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        軸承類型

        軸承類型的一般信息

        為了引導和支撐旋轉部件,將兩個或多個滾動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。

        對于所有軸承類型,都必須遵循以下原則:

        • 必須以適合滾動軸承的方式承受在系統中產生的力

        • 滾動軸承的布置必須適合轉速要求

        • 布置的剛性必須滿足機器的各項要求

        • 旋轉部件和溫度相關的長度補償,必須可以在不產生任何約束力的情況下實現

        • 必須考慮軸的撓度

        • 軸承必須便于安裝和拆卸

        滾動軸承按載荷分類

        滾動軸承按載荷分類

        滾動軸承按接觸角分類

        滾動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,應檢查軸向與徑向載荷之比。

        滾動軸承按接觸角分類

        定位和浮動軸承

        使用定位或浮動軸承進行安裝是機械工程中最普遍的安裝類型。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滾動軸承(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或多個滾動軸承組成。

        典型的定位軸承組有:

        • 四點接觸球軸承 + 圓柱滾子軸承(NU或NJ型)

        • 兩個或多個圓錐滾子軸承(X 或 O 布置)

        • 兩個或多個角接觸球軸承(X 或 O 布置)

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

        典型的浮動軸承:

        • 圓柱滾子軸承

        • 調心滾子軸承(滑動配合)

        • 深溝球軸承(滑動配合)

           

        不同類型滾動軸承的典型定位/浮動軸承布置

        不同類型滾動軸承的典型定位/浮動軸承布置

        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)通過移動軸承套圈來調整軸向游隙或進行預緊。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產生軸向力,相反需要一個反向側軸承來承擔。

        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,壓力線形成的圓錐頂點朝向外側,形成“O”型。在X型布置時朝向內側,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;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”點代表了滾子母線圓錐頂點。這里是外圈滾道的延長線與軸承軸線的交點。

        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;R =滾子母線圓錐頂點

        O型布置分三種情況:

        如果滾子母線交點相互重合,則軸向和徑向熱膨脹會相互補償,軸承游隙不受影響。

        O型布置 : 滾子母線交點重合

        滾子母線交點重合

        如果滾子母線交點相交,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 : 滾子母線交點相交

        滾子母線交點相交

        如果滾子母線交點不相交,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 :滾子母線交點不相交

        滾子母線交點不相交

        設計注意事項:

        在承受點載荷的套圈上始終允許滑動配合,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度。

         

        浮動軸承

        浮動軸承的安裝類似于半定位軸承。 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”。 軸承軸向間隙的選擇方式應確保在不利的熱條件下不會導致軸承扭曲。

        用于浮動安裝的典型滾動軸承有:

        • 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

        一個套圈 - 通常情況下外圈 - 采用滑動配合。對于 NJ 或 NJP 型圓柱滾子軸承,因為軸承自身實現了長度補償,不需要滑動配合。

        浮動安裝的典型示例

        浮動安裝的典型示例(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

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

        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。

        在正常和過度的軸撓曲情況下,圓柱滾子的應力和應變

        在正常和過度的軸撓曲情況下,圓柱滾子的應力和應變

        打滑現象和最小載荷

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

        打滑現象在滾動軸承中特別常見,為了避免這種情況,重要的是要遵循最小載荷的要求。打滑現象在滾動軸承中特別常見,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品說明中查找。

         

        選擇合適的滾動軸承

        為了便于選擇合適的滾動軸承,在考慮不同的承載能力和載荷的情況下,闡述不同類型軸承的優缺點。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。 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 軸承類型
        軸承位置 1 軸承位置 2

        1

        ++

        +

         

        定位軸承- 非定位軸承或浮動軸承

        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

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

        帶有兩個深溝球軸承的定位-非定位軸承布置

        帶有兩個深溝球軸承的定位-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NJ型圓柱滾子的條件下能實現浮動軸承布置。

         

        帶兩個 NJ型 軸承的浮動軸承布置

        帶兩個 NJ型 軸承的浮動軸承布置

        定位側軸承由兩個滾動軸承組成,軸向力僅通過一個四點接觸球軸承傳遞,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。為了消除四點接觸球軸承產生的徑向載荷,重點在于四點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,必須考慮工作溫度的影響。在運行過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型的特點是軸承具有很高的剛性。

         

        帶兩個調心滾子軸承的浮動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典型布置。

         

        帶兩個調心滾子軸承的浮動軸承布置

        帶兩個調心滾子軸承的浮動軸承布置

        強軸向力會導致在定位軸承內產生單獨承受的載荷,類似于帶組件分離的定位軸承的情況已有過示例。為了補償軸撓曲,推力調心滾子軸承(代替四點接觸球軸承)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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