03
創(chuàng)新型保持架的仿真分析
保持架各項(xiàng)分析結(jié)果如圖8-圖12所示。
仿真分析得出結(jié)論：高速軸承保持架在保證其強(qiáng)度，質(zhì)心在軸線上的情況下，重量越輕，保持架所受的作用力（主要為離心力）越小；保持架質(zhì)心離鋼球旋轉(zhuǎn)中心平面的距離越大，則受到鋼球的作用力和沖擊力越大。
隨著底弧半徑的增大，保持架等效應(yīng)力呈先減小后增大的趨勢，變形量不斷增加。底弧的設(shè)計(jì)改變了保持架剛度，提高了保持架柔性，受載荷沖擊時(shí)，產(chǎn)生較大變形，使保持架等效應(yīng)力減小。當(dāng)?shù)谆“霃竭^大時(shí)，保持架柔性增大，但去除材料較多，導(dǎo)致相鄰結(jié)構(gòu)壁厚薄弱，保持架等效應(yīng)力增大。
圖8 1#鋼球與保持架兜孔碰撞點(diǎn)位置及碰撞力
圖9 軸承零件的平均磨損率
圖10 保持架受力分析結(jié)果
（a）等效應(yīng)力
（b）變形
圖11 有限元應(yīng)力和變形分析
底弧半徑/mm
爪部長度/mm
圖12 底弧半徑和爪部長度對保持架強(qiáng)度的影響
04
創(chuàng)新型保持架的試驗(yàn)驗(yàn)證
4.1 高速性能試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù)：
1） 試驗(yàn)機(jī)：BLT-T高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2） 軸承型號：6208
3） 保持架材料：PA46
4） 軸承密封：橡膠密封圈
5）轉(zhuǎn)速：18000r/min
6）載荷：徑向1250N，軸向200N
7）環(huán)境溫度：常溫
8）工位軸承：Ⅰ、Ⅳ工位軸承采用傳統(tǒng)保持架，Ⅱ、Ⅲ工位軸承采用新型專利保持架。
試驗(yàn)結(jié)果：
Ⅰ號工位軸承運(yùn)行到18000r/min速度段2min后溫度報(bào)警停機(jī)，第二次正常運(yùn)行，第三次運(yùn)行到18000r/min速度段28min后溫度報(bào)警停機(jī)。
Ⅳ號工位軸承運(yùn)行到18000r/min速度段2min后溫度報(bào)警停機(jī)，第二次運(yùn)行到18000r/min速度段15min后溫度報(bào)警停機(jī)。
Ⅱ、Ⅲ工位軸承在三次運(yùn)行期間均未出現(xiàn)溫度超標(biāo)報(bào)警停機(jī)。
試驗(yàn)運(yùn)行情況如圖13所示，由圖可知，采用傳統(tǒng)保持架的軸承在運(yùn)行跑合的中期階段（轉(zhuǎn)速14000～16000r/min），有一時(shí)刻溫升急劇升高（143℃左右），但未超過145℃報(bào)警停機(jī)線，且持續(xù)時(shí)間較短，分析原因?yàn)椋哼\(yùn)行中保持架兜孔與鋼球接觸，致使保持架兜孔與鋼球接觸部位的塑料瞬時(shí)蠕變導(dǎo)致軸承溫度急劇升高，經(jīng)過多次跑合后，材料性能趨于穩(wěn)定，瞬時(shí)發(fā)熱現(xiàn)象大為減緩甚至消失。采用新型保持架的軸承未出現(xiàn)溫度超標(biāo)，這與保持架兜孔內(nèi)工作表面開有油槽有關(guān)，油槽發(fā)揮了儲(chǔ)油和快速散熱的功能。
圖13 創(chuàng)新型保持架的軸承性能試驗(yàn)曲線1
4.2 高速耐久試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù)：
1）試驗(yàn)機(jī)：ABLT-1A高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2）軸承型號：6206
3）保持架材料：PA46
4）軸承密封：橡膠密封圈
5）轉(zhuǎn)速：13000r/min
6）載荷：徑向3000N，軸向200N
7）環(huán)境溫度：常溫
試驗(yàn)結(jié)果：運(yùn)行近2000h（圖14）
圖14 創(chuàng)新型保持架的軸承高速耐久試驗(yàn)曲線2
4.3 高溫恒高速性能試驗(yàn)
試驗(yàn)參數(shù)：
1）BLT-T高溫高速密封軸承試驗(yàn)機(jī)
2）軸承型號：6207
3）保持架材料：PA46
4）密封方式：鐵蓋
5）轉(zhuǎn)速：18000r/min
6）載荷：徑向1250N，軸向200N;
7）環(huán)境溫度：100℃
試驗(yàn)運(yùn)行情況如圖15所示，試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為930h。對比試驗(yàn)的SKF同類型鐵蓋密封軸承僅運(yùn)行338h（如圖16）。
圖15 創(chuàng)新型保持架的軸承試驗(yàn)運(yùn)行曲線2
圖16 對比試驗(yàn)的SKF軸承試驗(yàn)運(yùn)行曲線3
4.4 高溫耐久性試驗(yàn)
高溫耐久性試驗(yàn)結(jié)果見表2，軸承連續(xù)運(yùn)行813h（要求800h）后主動(dòng)停機(jī)，軸承及保持架完好。
表2 6207-2R（4套）軸承的高溫耐久性試驗(yàn)結(jié)果
圖17 高溫耐久試驗(yàn)運(yùn)行曲線4
4.5 高變速性能試驗(yàn)
高變速性能試驗(yàn)結(jié)果見表3，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間3150s（52.5min），10個(gè)循環(huán)，軸承及保持架完好。
表3 6207-2R（8套）軸承的高變速性能試驗(yàn)結(jié)果
圖18 高變速性能試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ工位試驗(yàn)軸承溫度對比
圖19 高變速試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ工位試驗(yàn)軸承振動(dòng)值對比
4.6 高溫極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)
其他參數(shù)不變，在環(huán)境溫度100℃，24000r/min轉(zhuǎn)速下（由于第一版試驗(yàn)機(jī)振動(dòng)劇烈，沒有再提高運(yùn)行轉(zhuǎn)速），連續(xù)運(yùn)行12～24小時(shí)不等，運(yùn)行期間軸承振動(dòng)值較小，間接表明了新型保持架的效果。
05
創(chuàng)新型系列保持架產(chǎn)品試驗(yàn)情況
5.1 微型高速軸承保持架
設(shè)計(jì)的微型軸承保持架結(jié)構(gòu)如圖20所示，代表型號695-2RS軸承，采用新設(shè)計(jì)保持架，在轉(zhuǎn)速為100000r/min（目標(biāo)轉(zhuǎn)速150000r/min）下，上機(jī)兩臺(tái)做壽命試驗(yàn)，雙雙運(yùn)行超過500h。
圖20 新型微型深溝球軸承保持架
5.2 創(chuàng)新型2020版保持架
創(chuàng)新型2020版高速保持架結(jié)構(gòu)如圖7b所示，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1) 在2018版高速保持架的基礎(chǔ)上，考慮到高速高溫運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，爪口外徑漲大抬起，該爪扣設(shè)計(jì)成類凹臺(tái)形；2) 爪口外徑部位凹臺(tái)與兜底外徑部位為斜坡過渡，抗沖擊能力更強(qiáng)；3) 每個(gè)兜孔間連接筋板軸向開窗口，更有利于潤滑脂在軸承兩側(cè)的穿行和內(nèi)部溫度場的均勻。
2020版保持架通過試驗(yàn)驗(yàn)證得出：1）與2018版保持架相比，軸承振動(dòng)值降低2～3dB；2）在最新版高溫高速密封性能試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)行時(shí)間超過2018版保持架100多小時(shí)（使用同樣一款潤滑脂）（轉(zhuǎn)速：18300r/min,載荷：1250N，環(huán)境溫度：100℃）。
06
應(yīng)用情況
設(shè)計(jì)的新型高速深溝球軸承目前已進(jìn)行了超過4萬小時(shí)的高速試驗(yàn)和驗(yàn)證，主機(jī)客戶臺(tái)架試驗(yàn)也表明，新設(shè)計(jì)高速保持架具有高速運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)較低，抗沖擊，可靠性高等特點(diǎn)，具有良好的高速高溫運(yùn)行性能，后續(xù)將進(jìn)一步的進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用分析。
