常家东
（洛阳工业高等专科学校，河南洛阳，471003）
摘 要：讨论了大型磨机双列调心球面滚子轴承的润滑方式选择及密封结构设计，提出了修正密封间隙的计算公式，为磨机滚动轴承的润滑密封设计提供了设计依据，经生产实践证明润滑方式和密封结构设计正确。
关键词：磨机；润滑；密封；轴承
磨机作为大型粉碎设备，在建材、矿山、冶金、化工等工业行业广泛使用。如图1所示，其工作原理是通过筒体绕水平轴线回转，装在筒体内的磨矿介质（钢球、钢棒等）和矿石在摩擦力的作用下，随着筒体上升到一定高度，然后脱离筒体壁自由下落或滚下，矿石磨碎主要是靠介质落下时的冲击力和运动时的磨削作用完成的，矿石从筒体一端的空心轴颈不断给入，磨碎的矿石从另一端的空心轴颈不断地排出。
1.进料端中空轴颈；2.磨机筒体；3.出料端中空轴颈
图1 磨机的滚动轴承润滑密封结构简图
传统的磨机使用滑动轴承支承，磨机使用滑动轴承的优点是顺应性、嵌藏性好，抗胶合能力强，缺点是传动时摩擦阻力大，磨机功耗高。同时，频繁刮瓦费时繁琐，而且影响磨机运转率，维护费用高。在磨机上使用双列调心球面滚子轴承代替滑动轴承，可显著降低磨机能耗。滑动轴承支承的球磨机，轴颈与轴瓦的接触面积Z少达75%，摩擦力矩大，能量消耗高，传统的球面瓦滑动轴承的摩擦功耗理论上约占总装机容量的29%，有关资料指出滚动轴承摩擦力矩约为滑动轴承摩擦力矩的1%，磨机主轴承使用滚动轴承后，磨机的摩擦功耗理论上将减少99%。所以，为了保护环境，节省能源，应大力推广磨机主轴承使用滚动轴承结构。但是，磨机滚动轴承的尺寸大（轴承内径尺寸在Ø1000mm左右），需要专门向轴承生产厂家外协制作，成本高，并且轴承重载、处于粉尘工作环境，如果润滑和密封不好，矿石粉尘侵入轴承，使轴承工作情况变坏，缩短轴承寿命。造成停产事故和较大损失。另外磨机支承跨距大，磨机受热冷却伸缩量大及磨机装入物料后，筒体下沉的挠度大，给轴承密封造成了较大困难。本文对磨机滑动轴承支承改造为滚动轴承支承结构时，润滑密封结构的设计问题作一些探讨。
1 磨机双列调心球面滚子轴承的工作环境
磨机的特点是低速、重载、磨体大、工作环境恶劣。例如，Ø2.4m×8m的磨机，采用双列调心球面滚子轴承支承结构，磨机中空轴外径D=895mm，运转时轴承负荷1300N，磨机回转部分500N，转速n=20r/min。选用型号为39-895的双列调心球面滚子轴承，轴承内径d=895mm，外径D=1120mm，轴承宽度B=215mm，轴承外滚道对轴承座可以调心，内滚道通过滚动体与外滚道也可以调心。长时间工作后，因筒体受热伸长而产生轴向窜动，所以在磨机进料端的支承轴承座设计成可以轴向游动的结构形式，以补偿磨机筒体的伸缩变形量。由于磨体大，两轴承的支承距离也大，磨机筒体弯曲变形产生挠度，要求选择的滚动轴承能够调心，否则筒体在运行的过程中产生不同轴，使轴承的工作情况变坏，甚至损坏轴承。因此选用双列调心球面滚子轴承，以补偿筒体变形产生的挠度。磨机粉磨的是矿石，粒度很细，如果密封不好，粉尘很容易侵入轴承，所以，要求对轴承进行良好润滑和密封。
2 双列调心球面滚子轴承的润滑和密封选择
磨机的转速虽然较低，但由于尺寸较大，所以轴承工作的线速度适合于采用润滑油润滑，且选用的润滑油必须具有良好的润滑性能和小的内摩擦。综合考虑磨机轴承负荷较大，加之由磨机筒体传导过来的热量，所以磨机轴承的温度较高，应选用粘度大的润滑油（可选用30号或40号润滑油）。采用油杯润滑装置完全可以满足润滑需要。
对密封选型的要求是密封性好，安全可靠，寿命长，结构紧凑、简单，制造维修方便，成本低。密封分为动密封和静密封，动密封分为往复密封和旋转密封。磨机需要采用旋转式动密封，并且考虑到磨机工作环境恶劣，矿石粉尘较多，需要采用防尘密封装置，阻止润滑油外漏和粉尘侵入。迷宫式密封是一种较好的防尘密封，它主要由旋转与固定的密封零件之间复杂而曲折的小缝隙组成。使用时可以在缝隙中注满润滑脂，以增加密封效果。
3 双列调心球面滚子轴承密封结构设计
图2 磨机滚动轴承防尘密封结构
图3 磨机筒体弯曲引起密封间隙变化
磨机双列调心球面滚子轴承迷宫式防尘密封结构，如图2所示，其轴向密封间隙f和径向密封间隙e要合理选择。如果选择太大，会降低防尘及密封效果；间隙太小，会使密封旋转零件和静止零件的碰磨，缩短密封零件寿命，增加能耗和产生噪音。理论上f的取值应大于磨机轴颈相对于轴承座的轴向窜动量，但是由于磨机进料端轴承座可以随着筒体的伸缩而轴向游动，所以轴向窜动量比普通的密封结构小。由于磨机筒体的弯曲变形使密封间隙发生改变，如图3所示，这时磨机轴承迷宫密封结构轴向间隙应增加a，径向间隙应增加b。设磨机的支承跨距L，中空轴悬伸长度为c，磨机筒体中部的Z大弯曲变形为y，密封间隙的平均半径为d，则由图3可得到：
则磨机轴承迷宫式防尘密封结构的密封间隙：
其中，kf为与制造及装配精度、磨机轴向窜动量有关的量。
例如：上述Ø2.4m×8m的磨机，L=8m，d=0.45m，c=0.8m，y取国家标准允许的Z大值（L/1000）=0.008m。根据式（1）和（2）可以计算出：a≈0.5mm，b≈0.8mm，如果kf取1mm，根据式（3）和（4），则轴向密封间隙f应大于1.5mm，径向密封间隙e应大于1.2mm。由此可以看出，在设计磨机滚动轴承的防尘密封间隙时，必须考虑磨机装料后，磨机筒体变形对密封间隙设计参数的影响。
4 结论
磨机双列调心球面滚子轴承由于轴承尺寸大，价格昂贵，工作环境恶劣，载荷大，所以良好的润滑和密封对于延长轴承寿命，降低能耗和生产成本非常重要，选用迷宫式防尘密封结构经生产实践证明可以较好的满足要求。但是在选择密封间隙时不能只依据经验或手册，必须考虑磨机装料后筒体下沉的情况，适当增加密封间隙。磨机筒体伸缩由于进料端轴承座的游动结构对密封间隙的影响减小。
来源：《润滑与密封》2004年04期
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