高層建筑物電梯用軸承
作者： 2015年08月18日 來源：互聯網 瀏覽量：
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通過卷揚機、搭乘人和貨物的轎箱和配重塊用鋼纜平衡。驅動方式稱為牽引式，是用卷揚機的鋼絲繩滑車和鋼纜的摩擦力驅動的結構。滾動軸承用于引導卷揚機、偏導器輪、滑輪、門開閉裝置、轎箱的升降的軌道部分等。
隨著建筑物的高層化，要在短時間運送多人，電梯開始向高速化、大容量化發展。高層建筑物為代表的東京晴空塔，通往距地面約350m的“天望觀景臺”和約450m的“天望回廊”，設置了600m/min高速度、大容量電梯，還設置了日本最長升降距離464.4m的工作用電梯。本文介紹給這些高速度、大容量電梯提供高度安全性和乘坐舒適感的滾動軸承。
1用于電梯的滾動軸承
通過卷揚機、搭乘人和貨物的轎箱和配重塊用鋼纜平衡。驅動方式稱為牽引式，是用卷揚機的鋼絲繩滑車和鋼纜的摩擦力驅動的結構。滾動軸承用于引導卷揚機、偏導器輪、滑輪、門開閉裝置、轎箱的升降的軌道部分等。
在電梯中，卷揚機是一個重要的部件，由電機、鋼絲繩滑車及制動器等組成。以前，電機的旋轉是用齒輪減速，驅動鋼絲繩滑車。但現在不再使用齒輪，將鋼絲繩滑車直接安裝在電機軸上，是用變頻器控制PM電機的結構。
卷揚機的驅動鋼絲繩滑車荷載著轎箱搭載的重量、轎箱自重、配重塊、鋼纜自重等荷載，所以，高層用和大容量，荷載就大。為此，卷揚機使用的軸承要求負荷容量大，使用壽命長，而且高速性優越，低噪音、低振動。對于這些要求，可以吸收軸和殼撓曲的自動調心滾子軸承因為具有負荷容量大，組裝容易等優點，多用于卷揚機用軸承。卷揚機用軸承一般使用潤滑脂潤滑，在條例規定點檢時等進行潤滑脂補充。
2軸承使用的特殊鋼
滾動軸承由軌道輪和轉動體、支撐轉動體的保持架構成。軌道輪和轉動體反復受高接觸壓力，進行隨著滑動的滾動接觸。保持架與軌道輪和轉動體雙方或其任意一方滑動接觸，并承受著拉伸力、壓縮力。因此，軸承的軌道輪和轉動體以及保持架材料所要求的性能是不同的。
通常，軌道輪和轉動體使用高碳鉻軸承鋼，表1是代表性的化學成分。一般情況下，大部分軸承使用SUJ2，但大型軸承為了提高淬透性，使用添加Si、Mn等的SUJ3。SUJ2的化學成分與其他各國作為軸承材料標準化的鋼的成分相同，例如，AISI52100、DIN100Cr6和BS535A99等。
保持架材料要求的性能是耐磨損性優越。通常，要求耐磨損性時使用硬質材料。但是，如果保持架使用硬質材料，轉動體磨損，擔心對轉動性能帶來不良影響。因此，希望硬度低且耐磨損性好的材料，主要使用的保持架形式有沖壓鋼板的保持架和切削加工銅合金的切制保持架。沖壓保持架的材料使用SPCC等，切制保持架使用CAC301等。
3軸承制造技術
作為影響軸承滾動疲勞壽命的主要因素有鋼材中的非金屬夾雜物。非金屬夾雜物是存在于鋼材中的雜質，如果存在軸承軌道面下，就會在其周圍產生應力集中，以此為起點發生裂紋、并擴展，直到最終的壓碎。特別是對于硬的氧化物系非金屬夾雜物的不良影響，降低鋼材中的氧含量是有效的方法。在鋼材生產廠家，通過開發熔解、精煉技術、真空脫氣技術和連鑄技術等，降低了鋼中的氧含量。
軸承的使用條件是嚴酷的，要求高機械強度。一方面，需要高精度的尺寸和加工成形，加工前有時需要提高加工性。因此，對軸承材料進行熱處理，進行加工前的退火，加工后的淬火和回火，使材料容易加工，加工后具有高機械強度。淬火和回火對軸承的性能影響很大，所以，熱處理條件和熱處理后的管理很重要。圖3是從鋼材制造到后續加工的工序流程圖。
4軸承的長壽技術
電梯用軸承要求高可靠性，所以，必須避免軸承壓碎的發生。如上所述，壓碎的發生鋼材中非金屬夾雜物存在的影響，所以，夾雜物評價和制造控制很重要。現在，主要軸承主要使用降低了鋼中氧含量和夾雜物的高潔凈度鋼。并通過提高圖像解析法等的材料潔凈度評價技術，開發了降低影響軸承壽命的粒度大的夾雜物的高可靠性軸承用鋼。
近年來，明確了多用于卷揚機的自動調心滾子軸承轉動體和軌道輪間的切向力導致的特有的疲勞損傷的機理。作為防止疲勞損傷的措施，開發了抑制關系到轉動體和軌道輪間切向力的轉動面滑動的長壽命自動調心滾子軸承。
從安全性上，根據建筑基本法電梯有維修點檢的義務。在要求安全性高、高速、大容量電梯中，維修時使用軸承的檢查也非常重要。
5電梯用靜音、低振動自動調心滾子軸承
以東京晴空塔為代表的高速度、大容量電梯卷揚機使用的自動調心滾子軸承，為了滿足降低噪音及振動的要求，采用了以下特別的設計規范。
1）軸承內部間隙最佳化
將軸承裝入軸和軸承殼時的內部間隙最佳化，降低滾子和內外輪或滾子與保持架的碰撞音。軸承內部間隙設定為最佳值，間隙范圍縮小到ISO標準范圍的約二分之一。
2）提高部件精度
改善軸承各部件的正圓度、粗糙度，實現圓滑旋轉。
轉動體：正圓度、滾子徑相互差精確到標準軸承的二分之一左右。粗糙度減少到標準軸承的約四分之三。
軌道輪：正圓度精確到標準軸承的約三分之一。軌道面粗糙度減少到標準軸承的約三分之一。
6結語
對于要求高可靠性的電梯用軸承，鋼材的高潔凈度和品質管理特別重要。以發展中國家為主，將大力進行高層大廈的建設，預計高速電梯的需求將增加。高層大廈的高速電梯在要求高安全性的同時，高速性、低噪音等性能的要求也日益嚴格，希望開發適用于軸承的最佳材料。
1用于電梯的滾動軸承
通過卷揚機、搭乘人和貨物的轎箱和配重塊用鋼纜平衡。驅動方式稱為牽引式，是用卷揚機的鋼絲繩滑車和鋼纜的摩擦力驅動的結構。滾動軸承用于引導卷揚機、偏導器輪、滑輪、門開閉裝置、轎箱的升降的軌道部分等。
在電梯中，卷揚機是一個重要的部件，由電機、鋼絲繩滑車及制動器等組成。以前，電機的旋轉是用齒輪減速，驅動鋼絲繩滑車。但現在不再使用齒輪，將鋼絲繩滑車直接安裝在電機軸上，是用變頻器控制PM電機的結構。
卷揚機的驅動鋼絲繩滑車荷載著轎箱搭載的重量、轎箱自重、配重塊、鋼纜自重等荷載，所以，高層用和大容量，荷載就大。為此，卷揚機使用的軸承要求負荷容量大，使用壽命長，而且高速性優越，低噪音、低振動。對于這些要求，可以吸收軸和殼撓曲的自動調心滾子軸承因為具有負荷容量大，組裝容易等優點，多用于卷揚機用軸承。卷揚機用軸承一般使用潤滑脂潤滑，在條例規定點檢時等進行潤滑脂補充。
2軸承使用的特殊鋼
滾動軸承由軌道輪和轉動體、支撐轉動體的保持架構成。軌道輪和轉動體反復受高接觸壓力，進行隨著滑動的滾動接觸。保持架與軌道輪和轉動體雙方或其任意一方滑動接觸，并承受著拉伸力、壓縮力。因此，軸承的軌道輪和轉動體以及保持架材料所要求的性能是不同的。
通常，軌道輪和轉動體使用高碳鉻軸承鋼，表1是代表性的化學成分。一般情況下，大部分軸承使用SUJ2，但大型軸承為了提高淬透性，使用添加Si、Mn等的SUJ3。SUJ2的化學成分與其他各國作為軸承材料標準化的鋼的成分相同，例如，AISI52100、DIN100Cr6和BS535A99等。
保持架材料要求的性能是耐磨損性優越。通常，要求耐磨損性時使用硬質材料。但是，如果保持架使用硬質材料，轉動體磨損，擔心對轉動性能帶來不良影響。因此，希望硬度低且耐磨損性好的材料，主要使用的保持架形式有沖壓鋼板的保持架和切削加工銅合金的切制保持架。沖壓保持架的材料使用SPCC等，切制保持架使用CAC301等。
3軸承制造技術
作為影響軸承滾動疲勞壽命的主要因素有鋼材中的非金屬夾雜物。非金屬夾雜物是存在于鋼材中的雜質，如果存在軸承軌道面下，就會在其周圍產生應力集中，以此為起點發生裂紋、并擴展，直到最終的壓碎。特別是對于硬的氧化物系非金屬夾雜物的不良影響，降低鋼材中的氧含量是有效的方法。在鋼材生產廠家，通過開發熔解、精煉技術、真空脫氣技術和連鑄技術等，降低了鋼中的氧含量。
軸承的使用條件是嚴酷的，要求高機械強度。一方面，需要高精度的尺寸和加工成形，加工前有時需要提高加工性。因此，對軸承材料進行熱處理，進行加工前的退火，加工后的淬火和回火，使材料容易加工，加工后具有高機械強度。淬火和回火對軸承的性能影響很大，所以，熱處理條件和熱處理后的管理很重要。圖3是從鋼材制造到后續加工的工序流程圖。
4軸承的長壽技術
電梯用軸承要求高可靠性，所以，必須避免軸承壓碎的發生。如上所述，壓碎的發生鋼材中非金屬夾雜物存在的影響，所以，夾雜物評價和制造控制很重要。現在，主要軸承主要使用降低了鋼中氧含量和夾雜物的高潔凈度鋼。并通過提高圖像解析法等的材料潔凈度評價技術，開發了降低影響軸承壽命的粒度大的夾雜物的高可靠性軸承用鋼。
近年來，明確了多用于卷揚機的自動調心滾子軸承轉動體和軌道輪間的切向力導致的特有的疲勞損傷的機理。作為防止疲勞損傷的措施，開發了抑制關系到轉動體和軌道輪間切向力的轉動面滑動的長壽命自動調心滾子軸承。
從安全性上，根據建筑基本法電梯有維修點檢的義務。在要求安全性高、高速、大容量電梯中，維修時使用軸承的檢查也非常重要。
5電梯用靜音、低振動自動調心滾子軸承
以東京晴空塔為代表的高速度、大容量電梯卷揚機使用的自動調心滾子軸承，為了滿足降低噪音及振動的要求，采用了以下特別的設計規范。
1）軸承內部間隙最佳化
將軸承裝入軸和軸承殼時的內部間隙最佳化，降低滾子和內外輪或滾子與保持架的碰撞音。軸承內部間隙設定為最佳值，間隙范圍縮小到ISO標準范圍的約二分之一。
2）提高部件精度
改善軸承各部件的正圓度、粗糙度，實現圓滑旋轉。
轉動體：正圓度、滾子徑相互差精確到標準軸承的二分之一左右。粗糙度減少到標準軸承的約四分之三。
軌道輪：正圓度精確到標準軸承的約三分之一。軌道面粗糙度減少到標準軸承的約三分之一。
6結語
對于要求高可靠性的電梯用軸承，鋼材的高潔凈度和品質管理特別重要。以發展中國家為主，將大力進行高層大廈的建設，預計高速電梯的需求將增加。高層大廈的高速電梯在要求高安全性的同時，高速性、低噪音等性能的要求也日益嚴格，希望開發適用于軸承的最佳材料。
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