CN102374236A - 混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，包括轴承外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器、润滑脂和密封件。本发明针对轴承在振动棒中除履行支撑、减摩等固有功能外，客观上还被当作传振体使用的实际情况，采取针对性的抗振抗冲击措施，包括套圈和滚动体材料采用耐冲击轴承钢，控制零件工作表面磨削变质层，选择含有固体润滑材料的润滑脂，采用内圈带密封槽的轻接触橡胶密封结构等，使得轴承的耐磨损和耐冲击性能得以极大提高，从而显著延长轴承的工作寿命，解决了振动棒频繁更换轴承之烦恼，是一个非常有工程应用价值的发明。

Description

混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承及其制作方法

技术领域

本发明涉及特种滚动轴承技术领域，特别涉及一种电机内装插入式混凝土振动器(又称电机直联插入式振动器)中振动棒(vibrator)耐冲击长寿命滚动轴承及其制作方法。 

背景技术

在水利、电力、大坝、建筑、桥梁、港口、机场、公路、高层建筑等工程中，为消除混凝土的蜂窝麻面等缺陷，提高其强度，保证混凝土构件的质量，在混凝土拌和好后浇筑构件前，须采用振动器进行捣固密实。振动棒是振动器的核心和主体，按照产生振动的原理，振动棒可分为偏心式和行星式，其中偏心式振动棒最为常用，如附图1，其基本工作原理为：电动机11驱动电动机转子12旋转并进而带动与之相联的支撑轴13旋转，偏心质量块14靠螺栓15与支撑轴13刚性固联并一起旋转，高速旋转的偏心质量块14产生高频振动，振动经振动棒轴承16传递给振动棒壳体17，从而使振动棒产生圆周振动。使用时，振动棒竖直插入待密实的混凝土中。 

长期工程实践表明，振动棒的寿命很短，尤其是国产振动棒，累计工作时间通常不到100小时，不足期望寿命的1/3，失效主要由振动棒内的滚动轴承失效引起，轴承失效表现为轴承内润滑脂严重泄露、劣变甚至失效，保持器断裂，轴承卡死，解体轴承发现，轴承工作表面发生严重磨损和疲劳剥落。因此，一旦轴承失效，就不得不更换轴承甚至废弃整只振动棒，费时费力，降低了生产效率，影响到生产成本。因此，振动棒轴承寿命短严重困扰着混凝土捣固密实工程。 

众所周知，滚动轴承用于旋转机械中，履行承载、减摩的固有职责，而在混凝土振动棒中，滚动轴承除需履行承载、减摩的固有职责外，还被迫起到一个传振体的作用，振动传递路径是：如附图1和附图2，偏心质量块14引起的支撑轴13的振动传递给与之过盈或过渡配合的轴承内圈22，内圈22传递给与之接触的滚动体23，滚动体23传递给与之接触的轴承外圈21，轴承外圈21传递给与之接触的振动棒壳体17。当轴承在客观上被迫当作传振体时，由于振 动的频率较高、幅值较大，轴承所传递振动的能量较高，轴承工作条件之苛刻可想而知，如不采取针对性很强的系统性的技术措施和手段，轴承寿命很短便在情理之中。 

现行轴承延寿解决方案主要是针对仅履行承载、减摩的滚动轴承，考虑如下一种或若干种运行条件： 

●温度 

●速度 

●载荷 

●介质侵袭 

●环境污染 

●振动冲击环境(轴承一般不处在振源的中英，也并不直接传递振动) 

针对这些运行条件所提出的轴承延寿解决方案对作为振动体传递较高振动频率和能量的振动棒轴承自然难以凑效。 

因此，要使混凝土振动棒轴承获得较长的工作寿命，除考虑温度、速度、载荷等与其它旋转机械共性的运行条件外，还必须特别考虑振动棒轴承传递中高频率、中高幅值振动这一个性化运行条件，从而采取个性化的、特别的技术措施，使振动棒轴承成为耐冲击长寿命轴承。 

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，以解决现行振动棒轴承工作寿命太短的工程实际问题。 

本发明的第二目的在于提供一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承的制作方法，以解决现行振动棒轴承制作方法工作寿命太短的技术缺陷。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器、润滑脂和密封件。从轴承包括的基本元件和轴承外观结构上看，本发明耐冲击长寿命轴承同现行振动棒轴承并无显性区别，但是，本发明耐冲击长寿命轴承所用钢材、润滑材料、加工工艺等与现行振动棒轴承有着本质的区别，结果，其内在性能，尤其是耐冲击性能远远高于现行振动棒轴承，下面以构成轴承的元件为对象，通过与现行振动棒轴承的对比，说明本 发明耐冲击长寿命轴承的特点特征。 

说明中，高碳铬轴承钢包括但不限于GCr15和GCr15SiMn，中碳轴承钢包括但不限于55、50MnA、70Mn、5CrMnMo、60CrMnMoA、55SiMoVA和55SiMoA，渗碳轴承钢包括但不限于G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G10CrNi3Mo和G20Cr2Mn2Mo，其中，中碳轴承钢和渗碳轴承钢的冲击韧度α_K(J/cm²)为高碳铬轴承钢的3倍以上，渗碳轴承钢磨加工前应按照相关标准进行渗碳处理。固体润滑材料包括但不限于石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、氮化硼。 

外圈 

内圈 

滚动体 

保持器 

润滑脂 

密封件 

现行轴承一般采用标准内径、外径和宽度，如果振动棒外壳内径大于轴承外径，则采取在两者之间加装衬套的方式进行装配，以某规格振动棒为例，现行轴承为标准6302轴承，其公称外径为42毫米，但该规格振动棒壳体公称内径为44毫米，因此，使用时加入了单边壁厚仅为1毫米的衬套。衬套的采用不仅引入了新的装配误差，而且因为衬套壁太薄，在振动冲击作用下，衬套被进一步延展减薄，导致轴承与振动棒壳体的初始安装精度逐步丧失，从而加剧轴承的早期失效。 

针对上述情况，本发明专利轴承公称外径选取与振动棒壳体公称内径相等，两者之间直接过渡或过盈配合安装，从而避免因安装精度丧失导致的轴承早期失效。如对前述某规格振动棒用6302轴承，本发明专利轴承为，内径、宽度同标准6302轴承，但外径为44毫米，轴承外径增大后，相应的轴承设计参数朝着有利于提高轴承承载能力的方向作同步调整。 

本发明混凝土振动棒专用轴承，其外圈、内圈、滚动体、保持器、润滑脂和密封圈这6大元件中，至少应有一个元件采用本发明技术，如果6大元件全部采用本发明技术，效果更加理想。 

现行振动棒轴承一般采用单列密封深沟球轴承，本发明耐冲击长寿命轴承可以是单列或双列密封深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承。单列深沟球轴承优先采用带紧钉金属冲压浪形保持器。 

一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承的制作方法，包括： 

外圈制作：选材高碳铬轴承钢、中碳轴承钢或渗碳轴承钢，采用锻造或冷辗扩成形，直径方向磨削量不超过0.40毫米，光磨时间不少于3秒，其它与正常 深沟球轴承外圈制作方式相同； 

内圈制作：选材高碳铬轴承钢、中碳轴承钢或渗碳轴承钢，采用锻造或冷辗扩成形，其上加工V型密封槽，直径方向磨削量不超过0.40毫米，光磨时间不少于3秒，其它与正常深沟球轴承内圈制作方式相同； 

滚动体制作：选材中碳轴承钢或渗碳轴承钢，对滚动体表面进行加压强化，使商品滚动体表面形成压应力，其它与正常滚动体制作方法相同。球轴承滚动体为钢球，圆柱滚子轴承滚动体为圆柱滚子，圆锥滚子轴承滚动体为圆锥滚子； 

保持器制作：单列深沟球轴承保持器选材中碳钢板，采用带紧钉浪形保持器。其它结构和类型轴承采用金属或高强度工程塑料。 

润滑脂制作：选用黏度相对较高的含有固体润滑材料的滚动轴承特种润滑脂； 

密封件制作：选用橡胶密封圈，与内圈密封槽形成迷宫式轻接触。 

当上述元件齐备时，将其装配成整套轴承的方法与现行单列或双列密封深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承相同，包括： 

●外圈、内圈、滚动体、保持器、密封件的清洗； 

●外圈、内圈、滚动体三者之间的分选、合套； 

●保持器铆合，制成开式滚动轴承； 

●清洗、烘干开式轴承； 

●往开式轴承中加注润滑脂； 

●压装密封圈。 

至此，可制成混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承。 

本发明混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，内圈、外圈采用抗冲击轴承钢，锻造或冷辗扩成形并实施工艺措施控制滚道表面的磨削变质层；滚动体采用抗冲击轴承钢，加压强化；保持器采用紧钉金属保持器；润滑脂采用含有固体润滑材料的中高黏度润滑脂；密封件采用轻接触式密封圈。所有这些技术措施，都直接针对振动棒轴承在客观上被当作传振体使用这一特殊工况。与现行振动棒轴承相比： 

(1)轴承外圈、内圈、滚动体工作表面耐磨、耐冲击，延长了它们的抗冲击疲劳剥落寿命； 

(2)轴承内封装的润滑脂在振动冲击下也不容易流失，摩擦副受到润滑油 膜和润滑固体膜的双重保护，延长了轴承的润滑寿命并进而延长了轴承的磨损和疲劳剥落寿命。 

在轴承内部润滑良好，套圈滚道和滚动体工作表面不因冲击发生磨损和剥落的情况下，就不会发生轴承运转严重不畅或卡死进而其传振功能丧失的情况。因此，使用本发明耐冲击轴承后，混凝土振动棒就不再会因轴承的过早失效而失效。 

附图说明

图1为偏心式振动棒剖面示意图； 

图2为混凝土振动棒耐冲击长寿命密封深沟球轴承的剖面图. 

具体实施方式

以下结合附图2混凝土振动棒耐冲击长寿命密封深沟球轴承的剖面图，详细说明本发明。 

请参阅图2，一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，它包括外圈21、内圈22、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体23和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器24、润滑脂25和密封件26。这些元件的材质及工艺等方面不同于现行振动棒深沟球轴承，从而使得本发明振动棒轴承在振动冲击工况下具有数倍于现行振动棒轴承的寿命。下面以表格方式说明附图2所示混凝土振动棒耐冲击长寿命轴承各元件的材质、尺寸配合及工艺。 

与现行混凝土振动棒轴承相比： 

(1)轴承外圈、内圈、滚动体表面耐磨、耐冲击，延长了它们的抗冲击疲劳剥落寿命； 

(2)轴承内封装的润滑脂在振动冲击下也不容易流失，摩擦副受到润滑油膜和润滑固体膜的双重保护，延长了轴承的润滑寿命并进而延长了轴承的磨损和疲劳剥落寿命。 

在轴承内部润滑良好，套圈滚道和滚动体工作表面不因冲击发生磨损和剥落的情况下，就不会发生轴承运转严重不畅或卡死进而其传振功能丧失的情况。因此，使用本发明耐冲击轴承后，混凝土振动棒就能获得较长的工作寿命。 

一种混凝土振动棒耐冲击长寿命密封深沟球轴承的制作方法，包括： 

请参阅图2，一种混凝土振动棒耐冲击长寿命密封深沟球轴承，它包括外圈21、内圈22、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体23和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器24、润滑脂25以及密封件26，其材质和成型工艺分别具有如下特点： 

当上述元件齐备时，将其装配成整套深沟球轴承的方法与现行深沟球轴承方法相同，包括： 

●外圈21、内圈22、钢球23、保持器24、橡胶密封圈26的清洗； 

●外圈21、内圈22、钢球23三者之间的分选、合套； 

●保持器24铆合，制成开式滚动轴承； 

●清洗、烘干开式轴承； 

●往开式轴承中加注润滑脂25； 

●加装橡胶密封圈26。 

至此，可制成如附图2所示的混凝土振动棒耐冲击长寿命深沟球轴承。 

以上仅是一举例说明，并非用于限定本发明。 

由于本发明混凝土振动棒轴承针对其振动冲击很大的实际工况，在轴承零件材料、成形及加工工艺、润滑脂选择、密封结构选择等方面采取了针对性很强的技术措施，因此，本发明混凝土振动棒轴承具有耐冲击、寿命长的突出特点。 

不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施 例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明并不限于在说明书中所述的具体实施例。 

Claims (9)

1.一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器，其特征在于，所述滚动体由冲击韧度α_K数倍于高碳铬轴承钢的中碳轴承钢、渗碳轴承钢制成，所述外圈和内圈采用与滚动体相同的材料或高碳铬轴承钢。

2.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，包括单列和双列密封深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承，单列深沟球轴承优选金属冲压浪形带紧钉保持器。

3.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，所述轴承公称外径优选与振动棒壳体公称内径相等，两者之间直接过渡或过盈配合安装。

4.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，其特征在于，所述外圈、内圈的其中至少一种部件采用锻造或冷辗扩成形，滚道表面未有磨削烧伤和较重磨削变质层，滚道表面显微硬度不低于500 HV。

5.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，其特征在于，在内圈滚道和两侧端面之间设置V型密封槽。

6.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，其特征在于，还包括润滑脂，所述润滑脂基础油在40度时的黏度在40 cst以上，内含固体润滑材料。

7.如权利要求1或5所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，其特征在于，还包括双面轻接触式密封圈，密封圈密封唇与内圈V形槽之间形成迷宫式密封结构。

8.如权利要求1所述的混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承，其特征在于，中碳轴承钢、渗碳轴承钢的冲击韧度α_K至少3倍于高碳铬轴承钢。

9.一种混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴成的制作方法，其特征在于，包括：

（一）轴承零件制作

外圈制作：选用高碳铬轴承钢、中碳轴承钢或渗碳轴承钢为原材料，锻造或冷辗扩成形，轴承公称外径设计为与振动棒壳体与之配合部位的公称内径相同，滚道磨削时，留磨量不超过0.40 毫米，无火花光磨时间不少于3秒，控制磨削烧伤和磨削变质层，使滚道表面显微硬度不低于500 HV；

内圈制作：选用高碳铬轴承钢、中碳轴承钢或渗碳轴承钢为原材料，锻造或冷辗扩成形，内圈设计为带双面V型密封槽，滚道磨削时，留磨量不超过0.40 毫米，无火花光磨时间不少于3秒，控制磨削烧伤和磨削变质层，使滚道表面显微硬度不低于500 HV；

滚动体制作：选用中碳轴承钢或渗碳轴承钢为原材料，加压强化处理；

保持器制作：单列深沟球轴承采用金属冲压带紧钉浪形保持器，其它结构类型轴承采用金属或高强度工程塑料；

润滑脂制作：选用40度时黏度不低于40 cst的基础油，润滑脂中含固体润滑材料；

密封件制作：采用橡胶密封圈，密封唇与内圈V型密封槽形成轻接触迷宫式密封；

（二）装配

包括：

外圈、内圈、滚动体、保持器、密封件的清洗；

外圈、内圈、滚动体三者之间的分选、合套；

保持器铆合，制成开式滚动轴承；

清洗、烘干开式轴承；

往开式轴承中加注润滑脂；

压密封圈；

匀脂；

至此，可制成混凝土振动棒耐冲击长寿命滚动轴承。

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