 5 ra m的引导间隙显著偏大 ； 2产品设 计图样 、保持架工艺及成 品轴 承装配工艺对保持架锁点控制及滚子装配均要求 “ 保持架垛 口后 ，滚子可以从外径方向压人 ，但 不得从外径方向掉 出” ，但没有规定 “ 压人”的 方法和力度等 ； 3 “ 垛 口”为保持架加工最后一道机加 工工序 ； 4取库存保持架和滚子 ，试 图用手力将 滚子从外径方向压人 ，结果发现锁 口太紧 ，均无 法压人 ； 5轴承装配时 ，由于保持架锁 口紧 ，操 作者均无法正常将滚子压入，实际采用软锤子敲 击装入 ，滚子装入后 即不可拆卸。用锤子将滚子 敲击装入这一过程难免使保持架产生变形 ，这就 是成品轴承保持架变形 的原 因。 2 ． 2 机理分析 2 ．2 ． 1 保持架引导问隙的影响 保持架引导间隙的选择一般要综合考虑结构 尺寸、润滑方式、零件加工精度等因素，选择小 的引导间隙必须有较高的加工精度作保证，否则 就会因椭圆、变形等因素的影响，使保持架引导 面产生异常磨损 ，发生阻滞 ，甚至抱死 。进 口轴 承引导间隙小 ，是 因为其加工精度能够保证 ，而 国内因设备、技术等原因，保持架的加工精度很 难保证 ，故适 当放大一些引导间隙是正常的。经 计算 ，轴承各零件在极限条件下，保持架与外滚 道问最小距离为0 ． 2 3 ram，也就是说 ，正常工作条 件下 ，保持架外径是不会碰到外滚道的，也不会 产生保持架外径的磨损。因此 ，该轴承保持架 内 引导间隙选定为0 ． 4 0～0 ． 5 5 ra m，对保持架 内 、外 径 的磨损无影响。 2 ． 2 ． 2 保持架磨损原 因分析 保持架外径的磨损是 由保持架内径磨损引发 的，由上述计算可知，当保持架内径磨损 ，内引 导间隙增大0 ．2 3 ra m 时，保持架外径就会与外滚道 接触产生碰磨 。 尺寸精度检测结果表 明，成品轴承保持架内 径 圆度超差达0 ． 0 9 7 ram，保持架的椭 圆变形会使 其在运转过程中产生径向不平衡量 ， 加剧引导面 的磨损。保持架内引导面的磨损会先磨损内径表 面的椭 圆短轴或凸点 ，使 内径表面越磨越 圆，内 径越磨越大，进而增大引导间隙，当引导间隙增 大到一定程度 ，保持架的引导作用将逐渐减弱 ， 甚至消失 ，最后保持架运转也逐渐失稳 ，引发轴 向摆动，使磨损进一步加剧。因此 ， 轴承装配过 程 中，用锤子将滚子敲击装入这一过程产生的保 持架变形 ，是造成保持架内 、外径磨损 的直接原 因 3 优化设计方案 根据上述的分析结果 ，对液压马达轴承采取 了相应改进措施 ，详述如下 1 保持架 内引导间隙适当减小 根据国外样件 的测绘结果 ，其保持架与内圈 的引导间隙为0 ． 2 1 2 m m，故将该轴承保持架与内 圈引导 间隙 由0 ． 4～0 ． 5 5 mm调整为0 ． 2 0 ． 3 ram。 为保证要求 ，需将保持架内径尺寸由 5 0 ． 4 调整为 5 0 ．2 ，保持架锁口形式按图2 进行改 进 ，其它要求不变 。 2 进一步明确保持架锁口及滚子装入等 过程 的控制要求 明确禁止用锤子将滚子敲击装入这一过程 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 2 哈 尔 滨 轴 承 第 3 5 卷 ’ t 3 I 一 l 口 口 口 _t 一一 f C 口 口 口 O _ 4 C C 4 ． 6 图 2 改进后的液压马达轴承保持架锁口形式 制定 了新的装滚子用的工装夹具 。锁 口深度要求 装入滚子后 ，滚子沿滚动方 向推 向兜孔两边后不 得与锁点接触。 按照上述要求 ，合出两套保持架改进后的轴 承 ，供改进试验验证 ，并对该两套轴承进行了检 测 ，检测结果见表 2 。 表 2 某轴承相关检测数据／ mm 根据表 2数据 ，用新的工装夹具装配后的轴 承保持架 圆度均合格 ，即新的工装夹具可 以满足 装配后保持架圆度的要求。 4 结束语 两套保持架改进后的液压马达轴承试验件随 液压马达完成 了6 0 万次 2 0 9 h 负载循环耐久试 验 ，分解检查该两套轴承保持架 ，无异常磨损 ， 该型轴承的改进满足了用户的使用要求。 编辑 i钟 媛 上接第7 页 8 结束语 采用动力学仿真软件A DA MS 对 圆锥滚子轴 承进行仿真分析，该方法基于碰撞模型，通过计 算确定各相关参数 ，然后应用i mp a c t 函数 ，求解 滚子与内圈、外圈 、保持架之间的碰撞力 ，研究 圆锥滚子轴承滚子载荷分布 ，准确模拟了轴承动 力学特性，为轴承动态设计提供理论依据，缩短 产品研发周期。 参考文献 [ 1 ] 谢最伟 ， 吴新跃． 基于A D A MS 的碰撞仿真分析f M ] 第三届中 国C AE工程分析技术 年会论文集 ，2 0 0 7 ． [ 2 ]T ． A． Ha r r i s ． 滚 动轴承分 析[ M】 ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 Ol 0． 【 3 】 朱利军 ，谭晶，黄迪山，徐洋，傅慧燕． 基于A D A MS 的深沟 球轴承仿真分析『 J 1 ． 轴承，2 0 1 1 ， 2 ． [ 4 ] 张风琴 ，杜辉 ，邓四二 ，杨海生，高银涛． 基于A D A MS 的 圆柱滚子轴承仿真分析 河南科技大学学报自 然科学版， 2 0 0 9 ． [ 5 ] 龙凯 ，程颖 ． 齿轮啮合力仿真计算的参数选取研究『 J 1 ． 计算机 仿真 ，2 0 0 2 ，1 9 6 8 7～8 8 ，9 1 ． [ 6 ]石 明全 ． 基于AD AMS的多接触研究『 J 1 ． 计算 机工程与应 用 ， 2 0 0 4， 2 92 2 0～2 2 2 ． 编辑 林小江 上接第9 页 最大限度 的实现 了通用化 。将 同种外形 尺寸 的 1 5 。和2 5 。接触角的两种轴承不仅设计为外圈、 保持架通用，将两种角度的轴承不同锁球高度、 不同的沟位置 、不同的沟底直设计在 内圈，这样 密封圈也可以通用。也就是两型号使用同一个外 圈 、同一个保持架和密封圈。 3 结束语 经装机使用表明，改进后的密封角接触球 轴承的转速、刚性、精度等各项性能指标得到很 大的提高 ，满足了高精密主机的配套要求。在产 品生产过程中，装配顺利 ，工艺性好 ，生产效率 高；密封圈装配后牢固，无活盖 、瘪盖 、掉盖现 象 ，使密封圈有效隔绝轴承内部与外界各类物质 的接触，提升了轴承的使用寿命。 编辑 林小江 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m