1 離心機簡介

某公司SAN珠料生產過程中采用一種型號CHP5000MA臥式螺旋卸料沉降式離心機（以下簡稱離心機），自1992年投入使用，用于SAN珠料的脫水干燥。

1.1 離心機的基本參數

轉鼓轉速2450r/min；分離因數Fr=3122；長徑比λ=3；轉鼓半錐角α=10°；差轉速△n=44r/min（轉鼓超前）；轉鼓內徑D=620mm；轉鼓長度L=1860mm（有效長度）；單頭、右旋螺旋葉片。

1.2 離心機基本結構

離心機由進料管、液力耦合器、三角皮帶輪、左右軸承、螺旋輸送器、轉鼓、行星差速器、溢流擋板、機殼、扭矩機械保護裝置等部件組成。差速器是離心機上不可缺少的、精密、復雜核心部件，作用是在螺旋與轉鼓之間形成一個較小的轉速差。差速器的可靠性直接影響離心機整機的工作能力和可靠性。該機采用漸開線行星齒輪差速器。

變速裝置為動軸線輪系（也稱周轉輪系），雙級2K-H型傳動，轉鼓與變速箱內齒b1相連，二者同步轉動，一級行星輪架H1上裝有2個相同的行星輪c1，它同時與中心輪a1、內齒輪b1嚙合，行星輪c1既有自轉又有公轉，其公轉數就是二級行星傳動中的中心輪a2的轉數；第二級行星輪c2與中心輪a2、內齒輪b2嚙合，第二級行星輪架H2帶動螺旋輸送器，這樣螺旋與轉鼓產生相對運動。

2 故障描述與原因分析

該離心機近年來故障頻發，平均1～3個月就要進行一次較大檢修，嚴重影響裝置長周期運行。通過多次對該離心機解體檢修發現，設備損壞主要集中在一級行星齒輪、二級行星齒輪、行星齒輪滑動軸承等處。

2.1 行星齒輪失效分析

行星齒輪為高速旋轉件，承受齒輪嚙合力和徑向推力。觀察行星輪斷口截面，發現其由舊裂紋發展而來。在各行星輪上，均發現有較多的微小裂紋，應為長時間運轉過程中，不斷承受交變應力導致行星輪疲勞破壞。

2.2 行星輪滑動軸承失效原因分析

解體差速器發現，滑動軸承表面有較多腐蝕坑和徑向溝槽，有大量徑向微小裂紋，但強度明顯不足，甚至拆除后發生斷裂損壞。分析原因有4個。

（1）滑動軸承為高速旋轉件，承受摩擦力和徑向離心力。差速器潤滑為密閉系統，運行中存在一定的溫度，同時在脈沖載荷、摩擦力、徑向離心力等的作用下，滑動軸承表面受沖刷、氣蝕影響，產生腐蝕坑和微小裂紋。

（2）當滑動軸承表面徑向裂紋形成后，破壞了潤滑油油膜的形成，降低了潤滑效果，造成滑動軸承受力集中，局部應力增大，導致腐蝕坑和微小裂紋進一步發展，軸承損壞。

（3）滑動軸承油孔堵塞、油不清潔、裝配有毛刺、使用的工具抹布不干凈等也可能造成滑動軸承損壞。

（4）行星輪滑動軸承與軸之間的潤滑油，受到離心力的作用，如果離開摩擦區將造成潤滑不良，也可能造成滑動軸承損壞，因此泄油不能太快，否則油會通過端面流失，造成潤滑油不足。徑向間隙過大，也會加快潤滑油的流失。

3 處理措施

3.1 行星齒輪改造

3.1.1 內齒圈的設計加工

為了盡可能減少行星輪與內齒輪之間的沖擊，在不產生內嚙合齒輪干涉的前提下，應盡量減少齒輪間隙，有效控制溫升和噪聲，提高齒輪壽命。為了提高齒圈的強度和耐磨性，選取35CrMo優質合金鋼先做調質處理，硬度達到285HV，然后做氮化處理，硬度提高到700HV，熱處理后進行磨削加工，制造前后對原材料多次探傷檢查，確保齒輪質量。

3.1.2 行星齒輪選材

行星齒輪選20CrMnTi滲碳淬火，太陽輪圓柱齒輪38CrMoAl調質氮化，這樣處理可以達到提高表面硬度增加耐磨性、提高心部強度的目的。

3.1.3 行星齒輪加工精度控制

如果齒輪精度低，在滑動軸承和軸間產生的交變應力將造成滑動軸承快速磨損，使機構失效。所以行星齒輪的精度應嚴格控制在3～4級，每組行星齒輪的公法線誤差＜0.01mm，重量差＜0.8g。

3.1.4 行星齒輪平衡精度控制

對一、二級行星齒輪零部件分別做平衡處理，平衡精度G2.5級，整機平衡精度G2.5級。

3.2 行星輪滑動軸承的校核

滑動軸承失效的主要原因是磨損和咬焊，因此防止其失效的關鍵在于軸頸和軸瓦間能否形成油膜，并保證在運行中油膜不發生破裂。滑動軸承的設計主要是在軸承直徑d和長度l確定以后進行工作能力的計算，即滿足3個條件：

（1）p≤[p]

（2）v≤[v]

（3）pv≤[pv]

對于不同材料制造成的滑動軸承，以上3個許用條件不同，但至少應滿足2個條件：

①許用比壓一般取[p]=3M～4.5MPa

②比壓與軸承線速度之積pv≤100M～150Mpa·m/s

3.2.1 行星輪離心力計算

（1）一級行星輪。行星輪質量G1=3.5kg，中心距a1=120mm，轉速n1=2111r/min，一級行星輪離心力可用下式計算：

Fc1=G1×a1×（π×n1/30）²=3.5×0.12×（π×2111/30）²=20504N

（2）二級行星輪。行星輪質量G2=8.45kg，中心距a2=125mm，轉速n2=2406r/min，二級行星輪離心力可用下式計算：

Fc2=G2×a2×（π×n2/30）²=8.45×0.125×（π×2406/30）²=65985N

3.2.1.2 一級傳動行星輪滑動軸承參數計算

一級行星齒輪滑動軸承參數如下：直徑d1=123mm，長度l1=54mm；一級行星齒輪對滑動軸承徑向壓力：Fa1=Fc1=20504N；一級行星輪相對于齒輪架轉速：因為nH1=2111r/min，na1=0r/min，所以△nH1=2111r/min。

一級行星輪滑動軸承比p1=Fa1/（d1×l1）=20504/（123×54）=3.1MPa

一級行星輪滑動軸承軸承線速度v1=πd1△nH1/（60×10³）=π×123×2111/（60×10³）=13.59m/s

一級行星輪滑動軸承pv值為：p1×v1=3.1×13.59=42.13MPa·m/s

同前文敘述比較，p，pv值均滿足許用條件。

3.2.1.3 二級傳動行星輪滑動軸承參數計算

二級行星齒輪滑動軸承參數如下：直徑d2=111mm，長度l2=107mm；一級行星齒輪對滑動軸承徑向壓力：Fa2=Fc2=65985N；二級行星輪相對于齒輪架轉速：因為nH2=2406r/min，na2=2111r/min，所以△nH2=295r/min。

二級行星輪滑動軸承比p2=Fa2/（d2×l2）=65985/（111×107）=5.56MPa

二級行星輪滑動軸承軸承線速度v2=πd2△nH2/（60×10³）=π×111×295/（60×10³）=1.71m/s

二級行星輪滑動軸承pv值為：p2×v2=5.56×1.71=9.51MPa·m/s

同前述比較，p2值比許用值偏高，而線速度較低，二級傳動行星輪滑動軸承是重載低速，因此在選擇軸承材料時要考慮更大承受載荷材料。

3.2.2 行星輪滑動軸承材料的選擇

分析進口滑動軸承材料，其中Cu為87.16%，Sn為5.68%，Zn＜0.2%，Pb為6.32%，接近于錫青銅。

因為國內無完全一樣的材料，因此在本次改造過程中，滑動軸承采用新型軸承DU軸承（國內一般稱之為聚四氟乙烯復合軸承），DU軸承耐重載低速，在0.005m/s時，壓力35M～56MPa，摩擦因數0.01～0.09，溫度可達280℃。DU以鋼為瓦背，中間為多孔性青銅（Cu89%，Sn11%）、浸漬聚四氟乙烯（PTFE）和Pb（20%）的混合物，厚約25um。也可以在滑動軸承表面電鍍厚2～5um巴氏合金，承載能力為42M～52MPa。

在滑動軸承加工制造過程中，經過精加工的DU滑動軸承表面使用專用的模具進行研磨，磨料采用W5，研磨后滑動軸承表面粗糙度Ra＜0.4um。由于差速器運行過程中溫度較高，產生較大熱膨脹，行星輪軸、銷軸與滑動軸承采用間隙配合，間隙0.08mm；滑動軸承外表面的鍵槽頂部與行星輪內孔鍵槽底部間隙0.04mm；滑動軸承內孔的圓度、圓柱度＜0.02mm；滑動軸承內孔對行星輪的同軸度＜0.02mm；滑動軸承與輪架的軸向間隙0.1～0.14mm。差速器組裝到位后，整機徑向跳動≤0.05mm。

4 結論

經過對差速器行星輪及滑動軸承的改進，以及對工藝操作的優化，大大改善了差速器的運行狀態。改造完成連續運行3個月后，對離心機差速器運行狀態進行檢測，差速器溫度64℃，溫升＜40℃，均在規定范圍內。連續運行1a，未發生因差速器引起的設備故障。因此，本次改造提高了差速器的運行周期，離心機整機運行穩定，符合企業長周期生產要求。