1 离心机简介
某公司SAN珠料生产过程中采用一种型号CHP5000MA卧式螺旋卸料沉降式离心机（以下简称离心机），自1992年投入使用，用于SAN珠料的脱水干燥。
1.1 离心机的基本参数
转鼓转速2450r/min；分离因数Fr=3122；长径比λ=3；转鼓半锥角α=10°；差转速△n=44r/min（转鼓超前）；转鼓内径D=620mm；转鼓长度L=1860mm（有效长度）；单头、右旋螺旋叶片。
1.2 离心机基本结构
离心机由进料管、液力耦合器、三角皮带轮、左右轴承、螺旋输送器、转鼓、行星差速器、溢流挡板、机壳、扭矩机械保护装置等部件组成。差速器是离心机上不可缺少的、精密、复杂核心部件，作用是在螺旋与转鼓之间形成一个较小的转速差。差速器的可靠性直接影响离心机整机的工作能力和可靠性。该机采用渐开线行星齿轮差速器。
变速装置为动轴线轮系（也称周转轮系），双级2K-H型传动，转鼓与变速箱内齿b1相连，二者同步转动，一级行星轮架H1上装有2个相同的行星轮c1，它同时与中心轮a1、内齿轮b1啮合，行星轮c1既有自转又有公转，其公转数就是二级行星传动中的中心轮a2的转数；第二级行星轮c2与中心轮a2、内齿轮b2啮合，第二级行星轮架H2带动螺旋输送器，这样螺旋与转鼓产生相对运动。
2 故障描述与原因分析
该离心机近年来故障频发，平均1～3个月就要进行一次较大检修，严重影响装置长周期运行。通过多次对该离心机解体检修发现，设备损坏主要集中在一级行星齿轮、二级行星齿轮、行星齿轮滑动轴承等处。
2.1 行星齿轮失效分析
行星齿轮为高速旋转件，承受齿轮啮合力和径向推力。观察行星轮断口截面，发现其由旧裂纹发展而来。在各行星轮上，均发现有较多的微小裂纹，应为长时间运转过程中，不断承受交变应力导致行星轮疲劳破坏。
2.2 行星轮滑动轴承失效原因分析
解体差速器发现，滑动轴承表面有较多腐蚀坑和径向沟槽，有大量径向微小裂纹，但强度明显不足，甚至拆除后发生断裂损坏。分析原因有4个。
（1）滑动轴承为高速旋转件，承受摩擦力和径向离心力。差速器润滑为密闭系统，运行中存在一定的温度，同时在脉冲载荷、摩擦力、径向离心力等的作用下，滑动轴承表面受冲刷、气蚀影响，产生腐蚀坑和微小裂纹。
（2）当滑动轴承表面径向裂纹形成后，破坏了润滑油油膜的形成，降低了润滑效果，造成滑动轴承受力集中，局部应力增大，导致腐蚀坑和微小裂纹进一步发展，轴承损坏。
（3）滑动轴承油孔堵塞、油不清洁、装配有毛刺、使用的工具抹布不干净等也可能造成滑动轴承损坏。
（4）行星轮滑动轴承与轴之间的润滑油，受到离心力的作用，如果离开摩擦区将造成润滑不良，也可能造成滑动轴承损坏，因此泄油不能太快，否则油会通过端面流失，造成润滑油不足。径向间隙过大，也会加快润滑油的流失。
3 处理措施
3.1 行星齿轮改造
3.1.1 内齿圈的设计加工
为了尽可能减少行星轮与内齿轮之间的冲击，在不产生内啮合齿轮干涉的前提下，应尽量减少齿轮间隙，有效控制温升和噪声，提高齿轮寿命。为了提高齿圈的强度和耐磨性，选取35CrMo优质合金钢先做调质处理，硬度达到285HV，然后做氮化处理，硬度提高到700HV，热处理后进行磨削加工，制造前后对原材料多次探伤检查，确保齿轮质量。
3.1.2 行星齿轮选材
行星齿轮选20CrMnTi渗碳淬火，太阳轮圆柱齿轮38CrMoAl调质氮化，这样处理可以达到提高表面硬度增加耐磨性、提高心部强度的目的。
3.1.3 行星齿轮加工精度控制
如果齿轮精度低，在滑动轴承和轴间产生的交变应力将造成滑动轴承快速磨损，使机构失效。所以行星齿轮的精度应严格控制在3～4级，每组行星齿轮的公法线误差＜0.01mm，重量差＜0.8g。
3.1.4 行星齿轮平衡精度控制
对一、二级行星齿轮零部件分别做平衡处理，平衡精度G2.5级，整机平衡精度G2.5级。
3.2 行星轮滑动轴承的校核
滑动轴承失效的主要原因是磨损和咬焊，因此防止其失效的关键在于轴颈和轴瓦间能否形成油膜，并保证在运行中油膜不发生破裂。滑动轴承的设计主要是在轴承直径d和长度l确定以后进行工作能力的计算，即满足3个条件：
（1）p≤[p]
（2）v≤[v]
（3）pv≤[pv]
对于不同材料制造成的滑动轴承，以上3个许用条件不同，但至少应满足2个条件：
①许用比压一般取[p]=3M～4.5MPa
②比压与轴承线速度之积pv≤100M～150Mpa·m/s
3.2.1 行星轮离心力计算
（1）一级行星轮。行星轮质量G1=3.5kg，中心距a1=120mm，转速n1=2111r/min，一级行星轮离心力可用下式计算：
Fc1=G1×a1×（π×n1/30）2=3.5×0.12×（π×2111/30）2=20504N
（2）二级行星轮。行星轮质量G2=8.45kg，中心距a2=125mm，转速n2=2406r/min，二级行星轮离心力可用下式计算：
Fc2=G2×a2×（π×n2/30）2=8.45×0.125×（π×2406/30）2=65985N
3.2.1.2 一级传动行星轮滑动轴承参数计算
一级行星齿轮滑动轴承参数如下：直径d1=123mm，长度l1=54mm；一级行星齿轮对滑动轴承径向压力：Fa1=Fc1=20504N；一级行星轮相对于齿轮架转速：因为nH1=2111r/min，na1=0r/min，所以△nH1=2111r/min。
一级行星轮滑动轴承比p1=Fa1/（d1×l1）=20504/（123×54）=3.1MPa
一级行星轮滑动轴承轴承线速度v1=πd1△nH1/（60×103）=π×123×2111/（60×103）=13.59m/s
一级行星轮滑动轴承pv值为：p1×v1=3.1×13.59=42.13MPa·m/s
同前文叙述比较，p，pv值均满足许用条件。
3.2.1.3 二级传动行星轮滑动轴承参数计算
二级行星齿轮滑动轴承参数如下：直径d2=111mm，长度l2=107mm；一级行星齿轮对滑动轴承径向压力：Fa2=Fc2=65985N；二级行星轮相对于齿轮架转速：因为nH2=2406r/min，na2=2111r/min，所以△nH2=295r/min。
二级行星轮滑动轴承比p2=Fa2/（d2×l2）=65985/（111×107）=5.56MPa
二级行星轮滑动轴承轴承线速度v2=πd2△nH2/（60×103）=π×111×295/（60×103）=1.71m/s
二级行星轮滑动轴承pv值为：p2×v2=5.56×1.71=9.51MPa·m/s
同前述比较，p2值比许用值偏高，而线速度较低，二级传动行星轮滑动轴承是重载低速，因此在选择轴承材料时要考虑更大承受载荷材料。
3.2.2 行星轮滑动轴承材料的选择
分析进口滑动轴承材料，其中Cu为87.16%，Sn为5.68%，Zn＜0.2%，Pb为6.32%，接近于锡青铜。
因为国内无完全一样的材料，因此在本次改造过程中，滑动轴承采用新型轴承DU轴承（国内一般称之为聚四氟乙烯复合轴承），DU轴承耐重载低速，在0.005m/s时，压力35M～56MPa，摩擦因数0.01～0.09，温度可达280℃。DU以钢为瓦背，中间为多孔性青铜（Cu89%，Sn11%）、浸渍聚四氟乙烯（PTFE）和Pb（20%）的混合物，厚约25um。也可以在滑动轴承表面电镀厚2～5um巴氏合金，承载能力为42M～52MPa。
在滑动轴承加工制造过程中，经过精加工的DU滑动轴承表面使用专用的模具进行研磨，磨料采用W5，研磨后滑动轴承表面粗糙度Ra＜0.4um。由于差速器运行过程中温度较高，产生较大热膨胀，行星轮轴、销轴与滑动轴承采用间隙配合，间隙0.08mm；滑动轴承外表面的键槽顶部与行星轮内孔键槽底部间隙0.04mm；滑动轴承内孔的圆度、圆柱度＜0.02mm；滑动轴承内孔对行星轮的同轴度＜0.02mm；滑动轴承与轮架的轴向间隙0.1～0.14mm。差速器组装到位后，整机径向跳动≤0.05mm。
4 结论
经过对差速器行星轮及滑动轴承的改进，以及对工艺操作的优化，大大改善了差速器的运行状态。改造完成连续运行3个月后，对离心机差速器运行状态进行检测，差速器温度64℃，温升＜40℃，均在规定范围内。连续运行1a，未发生因差速器引起的设备故障。因此，本次改造提高了差速器的运行周期，离心机整机运行稳定，符合企业长周期生产要求。
