磁悬浮保护轴承表面镀层试验研究_南建辉.pdf

磁悬浮保护轴承表面镀层试验研究南建辉1，张志华1，阎昌春2，吴俊成2摘要：通过对磁悬浮保护轴承使用工况进行研究，确定了几种不同的镀层并进行了相应的试验。试验结果表明复合二硫化钼-2 镀层的保护轴承温升最低，磨损最小。关键词：磁悬浮保护轴承；镀层；试验研究中图分类号：TH133.3；TG174.4 文献标识码：B 文章编码：1672-4852（2023）02-0043-02Research on Surface Coating Technology for Magnetic Suspension Protective Bearing收稿日期：作者简介：2023-02-02南建辉（1983），男，工程师，本科，研发中心主任。NAN Jianhui1,ZHANG Zhihua1,YAN Changchun2,WU Juncheng2(1.Hangzhou C&U Bearing Co.,Ltd.,Hangzhou 310022,China;2.Hangzhou C&U Motor Bearing Co.,Ltd.,Hangzhou 310022,China)Abstract:Through research on the application of magnetic suspension protective bearing,several different coatings were identified and corresponding tests were conducted.The test results show that compound MS2-2 protective bearing has the lowest temperature rise and the minimum wear than other coating bearings.Key words:magnetic suspension protective bearing;coating;test research（1.杭州人本轴承有限公司 杭州 310022；2.杭州人本电机轴承有限公司 杭州 310022）磁悬浮保护轴承广泛应用于高速电机、飞轮储能、离心压缩机等利用磁悬浮技术的领域。保护轴承主要用于转子失稳跌落时支撑转子，防止出现电磁机构等损坏，同时也用于在系统停机后对转子进行支撑。其性能的好坏对主机的寿命、磨损、可靠性有较大的影响1-5。由于磁悬浮保护轴承的特殊性，其工作特点如下：（1）承受转轴跌落时的冲击力，大约是转轴重力的 20 倍以上。（2）要求轴承具有耐速差造成的滑动摩擦发热、冲击重载的技术性能，还应具有高可靠度。（3）要求高转速。（4）要求高抗电蚀能力。常规轴承无法满足保护轴承的工况要求，故需要对其表面进行镀层处理。1 表面镀层技术研究第 44 卷第 2 期2 0 2 3 年 6 月Vol.44 No.2Jun.2 02 3哈 尔 滨 轴 承JOURNAL OF HARBIN BEARING为了提高保护轴承的耐腐蚀、防锈、耐高温和耐电蚀等性能，套圈可采用表面镀层处理，钢球采用陶瓷球。目前表面镀层有表面发黑、WCC、G 薄膜涂层、纯二硫化钼涂层、二硫化钼+铝钛+硫化锑混合涂层等表面涂层处理。涂层和陶瓷球在提高润滑、降低摩擦力和减少发热温升方面起到关键作用，是实现高速磁浮电机保护轴承耐高温性能的关键技术。1.1 表面镀层技术确定相对于保护轴承内部滚动摩擦发热来说，高速转子跌落冲击轴承内圈接触面发生差速滑动摩擦发热要高得多。下面针对立式高速磁浮电机，分析计算发生瞬时冲击接触时接触面的温升情况。显然，对于立式高速磁浮电机来说，瞬时冲击发生在转子轴肩和保护轴承内圈端面接触面上。为了简化理论分析计算，设定瞬时时间为 0.01 s，瞬时差速摩擦产生的热量全部被厚度为 0.3 mm 的内圈端面吸热层吸收，内圈端面接触面的平均直径为 70 mm，转子的转速为 20 000 rpm，转子重量为 45 kg。差速滑动摩擦瞬时摩擦产生的热量：44 式中：差速滑动摩擦系数N瞬时单击接触压力x瞬时滑动位移内圈端面吸热层的瞬时温升：式中：T瞬时温升 c比热 m内圈吸热层的质量根据不同镀层的性能特点及摩擦系数，计算摩擦热，从而确定合适的镀层。1.2 表面镀层选择根据保护轴承工作特点，考虑到实际工作中以滑动摩擦为主，所以选择复合二硫化钼-1、复合二硫化钼-2、WCC、发黑等四种镀层进行保护轴承的试验研究。镀层信息如表 1：=QN()=/T Qc mD表 1 不同镀层的性能表 2 不同镀层试验后的性能镀层名称镀层部位外观厚度/m复合二硫化钼-1套圈灰黑色3 5复合二硫化钼-2套圈黑色16 17WCC钢球黑色1 2发黑套圈黑色2 3镀层名称镀层部位外观温升/复合二硫化钼-1套圈有轻微磨损6.9复合二硫化钼-2套圈未见明显的磨损6.1WCC钢球钢球表面磨损10.8发黑套圈磨损较严重9.82 试验验证2.1 试验条件对采用不同镀层的保护轴承在立式磁悬浮系统保护轴承性能试验机上进行跌落寿命试验。上轴承采用 61813、下轴承采用 71913C/DF，试验转子配重 45 kg，保护轴承面对面安装；依次在转速 10 000 rpm、15 000 rpm、20 000 rpm 的情况下进行跌落，观察试验后轴承的磨损情况。2.2 试验结果分析不同镀层在试验后的温升和磨损情况对比如表 2。3 结论通过将不同镀层的保护轴承在立式磁悬浮系统保护轴承性能试验机上进行对比试验，试验结果表明：采用复合二硫化钼-2 镀层的保护轴承由于降低了滑动摩擦系数，内圈端面吸热表层的温升比其它涂层的温升低，而且未见明显的磨损。采用复合二硫化钼-2 镀层的保护轴承已经批量在客户中使用，反映效果良好，未见失效情况。参考文献：1 邓四二,贾群义,薛进学.滚动轴承设计原理（第2版）M.北京:中国标准出版社,2014.2 邓四二,李兴林,汪久根,等.角接触球轴承摩擦力矩特性研究J.机械工程学报,2011(3):114-120.3 聂傲男,李迎春,夏维华,等.主动磁悬浮轴承系统保护轴承碰撞特性研究J.轴承,2022(6):30-37.4 吴华春,涂星,周建,等.磁悬浮转子不平衡振动控制研究综述J.轴承,2022(3):1-9.5 高峻泽,柳亦兵,周传迪,等.主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统振动主动控制J.轴承,2022(3):80-85.（编辑：李继霞）的屈氏体超标更为严重，其硬度远低于标准要求2；内圈的网状碳化物超标，在轴承使用过程中也会加剧其剥离，因此内圈在载荷区首先发生剥离。4 结语轴承显微组织决定其机械性能，因此产品加工过程中应严格执行热处理工艺，避免产生不合格组织。参考文献：1 梁滨,杨昭蓉,刘正庸.GCr15钢中少量屈氏体组织对疲劳、磨损性能的影响J.金属热处理,1985(08):16-22.2 邓承轩.滚珠轴承钢中屈氏体的形态J.金属热处理,1980(06):21-26.（编辑：李继霞）（上接第 38 页）哈 尔 滨 轴 承第 44 卷