王泓
中沙（天津）石化有限公司 天津 300271
摘要：对轴流泵万向联轴节故障原因进行分析，同时对故障原因进行计算验证，并对避免故障再次产生和提高润滑效果提出改进方法。
关键词：万向节；轴承；润滑脂
前言：中沙（天津）石化公司HDPE装置轴流泵为美国劳伦斯公司生产，采用万向联轴节，联轴节轴承采用长城3号通用锂基脂。设备于2009年投入运行，运行之后振动一直偏高，并于2012年3月20日振动突然加大，电机驱动端振速最高达到9.0mm/s，经过频谱分析，判定其振动偏高的原因是由于联轴节中轴承损坏。3月23日停机对联轴节进行解体检查，发现联轴节十字轴轴承损坏严重。
故障描述：
十字轴拆卸时发现，两个十字轴转动均有卡涩现象；拆解泵侧十字轴（图1）处轴承，轴承拆卸较为轻松，轴承中润滑脂已经变干，十字轴表面有明显的滚柱状磨痕；拆解电机侧十字轴（图2）处轴承时，阻力较大，经过加热和敲击，将轴承拆下，发现其中一个轴承的滚柱大部分已经破碎，且锈渣较多（图3），而其另一侧对应的轴承未完全损坏，有较深磨痕，与其它轴承状况相近。
拆下的轴承中，润滑脂均已经变干，较硬，且其中夹杂着磨屑，已经失去润滑的能力。轴承滚柱被润滑脂所固定，无法转动。见图（4）
故障原因分析：
从十字轴拆卸情况来看，十字轴在一处轴承完全损坏，只以一侧轴承传递力矩的情况下，轴承未完全损坏、十字轴未发生断裂；同时发生振动值增大到停车检修这3天之中，振动值并未迅速劣化，可以认定该万向节能够满足工况要求，从而排除万向节本身设计能力不足的原因。
由于两个十字轴轴承均被润滑脂所抱死，且在轴承位置磨痕明显，分析应当是由于润滑脂使用周期太长，基础油流失，而只留下稠化剂与填充物，导致润滑脂没有起到应有的润滑效果；同时变硬的润滑脂与磨屑在轴承滚柱结合处混合，将滚柱抱死，使得摩擦形式由滚动变为滑动，这也是导致轴承损坏的直接原因。
从轴承结构来看（见右图5），润滑脂不易填充入轴承中，也不易于补充，从而导致润滑效果不良。这可能是轴承损坏的根本原因之一。
此外，轴承选用的长城3号通用锂基脂抗极压性能较弱，可能不符合该工况要求，需要对轴承进行受力分析，进行进一步验证。
轴承受力分析、计算：
一、工况分析：
由于联轴节本身特性，十字轴轴承承受恒力矩，运动方式为摆动，同时轴承在转动中可能会有滑动产生；
摩擦副接触为线接触，同时轴承主要承受十字轴的径向力，所以润滑脂要具有优良的极压性即抗磨损性，才能保证其润滑效果；
其次要考虑其分油性，能够尽量延长时间补充润滑脂的时间；
由于室外放置，仍要保证有一定的防水、防锈性能。
二、联轴节轴承接触应力计算：
----十字轴中心到轴颈中部的距离， =88.5 mm；
对于润滑脂抗磨损性能的检验，采用四球机法（参考标准SH/T 0187-92）试验值来进行评价，实验中最大无卡咬负荷 越大，表明其极压性能—即抗磨损性能、减摩性能越好。假如轴承在该工况中承担的最大负荷小于试验中润滑脂的最大无卡咬负荷 （参考标准SH/T 0187-92），则表明该润滑脂在极压性上满足工况要求。
从厂家资料查得，长城7019-1号锂基极压轴承润滑脂，四球机法检测值为： =785N，而长城3号通用锂基脂极压性能远低于长城7019-1号锂基极压轴承润滑脂，故而原用轴承极压性不符合工况要求。
计算结果：对于此工况，长城3号通用锂基润滑脂不能满足其极压性能要求。
改进方案：
1、重新选用合适工况的润滑脂，如含二硫化钼或开式齿轮润滑脂等极压性能强的润滑脂。
2、将十字轴轴颈加工成锥形，十字轴轴颈的接触应力呈梯形分布，愈接近十字轴轴端则接触应力愈大，根据这一特征，可以通过改变轴承的受力分布来提高轴承寿命。将十字轴轴颈加工成锥形，使得滚柱在靠近十字轴端部的径向间隙增加，从而使该处的接触应力减小。如右图6所示。
3、在十字轴轴颈上开沟槽来提高润滑效果。
十字轴万向联轴器中滚针轴承作有限摆动，光滑表面无法在滚动表面形成完整的油膜。为了改善润滑条件，可以在十字轴轴颈上开出断续的或螺旋形的沟槽，如右图7所示。
结论：
应选择合理润滑脂进行润滑，其次要定期对润滑脂进行补充及定期对轴承进行清理、更换润滑脂。如有可能，对万向节联轴器进行技术改进。
参考文献：
[1]马建和、郭凯。聚乙烯造粒机组万向联轴器十字轴轴颈断裂分析及对策，
[2]吴晓玲主编，润滑设计手册，北京：机械工业出版社，2006
[3]汪德涛主编 ，润滑设计手册，北京：化学工业出版社，2002
[4]董俊华，十字轴万向联轴器的结构改进，
[5]徐灏主编.机械设计手册，第四卷.北京：机械工业出版社，1992.29-83～86
论文作者:王泓
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
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