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SKF谈滚动轴承的选型┃第七步:轴承设置(上)

2023/1/13 10:36:45      点击:

作为轴承选型过程的一部分,当轴承类型、尺寸和配合确定后,还必须考虑其它因素,以便进一步确定轴承的最终型号。 本章节为您提供关于选型的建议和要求:

1)轴承游隙或预紧

2)轴承公差

3)合适的保持架(如有)

4)内置密封(如有)

5)额外选项,例如涂层和其他产品特点,以满足任何特殊需求/要求

一、选择游隙或预紧

轴承内部游隙(图 1)的定义为其中一个轴承套圈相对于另一个轴承套圈在径向(径向内部游隙)或轴向(轴向内部游隙)可移动的总距离。 

图1:轴承内部游隙

初始游隙 是轴承安装前的内部游隙。

装配游隙 是轴承安装后运行前的内部游隙。

运行游隙 是轴承运行中且达到稳定温度的内部游隙。

在大部分应用中,轴承中的初始游隙大于其工作游隙。这是由于:

1)与轴和/或轴承座过盈配合(图 2)

2)轴承圈与相关零部件的热膨胀(图 2)

图 2:初始游隙和工作游隙

为使轴承可靠地运转,必须有合适的工作游隙(选择正确的游隙/预紧)。

在大部分情况下,轴承需要一定程度的游隙(选择初始游隙)。然而,在某些情况下,它们可能需要预紧,即负游隙(选择预紧)。

通常:

1)球轴承的工作游隙应接近于零。

2)圆柱、滚针、球面和 CARB 环形滚子轴承通常要求至少有少量的工作游隙。

3)圆锥滚子和角接触球轴承应有少量的工作游隙,需要高刚性或定位控制的应用情况下,可设置一定程度的预紧进行安装。 选择初始内部游隙以及选择预载荷描述了您必须考虑的影响因素以及您可通过其计算实现某种工作游隙/预载荷所需的初始内部游隙的方法,以满足您应用的要求。

二、选择正确游隙/预紧的重要性

轴承的工作游隙或预紧可以影响摩擦、载荷区的大小和疲劳寿命等。 图 3 显示这些参数之间的关系。图表的生成基于径向载荷下的滚动轴承。

对于普通应用,工作游隙范围应处于图 3所示的推荐区间内。

图3:工作游隙或预紧与主要运转参数

选择初始内部游隙以及选择预紧描述了必须考虑的影响因素以及您可通过计算实现某种游隙/预紧所需的初始内部游隙的方法,以满足您应用的要求。

三、选择初始游隙

轴承运行可靠所需的工作游隙取决于应用条件(选择正确游隙/预紧的重要性)。

必须确保轴承具有最小初始内部游隙,当游隙因安装和其他因素影响而变小时,最小初始游隙应大于或等于所需的最小工作游隙。

为实现这一点,请遵循以下步骤:

1)考虑由过盈配合导致的游隙减少

2)考虑轴、轴承套圈和轴承座之间的温导致的游隙减小

3)考虑其它影响因素导致的游隙减小

4)考虑所需的最小初始游隙

5)选择初始游隙范围(所需的最小初始游隙和安装调整的轴承配置)

四、选择预载荷

根据应用,可能需要对轴承配置进行预紧。例如,如果要求高刚性或对位置控制,那么就需要预紧。同样,如果运行的轴承上存在极轻载荷或无外部载荷时,那么就需要预紧来确保最小载荷。 施加预紧通常通过测量力,有时候会通过距离或路径上的位移,或在安装时测量摩擦力矩来完成。

预紧可以从一些成熟的设计中得出经验资料,并应用到类似的设计中。对于新的设计,SKF 推荐使用 SKF SimPro Quick 或 SKF SimPro Expert 计算适当的预紧范围,然后在应用中进行测试检查。计算结果和实际应用之间的一致性,取决于相关零部件的预计工作温度和弹性特性与实际运行工况的一致性程度,而最关键的部件就是轴承座。在此背景下,在较低的环境温度下起动的影响必须包含在测试内。

五、预紧考虑因素

预紧根据不同的轴承类型,可以是径向,也可以是轴向。例如,超精密圆柱滚子轴承,由于其设计的原因,只能在径向施加预紧,而角接触球轴承和圆锥滚子轴承则只能在轴向施加预紧。

单列圆锥滚子轴承或角接触球轴承通常与另一个同样类型和尺寸的轴承以背对背(载荷线朝轴承轴线分开,图 4)或面对面(载荷线朝轴承轴线聚合,图 5)的方式配对使用。单列角接触球轴承也一样。 与面对面配置的轴承(图 5)相比,当轴承采用背对背配置(图 4)时,压力中心之间的距离 L 更长。背对背配置可承载更大的倾覆力矩。

图4:背对背配置圆锥滚子轴承

图 5:面对面配置圆锥滚子轴承

如果轴的运行温度高于轴承座,则安装时在环境温度下设置的预紧需要改变。由于轴的热膨胀会使其在轴向和径向变大,背对背配置对热膨胀影响的敏感度低于面对面配置。 调整轴承系统的预紧时,必须将其偏差控制在最小的范围之内,这点非常重要。若要在安装圆锥滚子轴承时降低预紧偏差范围,应先将轴承转动若干次,以确保滚子的端面与内圈的挡边有良好的接触。

六、用弹簧进行预紧

例如:通过对轴承施加预紧,可以减少小型电机或相似设备中的噪音。在该示例中,轴承配置由轴的两端带预紧的单列深沟球轴承组成(图 6)。施加预紧最简单的方法是使用波形弹簧。弹簧作用在两个轴承中的一个外圈上。该外圈必须能够轴向位移。

图 6:用弹簧进行预紧

即使轴承因轴的膨胀而发生了轴向移动,预紧力实际上能够保持不变。

所需的预紧力可用以下公式估算:

F = k d

式中,

F=预加载荷力 [kN]

k=系数如下所述

d=轴承内径 [mm]

对于小型电机,系数 k 取值在 0.005 和 0.01 之间。如果预紧主要用于在静止状态下防止外部振动损坏轴承,需要更大预紧力,应选用 k=0.02。 在高转速的磨床主轴应用中,以弹簧在角接触球轴承施加预紧也是常用的方法。这个方法不适合要求高刚性、轴向载荷方向变化或会发生不确定峰值载荷的轴承应用场合。

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