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      軸承類(lèi)型

      軸承類(lèi)型的一般信息

      為了引導和支撐旋轉部件,將兩個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)軸承以限定的距離安裝在部件上,并支撐在軸承座中。能承受力矩的軸承類(lèi)型除外,例如雙列斜置滾子軸承或圓錐滾子軸承,或者是交叉滾子軸承。

      對于所有軸承類(lèi)型,都必須遵循以下原則:

      • 必須以適合滾動(dòng)軸承的方式承受在系統中產(chǎn)生的力

      • 滾動(dòng)軸承的布置必須適合轉速要求

      • 布置的剛性必須滿(mǎn)足機器的各項要求

      • 旋轉部件和溫度相關(guān)的長(cháng)度補償,必須可以在不產(chǎn)生任何約束力的情況下實(shí)現

      • 必須考慮軸的撓度

      • 軸承必須便于安裝和拆卸

      滾動(dòng)軸承按載荷分類(lèi)

      滾動(dòng)軸承按載荷分類(lèi)

      滾動(dòng)軸承按接觸角分類(lèi)

      滾動(dòng)軸承傳遞軸向力或徑向力的能力主要取決于接觸角α0。因此在選擇具有合適接觸角的軸承時(shí),應檢查軸向與徑向載荷之比。

      滾動(dòng)軸承按接觸角分類(lèi)

      定位和浮動(dòng)軸承

      使用定位或浮動(dòng)軸承進(jìn)行安裝是機械工程中最普遍的安裝類(lèi)型。定位軸承指的是在軸向和徑向受力或作為旋轉部件的一個(gè)滾動(dòng)軸承(組)。

      典型的定位軸承:

      • 深溝球軸承

      • 調心滾子軸承

      • 圓柱滾子軸承(NUP 型)

      定位軸承也可以由兩個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)軸承組成。

      典型的定位軸承組有:

      • 四點(diǎn)接觸球軸承 + 圓柱滾子軸承(NU或NJ型)

      • 兩個(gè)或多個(gè)圓錐滾子軸承(X 或 O 布置)

      • 兩個(gè)或多個(gè)角接觸球軸承(X 或 O 布置)

      浮動(dòng)軸承指的是僅承受徑向載荷的滾動(dòng)軸承。在軸向上,可通過(guò)其內部幾何形狀(例如圓柱滾子軸承)或通過(guò)滑動(dòng)配合補償軸或軸承座的長(cháng)度膨脹。

      典型的浮動(dòng)軸承:

      • 圓柱滾子軸承

      • 調心滾子軸承(滑動(dòng)配合)

      • 深溝球軸承(滑動(dòng)配合)

         

      不同類(lèi)型滾動(dòng)軸承的典型定位/浮動(dòng)軸承布置

      不同類(lèi)型滾動(dòng)軸承的典型定位/浮動(dòng)軸承布置

      半定位軸承

      對于半定位軸承,軸承(通常為角接觸球軸承、圓錐滾子軸承)通過(guò)移動(dòng)軸承套圈來(lái)調整軸向游隙或進(jìn)行預緊。角接觸球軸承必須鏡像成對安裝,在任何情況下徑向載荷都會(huì )產(chǎn)生軸向力,相反需要一個(gè)反向側軸承來(lái)承擔。

      在特殊情況下,也可以將深溝球軸承彼此相對布置。然后深溝球軸承被視為是帶有接觸角的角接觸球軸承。另一個(gè)特殊情況是相對于角接觸軸承或深溝球軸承配置推力軸承。

      角接觸球軸承的兩種布置形式:

      • O型布置

      • X型布置

      O型布置時(shí),壓力線(xiàn)形成的圓錐頂點(diǎn)朝向外側,形成“O”型。在X型布置時(shí)朝向內側,形成“X”型。

      半定位軸承

      上方:O型布置;下方:X型布置;S = 接觸角頂點(diǎn);H = 支撐跨距

      在相同的軸承中心距下,支撐跨距 H 在O型布置時(shí)要大于 X 型布置。對于傾斜力矩的承受能力和軸承布置的傾斜剛性而言,支撐跨距的寬度具有決定性的影響。

      另一個(gè)決定性因素是熱膨脹的影響。如果軸的溫度高于軸承座的溫度 (TG < TW),在X型布置中可調整的軸向間隙要更小。下方圖表展示了X型布置的圓錐滾子軸承。其中“R”點(diǎn)代表了滾子母線(xiàn)圓錐頂點(diǎn)。這里是外圈滾道的延長(cháng)線(xiàn)與軸承軸線(xiàn)的交點(diǎn)。

      X型布置的圓錐滾子軸承

      X型布置的圓錐滾子軸承;S = 接觸角頂點(diǎn);R =滾子母線(xiàn)圓錐頂點(diǎn)

      O型布置分三種情況:

      如果滾子母線(xiàn)交點(diǎn)相互重合,則軸向和徑向熱膨脹會(huì )相互補償,軸承游隙不受影響。

      O型布置 : 滾子母線(xiàn)交點(diǎn)重合

      滾子母線(xiàn)交點(diǎn)重合

      如果滾子母線(xiàn)交點(diǎn)相交,則徑向膨脹對軸承間隙的影響比軸向熱膨脹更大,軸承游隙變小。

       

      O型布置 : 滾子母線(xiàn)交點(diǎn)相交

      滾子母線(xiàn)交點(diǎn)相交

      如果滾子母線(xiàn)交點(diǎn)不相交,則徑向膨脹對軸承間隙的影響比軸向熱膨脹更大,軸承游隙變大。

      O型布置 :滾子母線(xiàn)交點(diǎn)不相交

      滾子母線(xiàn)交點(diǎn)不相交

      設計注意事項:

      在承受點(diǎn)載荷的套圈上始終允許滑動(dòng)配合,是否使用內圈或外圈取決于相鄰的結構(如:軸螺母、軸承座)。為了保證易于調節,應考慮軸承套圈的配合長(cháng)度。

       

      浮動(dòng)軸承

      浮動(dòng)軸承的安裝類(lèi)似于半定位軸承。 然而,在這種安裝方式的情況下,目標是軸承的軸向間隙,導致部件在軸承之間軸向“浮動(dòng)”。 軸承軸向間隙的選擇方式應確保在不利的熱條件下不會(huì )導致軸承扭曲。

      用于浮動(dòng)安裝的典型滾動(dòng)軸承有:

      • 圓柱滾子軸承(NJ 或 NJP 型,具有足夠的軸向間隙)

      • 深溝球軸承

      • 調心滾子軸承

      • 調心球軸承

      一個(gè)套圈 - 通常情況下外圈 - 采用滑動(dòng)配合。對于 NJ 或 NJP 型圓柱滾子軸承,因為軸承自身實(shí)現了長(cháng)度補償,不需要滑動(dòng)配合。

      浮動(dòng)安裝的典型示例

      浮動(dòng)安裝的典型示例(s = 軸向間隙):(1) 深溝球軸承,(2) 調心滾子軸承,(3) 圓柱滾子軸承(NJ型)

      軸撓曲補償

      軸撓曲對滾動(dòng)軸承的運轉平穩性以及耐用性有著(zhù)重要影響。圓柱滾子軸承僅適用于有限地補償軸撓曲。如果軸的撓度過(guò)大,則圓柱滾子會(huì )扭曲變形,并形成邊緣應力。這樣會(huì )損壞滾子和滾道表面,并導致軸承過(guò)早失效。

      為了承受更大的軸撓曲,建議使用調心滾子軸承和調心球軸承。

      在正常和過(guò)度的軸撓曲情況下,圓柱滾子的應力和應變

      在正常和過(guò)度的軸撓曲情況下,圓柱滾子的應力和應變

      打滑現象和最小載荷

      滾動(dòng)軸承在承受最佳載荷的情況下,所有滾動(dòng)體在接觸區域內的圓周速度相同。滾動(dòng)體在滾道表面上平穩運行,在特定的轉速和載荷區域,例如在空載啟動(dòng)機器時(shí),滾動(dòng)體表面和滾道表面之間存在滑動(dòng)運動(dòng),在滾動(dòng)軸承技術(shù)中稱(chēng)之為打滑現象,通常在交變轉速或高轉速與小載荷相伴的情況下經(jīng)常發(fā)生,打滑現象會(huì )導致套圈和滾動(dòng)體的滾動(dòng)表面損壞,縮短軸承的使用壽命。

      打滑現象在滾動(dòng)軸承中特別常見(jiàn),為了避免這種情況,重要的是要遵循最小載荷的要求。打滑現象在滾動(dòng)軸承中特別常見(jiàn),為了避免這種情況,重要的是要遵循最小載荷的要求。最小載荷的計算公式可以在相應的產(chǎn)品說(shuō)明中查找。

       

      選擇合適的滾動(dòng)軸承

      為了便于選擇合適的滾動(dòng)軸承,在考慮不同的承載能力和載荷的情況下,闡述不同類(lèi)型軸承的優(yōu)缺點(diǎn)。這只是僅為了幫助軸承選擇,并不保證其完整性。

      下表顯示了在一根軸上兩個(gè)軸承位置情況下的軸承選擇,軸承位置到力傳遞的距離相等,被認為是最理想的狀態(tài)。 該表規定了旋轉速度以及徑向和軸向載荷作為標準。

       

      序號 轉速 徑向載荷 軸向載荷 軸承布置 軸承類(lèi)型
      軸承位置 1 軸承位置 2

      1

      ++

      +

       

      定位軸承- 非定位軸承或浮動(dòng)軸承

      深溝球軸承

      深溝球軸承

      2

      +

      ++

      -

      定位軸承- 非定位軸承或浮動(dòng)軸承

      圓柱滾子軸承

      圓柱滾子軸承

      3

      +

      ++

      +

      定位軸承- 非定位軸承

      圓柱滾子軸承 + 四點(diǎn)接觸球軸承

      圓柱滾子軸承

      4

      +

      +

      ++

      半定位軸承

      圓錐滾子軸承

      圓錐滾子軸承

      5

      ++

      +

      +

      半定位軸承

      角接觸球軸承

      角接觸球軸承

      6

      -

      ++

      +

      定位軸承- 非定位軸承或浮動(dòng)軸承

      調心滾子軸承

      調心滾子軸承

      7

      -

      ++

      ++

      定位軸承- 非定位軸承

      調心滾子軸承 + 推力調心滾子軸承

      調心滾子軸承

      ++ 高 | + 中 | - 低

      從結構方面來(lái)看,必須確保非定位端軸承位置的軸承采用滑動(dòng)配合。后者必須至少在不產(chǎn)生約束力的情況下補償軸/軸承座的熱長(cháng)度膨脹。 下圖顯示了這樣一個(gè)典型的結構。

      帶有兩個(gè)深溝球軸承的定位-非定位軸承布置

      帶有兩個(gè)深溝球軸承的定位-非定位軸承布置

      圓柱滾子軸承NUP型或NJ+HJ 型適用于定位端軸承,NU型用于非定位端軸承。此外,包含2個(gè)NJ型圓柱滾子的條件下能實(shí)現浮動(dòng)軸承布置。

       

      帶兩個(gè) NJ型 軸承的浮動(dòng)軸承布置

      帶兩個(gè) NJ型 軸承的浮動(dòng)軸承布置

      定位側軸承由兩個(gè)滾動(dòng)軸承組成,軸向力僅通過(guò)一個(gè)四點(diǎn)接觸球軸承傳遞,該軸承在結構設計上保持徑向分離。NU型或N型圓柱滾子軸承用作為純徑向軸承。為了消除四點(diǎn)接觸球軸承產(chǎn)生的徑向載荷,重點(diǎn)在于四點(diǎn)接觸球軸承的外徑和軸承座孔之間的徑向間隙要大于圓柱滾子軸承的內部游隙。

       

      帶組件分離的定位軸承布置

      帶組件分離的定位軸承布置

      在調整圓錐滾子軸承或角接觸球軸承的間隙或預緊力時(shí),必須考慮工作溫度的影響。在運行過(guò)程中軸承間隙或預緊力的要求數值必須要達到,這兩種不同的布置類(lèi)型的特點(diǎn)是軸承具有很高的剛性。

       

      帶兩個(gè)調心滾子軸承的浮動(dòng)軸承結構通常用于承受重載荷的軸,因為除了高載荷之外,它還可以承受主要的軸撓曲和不對中誤差。下方圖表展示了一個(gè)典型布置。

       

      帶兩個(gè)調心滾子軸承的浮動(dòng)軸承布置

      帶兩個(gè)調心滾子軸承的浮動(dòng)軸承布置

      強軸向力會(huì )導致在定位軸承內產(chǎn)生單獨承受的載荷,類(lèi)似于帶組件分離的定位軸承的情況已有過(guò)示例。為了補償軸撓曲,推力調心滾子軸承(代替四點(diǎn)接觸球軸承)作為軸向軸承,調心滾子軸承作為徑向軸承。從結構設計上,必須注意推力調心滾子軸承和調心滾子軸承的旋轉半徑必須同心。

       

      由推力調心滾子軸承和調心滾子軸承組成的定位軸承布置

      由推力調心滾子軸承和調心滾子軸承組成的定位軸承布置

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