振动筛用双列调心滚子轴承的设计及选型

王建军，都本余，王璟林

（大连光扬轴承制造有限公司，辽宁 大连 116300）

矿山类机械设备中， 振动筛的使用较为频繁，其功能是将破碎后的矿石进行筛分，以满足不同客户需求。 振动筛的振动源于激振器，激振器的类型多样，其核心部件是轴承，轴承的稳定效果决定着整个振动设备的质量和使用寿命。 因此，轴承是厂家最为关心的关键部件之一，其设计也显得尤为重要。 应用在矿山的振动筛不仅载荷大、速度高，而且环境恶劣，一般使用双列调心滚子轴承。该轴承主要有MB，CCJA，ACA，MA 4 种结构。 目前市场使用最多的振动筛轴承产品是MB 结构和CCJA 结构， 主要是因为这两种产品的适用性较广、价格相对低廉。 从多年试验经验出发，介绍振动筛轴承设计注意事项，分析振动筛的轴承设计方法，以期为振动筛轴承的设计提供技术依据。

1 振动筛轴承设计要点

设计双列调心滚子轴承时应注意以下几点：1）这4 种结构的轴承产品为适应振动冲击的特点，应当尽量提高其制造精度。 虽然其整体精度测量困难，但应确保其零部件产品的精度至少达到国家标准中的P5 水平。 2） 铜保持器的加工精度要好，特别是引导面的圆度应控制在0.1 mm 范围内， 冲压铁保持器的引导面的圆度应控制在0.15 mm 的范围内。 同时，为降低设备振动而引起保持器共振，应控制保持器与引导面的间隙在较小范围内。 3） 由于内圈的受力区域相对固定，为延长轴承的使用寿命，应控制内圈与滚动体的接触曲率。 该曲率可控制在0.98～0.99 之间，滚动体与内圈接触椭圆长短轴比在1.5～1.6 之间。4）由于振动引起的摩擦较大，为加强耐磨性，产品隔圈和冲压铁保持器要进行表面硬化处理，常见的是进行表面氮化处理，使其形成高硬度的耐磨层。5） 所有滚动体的端面应具有球形引导面，该引导面与隔圈或内圈大挡边接触。 该引导面的粗糙度应控制在0.32 μm范围内，并保证同组曲率相差不大于0.05%。

2 振动筛用调心滚子轴承的选型

调心滚子轴承具有自调心的特点，因此，对设备制作的精度要求不高。而振动筛在制造和使用安装过程中存在较多限制，无法进行精密安装和维护，只有双列调心滚子轴承可以适应这种场所。这也是在振动筛中双列调心滚子轴承应用广泛的原因。根据多年研究经验，双列调心滚子轴承一般使用寿命设定为1～2 a，根据这个设定来选择轴承的尺寸及型号。

2.1 轴承型号及尺寸的选择

根据ISO281 轴承的寿命理论计算公式为：

式中，L10：90%可靠性使用寿命，h；Cr： 轴承基本额定动载荷，kN；Pr：当量动载荷 kN；n：轴承转速，r/min。

由于振动筛存在冲击载荷， 所以当量动载荷Pr要采用一个安全系数， 一般采用1.2～1.3。 计算寿命时，轴承受力要按1.2～1.3 倍的Pr来进行计算，以确保轴承的使用寿命。

2.2 当量动载荷Pr 的计算及确定

目前主要使用双列调心滚子轴承的振动筛有以下几种：双轴承圆振筛、直线筛、偏心筛等。 针对这3种振动筛，根据以下公式可以计算出相应的当量动载荷Pr。

2.2.1 双轴承圆振筛双轴承圆振筛的中心轴为一偏心轴，在筛体两侧加偏心块作为激振器。如图1 所示。

图1 双轴承圆振筛Figure 1 Double bearing circular vibrating screen

当量动载荷Pr计算公式为：

式中，Pr：当量动载荷，kN；fz：安全系数，一般选用1.2～1.3；z：轴承个数；G：筛箱重量（应考虑存在物料状态下），kN；n：轴承转速，r/min；g：重力加速度，9.81 m/s2；r：振动半径，m。

确定好理论寿命及当量动载荷，即可按样本所标注的轴承基本额定动载荷Cr进行计算， 来选择所需要的轴承。

2.2.2 双轴承直线筛从原理上讲，双轴承直线筛的激振器由两个同步运行反向旋转的圆形抛出系统组成，如图2 所示。

图2 双轴承直线筛Figure 2 Double bearing linear screen

直线筛中的轴承受力呈正弦曲线变化，为简化计算，轴承所受当量动载荷可用下面的公式计算：

式中，fz：安全系数，一般选用 1.2～1.3；Frmin： 轴承所受最小载荷（沿振动方向）； Frmax：轴承所受最大载荷（与振动方向垂直）。

式中，z：轴承个数，一般用4 个轴承；其余参数含义与式（1）解释相同，最终根据计算来实现选型。

2.2.3 双轴承偏心筛双轴承偏心筛有4 套轴承，结构如图3 所示。 一般里侧两套轴承按振动筛轴承来选取。 外侧两套轴承基本不承受振动力，所以可按普通轴承选择即可。

图3 双轴承偏心筛Figure 3 Double bearing eccentric screen

偏心筛的振动半径取决于轴的偏心距离。里侧轴承受力可按下式计算：

式中，r：曲轴的偏心半径，m；其余符号含义与当量动载荷Pr的计算公式（1）相同。

确定好理论寿命及当量动载荷，即可按样本所标注的轴承基本额定动载荷Cr进行计算， 来选择所需要的轴承。

3 结语

根据多年生产、 使用和研究， 总结了一些轴承设计经验。 振动筛轴承在实际应用中还需要更多创新设计，这里只阐述几种典型设计应用，有待以后工作中对其他类型的轴承进行设计，提出更好更优的设计方案。