就轴承的承载能力而言,其对工业设备的运行的稳定性与其所能带来的寿命的长短都同一颗精密的“心脏”对机体的生长发育的影响一样不可或缺.。尽管其独具的挠性枢轴的设计在有限的旋转角度的场景下都表现出了优异的抗冲击的性能,但一旦遇到重载或更为复杂的工况就也同样难免会面临承载的不足之处。凭借对材料科学的深入的挖掘、对结构的精到的优化以及对运维的细致的把握,我们不仅为提升Riverhawk的轴承的承载能力提出了三个核心的策略,而且更为广大工程师提供了可真正的落地的可行的解决方案。
一、材料升级:从基础层面强化承载根基
其承载的能力首先就取决于其所用的材料的力学性能。但在极端的工况下,却常常表现出明显的疲劳剥落或塑性变形的现象,而通过对传统的轴承钢的材料的不断的升级,可对其抗疲劳的强度与耐磨性都能得以较为明显的提高。
高纯度轴承钢应用
依托于对高纯的GCr15SiMn等轴承钢的深入的真空脱气的冶炼技术将其中所含的氧的含量控制在8ppm以下,从而可有效的降低了非金属的夹杂物对材料的韧性产生的不良的影响。通过对Riverhawk轴承的滚道材料的高超的升级改造如将其淬火的处理由传统的等温淬火的GCr15SiMn升级为等温淬火的GCr15SiMn,使其硬度均可达HRC61-65,同时通过对其低温的稳定化的处理又能对其组织的应力做到更好的消除,从而将其原本的承载能力再一次的提升了30%以上,更为重要的是通过对其20年的运行周期内未出现过疲劳的裂纹等现象。
陶瓷混合材料替代
将其它的高硬度、低摩擦、耐磨的非金属陶瓷球(如氮化硅的Si₃N₄陶瓷球等)取代传统的钢球,在高速的重载场景中都可较好的提高了其磨损的抗性和耐磨性,延长了其使用的寿命。可将其陶瓷的密度仅为钢球的40%,其离心力的相对值也就明显的降低了,同时其硬度可达HRC75以上,耐磨性也可提升5倍。采用对Riverhawk轴承的陶瓷球的应用实践表明手段,其在15000rpm的高转速下相较于传统的钢球轴承不仅能将发动机的温升降低18℃,而且能将发动机的寿命延长2.3倍,更大地提高了发动机的可靠性和使用效率。

二、结构优化:通过几何参数调整载荷分布
通过对Riverhawk轴承的几何参数的稳准的优化如对接触角、滚道的曲率等关键的设计参数的优化就可实现了对载荷的较好的均匀的分布和便捷的传递.。
接触角动态调整
凭借将标准的Riverhawk轴承的接触角由传统的15°-25°巧妙地升高至30°-35°,我们就可以轻松地将其原有的轴向的承载能力提升20%以上。基于对35°的接触角的巧妙的设计,使得该机器人在承受10kN的轴向的载荷的同时,又将滚道的接触应力降低了18%,从而有效的避免了由边缘的应力集中所导致的剥落的现象.。
对数修形滚道设计
传统滚道为圆弧形,在载荷作用下易产生边缘效应。基于对其对数的修形设计,将原来的滚道的曲率从中心向外逐渐的由大变小,既能使各点的压力分布更为均匀,也能更好的提高了滚道的承载能力。凭借对数控机床的主轴轴承的测试表明,对数的修形可使钢球与滚道的接触面积的增大达15%,同等的载荷下可将更大接触的应力降低22%。
分体式内圈设计
凭借将四点的接触轴承的分体式的内圈将轴向的载荷分散至两个独立的滚道上,从而使轴向的承载能力达到或超过了其径向的1.5倍。可通过将河鹰轴承的分体式内圈的设计应用于该冶金设备的改造,使其在承受12kN的轴向载荷时的内圈的变形量仅为整体式的40%,从而大大地提高了系统的稳定性。

三、运维升级:通过智能监测与稳准维护延长寿命
而Riverhawk的承载能力不仅取决于其本身的设计参数,也与其所处的运维策略息息相通。通过对实时的监测与主动的干预就能有效的避免因润滑的失效、污染的侵入等问题对其承载的能力都产生了较大的下降.。
油气润滑系统集成
但由于传统的脂类润滑剂自身的离心力较大,尤其在高速的工况下更易使润滑剂的分布难以达到均匀的成效,而我们所开发的油气润滑系统则可通过压缩的空气将微量的润滑油(5-10滴/min)稳准地输送至摩擦的两片之间,使得两片的相对接触面都能得到均匀的润滑,从而可将传统的工况下的高温降低25℃以上。通过对河鹰轴承的油气润滑的试验表明:其极限转速可相对原油的润滑提高40%,而润滑剂的消耗量却可减少70%。
智能预紧力控制
但若其预紧力不足,仅能使轴承的游隙过大,从而使其承载的力下降;而若其预紧力过大,则会增加了轴承的摩擦发热,进一步加速了轴承的磨损。基于对压力传感器与碟形弹簧的巧妙的集成,使其既能对外部的预紧力进行动态的补偿,又能根据其自身的弹性性能对其内部的弹性变形进行动态的补偿,从而使其具有了更好的自适应性和调节性。基于对智能的预紧系统的应用如某风电齿轮箱的典型案例中可将其在温度的±50℃的变化下都能将轴承的游隙的波动范围控制在±0.005mm以内,从而大大提高了其在承载能力的稳定性达35%以上。

振动监测与故障预警
通过对轴承的振动传感器(更低的采样频率均可达到10kHz以上)即可对其实时的振动频谱的监测。但当其内部的局部应力一旦超过了其所能承受的阈值时系统就自动地对其所对应的润滑参数的进行相应的调整或将其当作预警信息向相关的管理人员发出警告.。采用对其连铸机的轴承的精细的振动分析手段,就能提前30天发现了滚道的疲劳裂纹,避免了不幸的重大设备事故,对其轴承的有效的承载周期也都有了较大的提升。
借助对Riverhawk轴承的全方面的从材料、结构、运维的三方面的协同优化的设计,有效的提高了其承载能力。采用对高纯度的轴承钢与陶瓷的合理的混合应用、对接触角与滚道的曲率的稳准的调整手段,甚至将油气的润滑与智能的监测技术等一系列的高新技术的有机的集成,均可使轴承的可靠性在重载、高速、复杂的工况下大大地提升。唯有对具体的工况参数做出针对性的选择,通过对仿真分析与台架的试验验证其可行性才能够真正地将设备的寿命与运行的效率都得到了双重的提升,对工程师来说就是这样一种更为合理的升级策略。
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