机械故障齿轮、轴承故障及安装方法

第十章设备状态调整设备故障诊断最终目的是使设备的各项性能指标保持完好，保障生产的连续性、高效性。因此工业现场的设备故障诊断人员往往还承担着指导维修，恢复设备的应有性能的任务。对于设备状态的调整，其指导原则，应达标准等，是本章的学习任务。本章分别讲述了滑动轴承、滚动轴承、齿轮、联轴节的安装、调整工艺和技术标准；转子的现场动平衡技术。10．1滑动轴承的间隙与测量调整滑动轴承是仅发生滑动摩擦的轴承，它又有动压滑动轴承和静压滑动轴承之分。这两种滑动轴承的主要共同点是：轴颈与轴瓦工作表面都被润滑油膜隔开，形成液体润滑轴承，它具有吸振能力，运转平稳、无噪声，故能承受较大的冲击载荷；它们的主要不同点在于动压滑动轴承的润滑油膜形成必须在轴颈转动中才能形成，而静压滑动轴承是靠外部供给压力油强迫两相对滑动面分开，以建立承压油膜，实现液体润滑的一种滑动轴承。下面只介绍动压滑动轴承。1．半液体润滑滑动轴承这种轴承的轴颈与轴承的工作表面并没有被润滑油完全隔开，只是由于工作表面对润滑油的吸附作用而形成一层极薄的油膜。它使轴颈与轴瓦表面有一部分直接接触，另一部分则被油膜隔开而不能直接接触，称为不完全液体润滑轴承。常用于低速、轻载、间歇工作的场合。2．液体润滑滑动轴承这种轴承在工作时，当轴颈转速达到一定程度，轴颈与轴承之间，被一层润滑油膜完全隔开，使两相对滑动表面不能直接接触。滑动摩擦变为润滑油层间的液体摩擦。这样增加了轴承的承载能力，延长了轴承的使用寿命。图10—1液体动压滑动轴承的工作原理a)静止时b)一定转速下形成的单油楔轴承•10.1.1滑动轴承工作原理轴颈在轴承中形成完全液体润滑的工作原理是这样的：轴在静止时，由于轴本身重力F的作用而处于最低位置：此时润滑油被轴颈挤出，在轴颈和轴承的侧面间形成楔形的间隙(如图10—1a所示)。当轴颈转动时，液体在流动摩擦力的作用下，被带入轴和孔所形成的楔形间隙处。由于楔形间隙面积逐渐减小，油的分子受到挤压和本身的动能，使此处压力逐渐升高，对轴产生一定的压力P(图10—1b)，图中不同长度的箭头表示轴瓦上各相位承受压力p的大小，这些不同大小的p力构成一个假想的曲线称作油楔，它可以描绘轴承内产生的液体动压力分布情况。在油楔压力作用下，会将轴抬起而形成厚度为H的油膜。实质上油膜厚度H在轴瓦上各相位是不同的：靠近轴颈上方为H最大，靠近下方为H最小，使轴颈中心与轴承中心偏离一个距离，称为偏心距。当轴达到一定转速时，轴颈与轴承表面完全被油膜隔开，这就形成了完全液体动力润滑的单油楔轴承。由于这类轴承在转动中才能形成油膜，所以称为液体动压滑动轴承。形成液体润滑必须具备的条件(1)轴颈与轴承配合应有一定的间隙(0.00ld～0.003d)。(2)轴颈应保持一定的线速度，以建立足够的油楔压力。(3)轴颈、轴承应有精确的几何形状和较光滑的表面粗糙度。(4)多支承的轴承，应保持较高的同轴度要求。(5)应保持轴承内有充足的具有适当粘度的润滑油。•10.1.2滑动轴承衬的材料(1)灰铸铁在低速、轻载和无冲击载荷的情况下，可用HT200作轴承衬。(2)铜基轴承合金主要成分是铜，常用的有铸造锡青铜ZCuSnlOZn2和铸造黄铜ZCuZn25A16Fe3Mn3。铸造锡青铜是一种很好的减摩材料，机械强度也较高，适用于中速、重载、高温及有冲击条件下工作的轴承。铸造黄铜有良好的抗胶合性，但强度较铸造锡青铜低。(3)含油轴承采用青铜、铸铁粉末，加以适量的石墨粉压制成型后，经高温烧结形成多孔性材料，在120℃时浸透润滑油，冷至常温，油就贮在轴承孔隙中。当轴颈在轴承中旋转时，产生抽吸作用和摩擦热，油就膨胀而挤入摩擦表面进行润滑，轴停止运转后，油也因冷却而缩回轴承孔隙中去。(4)塑料轴承除了以布为基体的塑料轴承外，我国还制成了多种尼龙轴承衬，如尼龙6、尼龙1010等，已应用于机床、汽车等机械中。塑料轴承具有跑合性好、磨损后的屑粒较软不伤轴颈、抗腐蚀性好、可用水或其它液体润滑等优点，但导热性差，吸水后会膨胀。(5)巴氏合金它是锡、铅、铜、锑等的合金，它是常用的轴承合金之一。具有良好的减摩性和耐磨性，但熔点和强度较低，不能单独做轴瓦，通常将它浇铸在青铜、铸铁、钢材等基体上使用。常用于重载、高速和温度低于110℃的重要轴承，如汽轮机、大型电机、内燃机和高速机床等主轴的轴承。•10.1.3滑动轴承的装配一．轴瓦的清洗与检查首先核对轴承的型号，然后用煤油或清洗剂清洗干净。轴瓦质量的检查可用小铜锤沿轴瓦表面轻轻地敲打，根据响声判断轴瓦有无裂纹、砂眼及孔洞等缺陷，如有缺陷应采取补救措施。二．轴承座的固定轴承座通常用螺栓固定在机体上。安装轴承座时，应先把轴瓦装在轴承座上，再按轴瓦的中心进行调整。同一传动轴上的所有轴承的中心应在同一轴线上。同轴度包括垂直与水平两个方向。装配时可用拉线的方法进行找正，如图10—2所示。之后用涂色法检查轴颈与轴瓦表面的接触情况，应使所有轴瓦的两端都与轴颈相接触，即找正，符合初装要求后，将轴承座牢固地固定在机体或基础上。图10—2拉线法检测轴承座的同轴度1钢线2内径千分尺图10—3轴瓦直径过大1轴瓦2轴承座图10—4轴瓦直径过小1轴瓦2轴承座三．轴瓦与轴承座的装配为将轴上的载荷均匀地传给轴承座，轴瓦与轴承座有适当的配合，一般采用较小的过盈配合，过盈量为0.01～0.05mm。要求轴瓦背与轴承座内孔应有良好的接触，配合紧密。下轴瓦与轴承座的接触面积不得小于60％，上轴瓦与轴承盖的接触面积不得小于50％。这就要进行刮研，刮研的顺序是先下瓦后上瓦。刮研轴瓦背时，以轴承座内孔为基准进行修配，直至达到规定要求为止。另外，要刮研轴瓦及轴承座的剖分面。轴瓦剖分面应高于轴承座剖分面0.05～0.1mm，以便轴承座拧紧后，轴瓦与轴承座具有过盈配合性质。上下两轴瓦扣合，其接触面应严密，轴瓦的直径不得过大，否则轴瓦与轴承座间就会出现“夹帮”现象如图10—3所示。轴瓦的直径也不得过小，否则在设备运转时，轴瓦在轴承座内会产生颤动如图10—4所示。四．轴瓦与轴颈的刮研用涂色法检查轴颈与下轴瓦的接触，应注意将轴上的所有零件都装上。首先在轴颈上涂一层红铅油，然后使轴在轴瓦内正、反方向各转一周，在轴瓦面较高的地方则会呈现出色斑，用刮刀刮去色斑。刮研时，每刮一遍应改变一次刮研方向，继续刮研数次，使色斑分布均匀，直到符合要求为止。刮研分为二步，首先要达到接触面积均匀地分布在轴瓦的全长，然后再使接触点分布均匀。刮研轴瓦时，必须注意两个问题：轴瓦与轴颈间的接触角和接触点。轴瓦与轴颈之间的接触表面所对的圆心角称为接触角，此角度过大，不利润滑油膜的形成，影响润滑效果，使轴瓦磨损加快；若此角度过小，会增加轴瓦的压力，也会加剧轴瓦的磨损。一般接触角取为60°～90°。高速轴取小，低速轴取大；轻载取小，重载取大。轴瓦和轴颈之间的接触点与机器的特点有关：低速及间歇运行的机器1～1.5点／cm2中等负荷及连续运转的机器2～3点／cm2重负荷及高速运转的机器3～4点／cm2•10.1.4间隙的检测与调整滑动轴承最理想的情况是在液体摩擦的条件下工作。因为此时轴承的工作表面间为润滑油层所隔开，使轴与轴承的工作表面几乎没有磨损，因此，理想的工作期限应该是十分长久的。但是，由于机器在工作过程中，经常需要停止和启动，使速度发生变化。此外机器在工作过程中还会发生振动和载荷变动的情况，这些都将破坏液体摩擦条件而引起磨损。滑动轴承因磨损而不能正常工作，一般表现为两种基本形式：一种是轴与轴承配合间隙的增加，另一种是轴承的几何形状发生变化。这两种情况是同时发生的。一．间隙的作用及确定轴颈与轴瓦的配合间隙有两种，一种是径向间隙，一种是轴向间隙。径向间隙包括顶间隙和侧间隙。如图10—5所示。顶间隙为na，侧间隙为δb，轴向间隙为S。图10—5滑动轴承的间隙顶、侧间隙的选择顶间隙的主要作用是保持液体摩擦，以利于形成油膜。侧间隙的主要作用是为了积聚和冷却润滑油。在侧间隙处开油沟或冷却带，又称“开瓦口”或“开帮”，可增加油的冷却效果，并保证连续地将润滑油吸到轴承的受载部分，但油沟不可开通，否则运转时将会漏油。顶间隙可由计算决定，也可按经验决定。对于采用润滑油润滑的轴承，顶间隙为轴颈直径的a=0.10％D～0.15％D；对于采用润滑脂润滑的轴承，顶间隙为轴颈直径的a=0.15％D～0.20％D。如果负荷作用在上轴瓦时，上述顶间隙值应减小1.5％。侧间隙两侧应相等，单侧间隙应为顶间隙的b=1／2a～2／3a。轴向间隙的作用是轴在温度变化时有自由伸长的余地。S=S1＋S2=αL⊿T＋0.2mm二．间隙的测量与调整1．压铅测量法压铅法测量较为精确，测量时先将轴承盖打开，用直径为顶间隙1.5～2倍、长度为15～40mm的软铅丝或软铅条，分别放在轴颈上和轴瓦的剖分面上。如图10—7所示，因轴颈表面光滑，为了防止滑落，可用润滑脂粘住。然后放上轴承盖，对称而均匀地拧紧连接螺栓，再用塞尺检查轴瓦剖分面间的间隙是否均匀相等。最后打开轴承盖，用千分尺测量被压扁的软铅丝的厚度。其顶间隙的平均值按下列公式计算：图10—7压铅测量轴承顶间隙2222caA2)()(2211AbAbS2111caA10．2滚动轴承的间隙与测量调整滚动轴承由外圈、内圈、滚动体、保持架四部分组成。工作时滚动体在内、外圈的滚道上滚动，形成滚动摩擦。它具有阻力小、效率高、轴向尺寸小、装拆方便等优点，是机械设备中最常见；也是最重要的零件。•10．2．1滚动轴承的分类还有其它分类，请见教材。滚动轴承的分类1．按轴承所能承受的负荷方向或公称接触角α分类2．按轴承的滚动体种类分类(1)．向心轴承(主要承受径向负荷0°≤α≤45°)(2)．推力轴承(主要承受轴向负荷45°≤α≤90°)(3)．组合轴承1）径向接触轴承（α=0°的向心轴承）2）角接触向心轴承（0°α≤45°）1）轴向接触轴承（α=90°的向心轴承）2）角接触推力轴承（45°α≤90°）(1)．球轴承——滚动体为球体(2)．滚子轴承1）圆柱滚子轴承2）滚针轴承3）圆锥滚子轴承4）调心滚子轴承（鼓形滚子）常用的滚动轴承图例深沟球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆柱滚子轴承图10—8单列向心类轴承推力球轴承推力圆柱滚子轴承推力调心滚子轴承图10—10轴向推力类轴承调心球轴承调心滚子轴承图10—9双列自调心类轴承•10．2．2滚动轴承的精度等级与配合制度1．滚动轴承的精度等级滚动轴承的基本尺寸精度和旋转精度，按GB/T271—1997规定，在原来五个等级P0、P6、P5、P4、P2的基础上，增加了P6X、SP、UP三个等级。基本尺寸精度是指轴承内径、外径和宽度等尺寸的加工精度。旋转精度是指内圈和外圈的径向跳动，内圈的端面跳动，外圈表面对基准面的垂直度以及内外圈端面的平行度等。具体数值可查有关轴承手册。2．滚动轴承配合的制度滚动轴承是专业公司厂大量生产的标准部件，其内孔和外径出厂时均已按国家标准确定，因此轴承的内径与轴的配合应为基孔制，外径与轴承座孔的配合应为基轴制。配合的松紧程度由轴和轴承座孔的尺寸公差来保证。图10一11轴承内径与轴的配合关系轴承内径与轴的配合关系图10一11中Admp为轴承内径公差带。若轴承内径与轴采用过渡配合，轴的公差选择h6、h5，可用打击法装配；轴的公差选择j5、js6、j6，采用压装法；轴的公差选择k5～m6，为过盈配合，只能采用油浴加热法装配。轴承外径与轴承座孔的配合一般情况下，轴承外径与轴承座孔的配合不取过盈配合，因为要预留轴承工作时的热膨胀量。工作温度与环境温度的温差较小时，轴承座孔的尺寸精度可取JS6、K6、K7；温差较大，取J6、J7。图10一12轴承外径与轴承座孔的配合关系3．滚动轴承配合的选用滚动轴承内圈与轴颈的配合，外圈与轴承座孔的配合，一般大多选用过渡配合，其配合间隙和过盈量直接影响轴承工作性能、精度和使用寿命。轴承压装入轴颈和轴承座孔后，会使轴承的径向间隙减少，其减少量可用下式算出：当内圈压配在轴颈上时△=（0.55～0.6）Y当外圈压配在轴承