BPP176S立磨减速机行星轮和轴承损伤的分析解决.pdf
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1、2023.No.9-53-某公司生料立磨采用德国莱歇磨,配置主减速机为日本住友制造的BPP176S立式减速机,2009年投入使用,期间只对该减速机进行过简单维护保养,未曾进行拆解检修。公司于2023年2月中旬开始对该减速机进行现场大型维保。整机开箱后检查,发现减速机二级行星轮轴承跑外圈,轴承外圈与行星轮内孔均有磨损的现象。在国内外同类大型立式减速机的使用实践中,一、二级行星轮内孔磨损时有发生,但轴承外圈同时发生磨损的情况则较为少见,并且其磨损程度还甚于行星轮内孔。针对这一异常情况,开展了专业检测和分析,对此现象产生的根源进行了初步分析研究。对磨损的二级行星轮内孔进行了修复,更换新的轴承。1减速
2、机规格型号与结构BPP176S立磨减速机由箱体、行星架、齿轮、轴和轴承等组成(见图1),功率3 150 kW,输入转速990 r/min,输出转速25.93 r/min。内部传动系统分为三级,第一级为锥齿轮副传动,第二、三级皆为行星轮系传动结构。一级行星齿轮轴承二级行星齿轮行星轮轴轴承二级行星架图1BPP176S立磨减速机结构2行星轮及轴承损伤情况及分析整机开箱检查,该减速机总体情况良好。在二级行星轮内装有两个22248B L1C3球面滚子轴承(NTN),中间由内外隔圈分隔,轴承整体拆卸后现场检查结构完整正常,滚动体光滑无异常,轴承滚道光滑无点蚀;但二级行星轮轴承跑外圈,行星轮内孔和轴承外圈同
3、时磨损(见图2)。二级行星轮内孔磨损轴承外圈磨损图2二级行星轮内孔和轴承外圈的磨损2.1二级行星轮内孔的磨损对二级行星轮内孔磨损的部位反复检测,数据如下:行星轮内孔未磨损部位(对应轴承油槽处)直径为 440-0.17-0.18,磨损部位直径为440-0.10-0.11,磨损量约0.07 mm。内孔的磨损状态并未像通常的那样配合表面磨成镜面,或者配合面呈现出凹凸不平沟槽特征,而是整个配合面发暗并附有点、块状碳化黑斑,四个行星轮内孔磨损量基本一致。BPP176S立磨减速机行星轮和轴承损伤的分析解决高先梨1,冉学平2,邓威1(1.葛洲坝宜城水泥公司,湖北宜城441415;2.名辰传动设备有限公司,四
4、川成都611136)摘要:某公司生料立磨所配的BPP176S立式减速机,在生产中二级行星轮内孔和轴承外圈同时发生磨损,这种情况较为少见。通过分析其原始配合尺寸及润滑油路结构,结合实际运行维护情况,判断磨损主要为润滑不良所致。该案例说明了加强对润滑油检验、使用管理的重要性。关键词:立式减速机;行星轮;轴承外圈;磨损;配合面测量分析;温度场分析;润滑油泡沫特性中图分类号:TQ172.632.6文献标志码:B文章编号:1002-9877(2023)09-0053-04DOI:10.13739/11-1899/tq.2023.09.018-54-2023.No.92.2二级行星轮轴承的磨损轴承外圈磨损
5、严重,经过反复检测,外圈直径为440-0.11-0.12,按通常出厂时为440+0-0计算,磨损量达到0.110.12 mm。经过初步检测,轴承游隙值为0.30 mm左 右。通 过 查 阅 资 料,新 轴 承 理 论 游 隙 在0.240.32 mm之间,表明现有轴承游隙值仍在标准范围内。轴承外圈的磨损和行星轮内孔的磨损相同,都是表面发暗并附有点、块状碳化黑斑,四个行星轮轴承外圈磨损量基本一致。2.3磨损分析2.3.1材料方面的分析通常情况,为保护轴承,要求是行星轮内孔硬度小于轴承外圈硬度。针对轴承外圈磨损量大于行星轮内孔磨损量情况,我们对行星轮齿面硬度、行星轮内孔硬度及轴承外圈硬度进行了全面
6、检测,检测仪器为EH-180型里氏硬度计,检测数据大致如下:行星轮齿面800820HLD,行星轮内孔770780HLD,轴承外圈810825HLD。将里氏硬度折算为洛氏硬度,分别为:行星轮齿面6062HRC,行星轮内孔5758HRC,轴承外圈6163HRC,硬度符合要求。根据以上检测结果初步推测:原厂家行星轮内孔是渗碳淬火,然后采用优质合金刀具车削后磨削成型。通过广泛查阅金属材料摩擦与磨损相关技术文献获悉:金属材料的耐磨性可以由材料的硬度来衡量,材料的硬度反映了材料抵抗物料压入表面的能力。硬度高,物料压入材料表面的深度就浅,切削产生的磨削体积就小,即磨损就小,耐磨性就高。同时,金属材料耐磨性还
7、与金属材料的晶体互溶性、强度、摩擦形式、温度等也有关系。通过对影响耐磨性的诸多因素分析来看,虽然轴承外圈表面硬度比行星轮内孔略高,也可能存在行星轮内孔磨损量反而小于轴承外圈表面磨损量的现象。2.3.2轴承外圈与内孔配合方面的分析通过测量数据可以看出,二级行星轮内孔为440-0.17-0.18,NTN轴承理论外径值4400-0.045,但通常制造者加工都比较谨慎,加工时基本都会遵从最大实体原则以避免次、废品产生,轴承外径公差基本都会在00.01 mm之间。检测拟更换的新轴承数据,轴承外径为440+0-0,因此估算原轴承外圈与行星轮内孔配合过盈量主要集中在0.160.18 mm之间。行星轮轴承跑外
8、圈的直接原因就是行星轮轴承滚子与滚道之间的滚动摩擦力,超过了行星轮轴承外圈与行星轮内孔之间过盈配合的固持力,或者行星轮轴承外圈与行星轮内孔之间间隙配合的滑动摩擦力。常规设计,轴承外圈配合的原则有两种:一是相对于载荷方向旋转的外圈应选择过盈配合或过渡配合,相对于载荷方向固定的外圈应选择间隙配合;二是载荷的类型和大小,当受冲击载荷或重载荷时,一般选择比正常、轻载荷时更紧密的配合,对于向心轴承载荷的大小用当量动载荷Pr与径向额定动载荷Cr的比值区分。对于本台减速机,按照减速机铭牌参数,通过计算得知,额定工况下二级行星轮载荷Pr=345.2 kN。查阅拟更换的NSK轴承手册,轴承22248B径向额定动
9、载荷Cr=1 870 kN,通过当量动载荷Pr与轴承额定动载荷Cr的比值进行判断:Pr/Cr=345.2/1 870=0.18。查GB/T 2751993滚动轴承与轴和外壳的配合,此行星轮轴承载荷性质为重载荷;考虑到配合面直径较大且对旋转精度要求较高,故设计选择P6是比较 理 想 的 公 差 带。P6 公 差 带 具 体 尺 寸 数 值 为440-0.055-0.095,该二级行星轮内孔实际检测尺寸为440-0.17-0.18,已经远超过国家标准推荐的重载荷轴承公差带。采用如此大的过盈配合,目的是尽量降低轴承跑外圈的概率。3轴承跑外圈分析3.1行星轮处温度场分析查阅机械设计手册,滚动轴承在具有
10、良好润滑情况下摩擦系数在0.0010.004之间,具体与轴承品牌、个体质量及安装使用等各种因素皆有细微差异。钢对钢的摩擦系数一般在0.020.04之间。有了上面的基础认知,再来分析该二级行星轮轴承跑外圈的原因。实际装配工况下,本案例中二级行星轮内孔与轴承外圈存在较大过盈量,不会出现相对位移,因为过盈配合的固持力会远远大于轴承滚子与滚道之间的滚动摩擦力。现在的实际情况是轴承完好,行星轮内孔与轴承外圈都严重磨损了,那么二者之间肯定是出现过较长时间的间隙配合。因为在温度场恒定后,假设行星轮内孔D 2和轴承外圈D 1形成过盈配合,那么在受载情况下,行星轮内孔与轴承外圈之间的接触面积就会较大,二者之间就
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