螺桿壓縮機(jī)軸承選型方法：

      雙螺桿式壓縮機(jī)因其優(yōu)越的性能，在工業(yè)領(lǐng)域中有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，比如像空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、工藝壓縮機(jī)等等，都可以看到雙螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用。在某些特殊的場(chǎng)合中，甚至取代了一些傳統(tǒng)壓縮機(jī)的應(yīng)用，最突出的當(dāng)數(shù)在制冷行業(yè)，已占據(jù)了大容量往復(fù)式壓縮機(jī)的使用范圍，而且不斷向中等容量范圍延伸。

      在雙螺桿壓縮機(jī)的諸多優(yōu)良特性中，高可靠性無(wú)疑是最為突出的一個(gè)特點(diǎn)。這是因?yàn)樗�零部件少，沒有易損件，從而運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)，大修間隔期可達(dá)４～８萬(wàn)小時(shí)。在雙螺桿壓縮機(jī)的各種零部件中，軸承是實(shí)現(xiàn)這一性能的關(guān)鍵零部件之一，它影響到壓縮機(jī)的使用效率，運(yùn)轉(zhuǎn)速度，制約了壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)的壓力大小，可完成的工作時(shí)間。下面將通過(guò)對(duì)螺桿壓縮機(jī)軸承選型的方法，對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行具體分析。

      軸承的類型有很多，常見有深溝球軸承、角接觸軸承、四點(diǎn)接觸球軸承、圓柱小滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承等等，這些軸承在螺桿式壓縮機(jī)中都有應(yīng)用。每個(gè)生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的選擇。雖然每個(gè)廠家的偏愛不同，但是總的來(lái)說(shuō)有些規(guī)律可以遵循。

      首先，考慮運(yùn)行條件、要求的性能、軸和軸承座的尺寸范圍、周邊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)行初步選擇。比如說(shuō)，工作的速度和更大的運(yùn)行速度較高時(shí)，就會(huì)限制到像圓錐滾子軸承的使用；如果軸和軸承座之間預(yù)留的空間尺寸較小且不承受軸向載荷時(shí)，滾針軸承可以作為很好的考慮對(duì)象。

      接著，根據(jù)壓縮機(jī)需要達(dá)到的工作壽命和它的動(dòng)、靜載荷的大小，可以確定具體的軸承尺寸和布置形式。像軸向載荷比較大的工況，可以采用若干角接觸軸承串聯(lián)的形式來(lái)分擔(dān)軸向力；若軸向   較小，可以用四點(diǎn)球或圓柱滾子軸承來(lái)直接承受。

      當(dāng)壓縮機(jī)有運(yùn)轉(zhuǎn)精度的要求或旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的要求時(shí)應(yīng)考慮軸承的精度和游隙。當(dāng)然，軸承的游隙值影響的不僅僅是運(yùn)行精度，也會(huì)影響到軸承的壽命。有時(shí)候，壓縮機(jī)運(yùn)行工作溫度的不同，或是其介質(zhì)的不同，甚至是速度圖譜的不同，都會(huì)影響到軸承保持架的材料和結(jié)構(gòu)的選擇，以及軸承套圈的材料和加工方式的選擇。最后，還要關(guān)注到軸承的潤(rùn)滑方式和密封的結(jié)構(gòu)以及材料上是否能滿足實(shí)際工況的要求。

      這些是在軸承選型過(guò)程中需要被關(guān)注到的地方。軸承的壽命能否滿足客戶的要求是核心內(nèi)容。常見的軸承壽命計(jì)算方法為：

其中和的含義為基本額定壽命，前者的單位為百萬(wàn)轉(zhuǎn)，后者的單位為小時(shí)；
C為基本額定動(dòng)載荷，單位為N
P為向心和推力軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
P為壽命指數(shù)，滾子軸承：p=10/3;
n為運(yùn)轉(zhuǎn)速度

      但是隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)軸承壽命的研究已經(jīng)超越了此方法。最先進(jìn)的貼近軸承實(shí)際應(yīng)用的軸承壽命計(jì)算方法為擴(kuò)展的修正額定壽命，其基本公式為：

為推展的修正額定壽命
為壽命修正系數(shù)可靠性不是90%時(shí)的各系數(shù)
為考慮工況的壽命修正系數(shù)
集中了現(xiàn)代軸承研究的許多方面，如軸承載荷、潤(rùn)滑條件、材料疲勞極限、軸承類型、材料的殘余應(yīng)力、環(huán)境條件、潤(rùn)滑劑中的污染狀況等因素。以函數(shù)形式來(lái)表示就是： 

 

為考慮污染的壽命修正系數(shù)
為疲勞極限載荷
P為軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
K為粘度比

      此公式的力學(xué)模型，是把軸承的滾動(dòng)體沿軸向方向分成若干微單元體，對(duì)每個(gè)微單元體考慮其應(yīng)力值。因?yàn)闀?huì)把軸承內(nèi)外圈的不對(duì)中，軸承的游隙引起的變化也考慮在內(nèi)，因此每個(gè)微單元體上的應(yīng)力值都不同，更接近實(shí)際的應(yīng)力分布。舍弗勒公司的Bearinx軟件可以精確的模擬此過(guò)程，并進(jìn)行計(jì)算。

      用不同的軸承壽命計(jì)算方法，得到的軸承壽命值會(huì)有很大的區(qū)別。比如對(duì)下圖模型中陽(yáng)轉(zhuǎn)子的吸氣端圓柱滾子軸承NU208-E-M1A-P63進(jìn)行不同的軸承壽命計(jì)算比較，可以看到有很大的差異性。

      用基本額定壽命計(jì)算時(shí)，軸承的內(nèi)部游隙值對(duì)結(jié)果沒有任何影響，但是用擴(kuò)展的修正額壽命的計(jì)算方法，在軸承原始內(nèi)部游隙為CN時(shí)，軸承的壽命為46000小時(shí)，當(dāng)軸承原始內(nèi)部游隙為C3時(shí)，軸承的壽命為33000小時(shí)。另外，對(duì)螺桿空壓機(jī)來(lái)說(shuō)，軸承的游隙對(duì)螺桿的撓度也有一定的影響，會(huì)影響到兩個(gè)螺桿間的嚙合情況。

陽(yáng)轉(zhuǎn)子的吸氣端圓柱滾子軸承
 

      如果我們更改軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的過(guò)濾精度，得到的軸承壽命計(jì)算結(jié)果也不相同，比如，潤(rùn)滑系統(tǒng)的精度選用B25=75時(shí)，計(jì)算出的此軸承壽命為46000小時(shí)；用B12=200的過(guò)濾精度時(shí)，算出的軸承壽命為170000小時(shí)。

      上面的兩個(gè)分析過(guò)程，在舍弗勒公司的軸承計(jì)算軟件Bearinx中可以清晰的顯示。這對(duì)軸承的選型會(huì)有直接的影響，避免選用過(guò)大的軸承，幫助客戶選擇合適的潤(rùn)滑系統(tǒng)，從而降低成本，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

      軸承產(chǎn)品的更新?lián)Q代，會(huì)在保持原軸承基本外形尺寸不變的情況下，承載能力有大幅提高。以本例中的NU208-E-M1A軸承的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，有下述表格：

      這將影響到軸承的選型，用尺寸小一號(hào)的X-Life產(chǎn)品就可以滿足工況的要求，從而降低了周邊部件的制造成本。

      綜上所述，在進(jìn)行螺桿壓縮機(jī)軸承選型時(shí)，要考慮很多因素，特別是軸承壽命計(jì)算方法的革新和軸承產(chǎn)品的更新?lián)Q代都是特別需要關(guān)注的地方，需要壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家和軸承公司的密切配合來(lái)共同完成。

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作者:德耐爾@德耐爾空壓機(jī)  空壓機(jī)修訂日期：2011-11-07
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