環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承公差配合的分析和計(jì)算

閔杭臨，黃淑琴

（1.泰州海鋒機(jī)械制造有限公司；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承公差配合的分析和計(jì)算

閔杭臨1，黃淑琴2

（1.泰州海鋒機(jī)械制造有限公司；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承公差配合的合理選擇對防止軸承發(fā)熱，提高軸承壽命具有非常重要的作用。根據(jù)理論分析和實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，提出軸承內(nèi)圈與軸頸的配合選擇j6，軸承外圈與外殼孔的配合選擇H7。

環(huán)模制粒機(jī)；轉(zhuǎn)子軸承；公差配合

環(huán)模制粒機(jī)廣泛應(yīng)用于飼料、制藥、新能源等技術(shù)領(lǐng)域，它是將含水量不大于15%的配合粉料經(jīng)過攪拌、調(diào)質(zhì)，然后經(jīng)過壓制，制成顆粒狀的料擠出機(jī)外的一種設(shè)備，主要由喂料、攪拌、制粒、傳動(dòng)及潤滑系統(tǒng)等組成。

綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式[1]，環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承公差配合正是基于這一理念而設(shè)計(jì)的。環(huán)模制粒機(jī)工作條件惡劣，在使用過程中其轉(zhuǎn)子軸承會(huì)出現(xiàn)溫升過高、軸承磨損嚴(yán)重和壽命短等現(xiàn)象[2]。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，其與軸和外殼孔的配合對機(jī)器的正常運(yùn)行有重要作用。

圖1所示為環(huán)模制粒機(jī)的轉(zhuǎn)子組件，其中，主軸靜止，轉(zhuǎn)子在動(dòng)力作用下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)載荷作用在軸承外圈[2]。經(jīng)測試和分析，環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承在重載荷作用下，其工作溫度甚至高達(dá)60℃～80℃，導(dǎo)致公差配合關(guān)系發(fā)生變化，所以在選取公差配合時(shí)必須考慮軸承溫升的影響。

圖1 環(huán)模制粒機(jī)的轉(zhuǎn)子組件

下面以某型號的環(huán)模制粒機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算，軸承型號為SKF23022CC，內(nèi)圈直徑d=110mm，軸承內(nèi)圈內(nèi)徑的單一平面平均直徑公差Tn= 0.020mm，外圈直徑D=170mm，軸承外圈外徑的單一平面平均直徑公差Tw=0.025mm。

1 軸承內(nèi)圈與軸頸公差配合的選擇

當(dāng)轉(zhuǎn)子軸承工作溫度達(dá)到60℃以上，軸承內(nèi)圈受熱膨脹，與主軸軸頸的配合間隙變大，使常溫下的過渡配合變成間隙配合，導(dǎo)致軸頸在軸承內(nèi)圈內(nèi)滑動(dòng)，降低旋轉(zhuǎn)精度。建議內(nèi)圈與軸頸的配合采用在高溫時(shí)最小間隙大于或等于零的過渡配合為宜。

[3]式中α—軸承鋼的線膨脹系數(shù)，可取α=11.2×10-6/℃；d—軸承內(nèi)圈公稱直徑，d=110mm；Δt1—軸承內(nèi)圈與軸頸的溫度差，近似取Δt1=40℃。代入計(jì)算得en=11.2×10-6×110×40=0.049mm。

如圖2所示，軸承內(nèi)圈的上偏差ES=0，下偏差EI=-0.020，當(dāng)軸承溫度升高后，軸承內(nèi)圈與軸頸之間的配合轉(zhuǎn)化為間隙配合。

圖2 內(nèi)圈與軸頸配合公差帶圖

此時(shí)最小間隙Xmin=EI’-es=en-Tn-es=0.049-0.020-es≥0

由此得，es≤+0.029；選軸頸標(biāo)準(zhǔn)公差等級為IT6，則下偏差ei=0.029-0.022=+0.007，查表選取與其相近的公差代號，選j6，則es=+0.013，ei=-0.009[4]。

此時(shí)最大間隙為Xmax=ES’-ei=0.049-(-0.009)= 0.058mm[4]選擇j6，軸頸與內(nèi)圈在常溫時(shí)的配合為較大間隙的過渡配合，便于安裝，高溫時(shí)雖然轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙配合，由于主軸靜止，內(nèi)圈與主軸之間也不會(huì)產(chǎn)生相對滑動(dòng)。另外，在高溫時(shí)主軸也會(huì)有膨脹，實(shí)際間隙要小于計(jì)算值。

2 軸承外圈與外殼孔公差配合的選擇

環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子在動(dòng)力作用下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)載荷作用在軸承外圈，在這種受力形式下，軸承外圈應(yīng)采用過渡配合，但隨著軸承工作溫度的升高，軸承外圈和外殼孔都要受熱膨脹，從而改變配合關(guān)系。由于材料不同，其膨脹系數(shù)不同，轉(zhuǎn)子體通常用鑄鐵制作，其線膨脹系數(shù)略小于軸承鋼，又軸承外圈為薄壁圓筒，容易受熱膨脹，而轉(zhuǎn)子體壁厚遠(yuǎn)大于軸承外圈，為了簡化計(jì)算，其膨脹量忽略不計(jì)。考慮軸承外圈的受熱膨脹，其配合關(guān)系轉(zhuǎn)化為過盈配合，會(huì)導(dǎo)致外圈產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。其滾動(dòng)體又受交變應(yīng)力的作用，聯(lián)合作用的結(jié)果使軸承外圈加速損壞，所以在選擇軸承外圈配合時(shí)，必須考慮到它的膨脹量，過盈量不宜過大[3]。但常溫時(shí)配合不緊，又會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響旋轉(zhuǎn)精度。一般以選擇常溫時(shí)最小間隙等于零的間隙配合為宜，即殼體孔的公差代號為H7。

圖3 外圈與外殼孔配合公差帶圖

如圖3所示，當(dāng)軸承處于常溫時(shí)，外圈與外殼孔的配合為間隙配合，當(dāng)溫度升高后，外圈受熱膨脹，此時(shí)外圈公差處于虛線位置，與外殼孔的配合轉(zhuǎn)化為過盈配合，下面分別計(jì)算高溫時(shí)的最大和最小過盈量。

當(dāng)D=170mm時(shí)，Th=0.040mm時(shí)，選外殼孔公差代號為H7，其上偏差ES=+0.040 mm，下偏差EI=0。[4]

當(dāng)溫度升高后，其外圈膨脹量ew=αDΔt2[3]式中，D—軸承外圈直徑；

Δt2--外圈相對于軸承座孔的溫度差，這里取Δt2=40℃。

代入計(jì)算得ew=11.2×10-6×170×40=0.076mm

由于沒有計(jì)算轉(zhuǎn)子體的膨脹量，所以實(shí)際的過盈量要小于計(jì)算值。

3 結(jié)語

由于環(huán)模制粒機(jī)工作溫度較高，在選擇軸承的公差配合時(shí)，必須考慮溫度變形的影響。滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的配合選取對環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的正常運(yùn)行有很重要的作用，根據(jù)軸承的承載情況，溫升引起的軸承內(nèi)、外圈膨脹量對軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，建議選取軸承外圈與外殼孔的配合為H7，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合為j6。

[1]劉瑞索，郭蘭中，王陽，等.綠色設(shè)計(jì)和綠色制造是機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2001，（4）：8-9.

[2]桑廣偉，苗健.對環(huán)模制粒機(jī)軸承的分析[J].飼料工業(yè)，2009，（3）：4-5.

[3]李正峰.沖擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子軸承公差配合及游隙的合理選擇[J].煤礦機(jī)械，2007，（9）：12-14.

[4]陳于萍，高曉康.互換性與測量技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

（責(zé)任編輯 劉 紅）

Analysis and Calculation of Rotor Bearing Tolerances on the Ring Die Granulator

MIN Hang--lin11，HUANG Shu--qin22

(1.Taizhou Haifeng Machinery Manufacturing Co.,Ltd.；2.Taizhou Polytechnic College,Taizhou Jiangsu 225300,China)

Reasonable choice to tolerance of rotor bearing of ring die granulator is very important to avoid overheat of bearing and prolong the life of bearing.According to the theoretical analysis and practical experience,tolerances and fits of the bearing inner ring and journal can select j6,tolerances and fits of bearing outer ring and housing bore can select H7.

ring die granulator；rotor bearing；tolerances and fits

S817.12+4

：A

：1671-0142（2014）03-0047-02

閔杭臨(1960-)，男，江蘇泰州人，工程師.

泰州市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（TG201219、TG201316）.