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      徑向工作游隙對高溫軸承造成的影響,如何合理選擇?

      發布時間:2020-06-19 14:22:09 訪問量:1407 來源:無錫皓陽軸承有限公司

      軸承徑向游隙包括原始游隙、裝配游隙和工作游隙。工作游隙直接影響軸承的使用壽命,受安裝條件、工作條件等因素的影響。


      游隙是滾動軸承配合的一個重要技術參數,直接影響軸承的載荷分布、振動、噪聲、磨損、溫升、 使用壽命和機械運轉精度等技術性能。軸承的基本額定動載荷是隨著游隙的大小而變化的,軸承樣本中的基本額定動載荷是軸承工作游隙為零時的推薦值。


      游隙過大,承載滾動體數減少,軸承承載能力降低,滾動接觸面應力增大,軸承的運轉精度下降,振動和噪聲增大,使用壽命縮短;如果游隙過小,會引起軸承發熱,溫度升高,甚至使軸承在運轉中發生咬死現象。因此根據軸承類型、工作條件等合理選擇軸承游隙是十分必要的。


      下面討論影響高溫軸承徑向工作游隙的因素,如何合理選擇徑向工作游隙?



      1、影響軸承徑向工作游隙的因素

      (1)滾動體與套圈的彈性接觸變形

      高溫軸承在工作載荷的作用下,徑向力使內圈產生彈性接觸變形而擴張 ,從而引起軸承徑向游隙減小,其減小量為[1]6. 3 ×106×DwlΔ ′1 = 28 ×10- 6FrZllgFr(mm)(1)式中 : Fr為徑向載荷,N; Dw為滾子直徑,mm; l為滾子長度,mm; Z 為滾子數目。同樣,在徑向力作用下,軸承外圈也將產生彈性接觸變形而擴張,從而引起軸承徑向游隙增加,其增加量為[1]9. 1 ×106×DwlΔ 〃1 = 28 ×10- 6FrZllgFr(mm)(2)比較(1) 、 (2) 式知 Δ ′作用下,滾動體與內、 外圈的彈性接觸變形的結果使軸承徑向游隙增加,其增加量為Δ1=Δ 〃11<Δ 〃1。在工作載荷的1- Δ ′


      (2)套圈與軸頸和軸承座的過盈配合

      軸承的內、外圈分別與軸頸和軸承座以過盈配合裝配聯接在一起。過盈量將引起軸承原始游隙的變化,形成裝配游隙。內圈與軸頸的過盈配合使其略微脹大,而外圈與軸承座的過盈配合使其收縮。總的影響結果使軸承的徑向游隙減小。對于圓柱滾子軸承,可將內、外圈視為厚壁圓筒,根據彈性厚環理論[2 - 4]可求得內、外圈由于過盈配合所產生的變形量,亦即軸承游隙的減小量。


      (3)滾動體與套圈間的彈性

      流體動壓潤滑油膜軸承運轉時滾動體與內、外圈滾道相互接觸,產生彈性變形,接觸表面之間形成彈性流體動壓潤滑油膜,油膜厚度與軸承滾子與兩接觸面的表面粗糙度有關。完全彈性流體潤滑狀態時,載荷全部由油膜承擔。實際上,軸承工作時滾子與內、外圈的滾道多屬混合潤滑,載荷由油膜和母體共同承擔。油膜厚度的存在將使軸承徑向游隙減小。


      采用 Dowsow2Higginson 公式計算滾子與內、外圈滾道之間的最小油膜厚度[6]hmin= 2. 65α0.54(η0V)0.7ρ0.43E′( μ m)式中:α為潤滑油的壓粘系數,1/ MPa,取α= 2. 2× 10- 2;η0為潤滑油在大氣壓力下的動力粘度,MPa s;V 為滾子與內、 外圈滾道之間的平均線速度,mm/ s;ρ為當量半徑,mm;滾子與內圈的當量RiDw2 Ri+ Dw( Ri為內圈滾道半徑),滾子與- 0.03W- 0.13(14)半徑ρ內=外圈的當量半徑ρ外=ReDw2 Re- Dw( Re為外圈滾道半徑) ; W 為滾子與內、外圈滾道線接觸單位長度上的載荷,N/ mm; E′為材料的綜合彈性模量,MPa, E′ = 1. 098 9 E, E 為彈性模量。利用(14)式分別計算出滾子與內、外圈滾道之間的最小油膜厚度 hmin內、 hmin外,則滾子與內、外圈滾道間總的油膜厚度為 h = hmin內 + hmin外。油膜厚度將使軸承徑向游隙減小,減小量等于滾子與內、 外圈滾道間總的油膜厚度,即Δ3= hmin內+ hmin外( μ m)。


      (4)軸承溫升的影響

      軸承在工作運轉中,由于摩擦等原因會產生熱量,引起溫度升高。軸承的摩擦溫升的大小可用摩擦熱 Q 表示Q = 0.900 4Mn × 10- 4式中: M 為摩擦力矩,N?9?9 mm; n 為軸承轉速,r/min。一般情況下,軸承的工作溫度不超過 100 ℃。由于外圈的表面積大于內圈的表面積,散熱速度快,使得外圈溫度低于內圈溫度,因此內圈的熱膨脹量大于外圈,致使軸承工作時的游隙比安裝時小。此外,溫度升高時滾動體的溫度也會增大,致(16)使游隙進一步減小。內、 外圈溫度差的影響引起的游隙減小量為[5]Δ4= Deα0Δt ???(mm)式中:α0為軸承鋼的線膨脹系數,1/ ℃,對于鋼材α0= 1.12 × 10- 5;Δt 為內、 外圈的溫度差,通常取(17)510 ℃。


      2、軸承徑向游隙的合理選擇

      以上分析了影響滾動軸承徑向游隙的主要因素,其中工作載荷引起的滾動體與內、外圈的彈性接觸變形使軸承徑向游隙增大,其余各因素均使軸承徑向游隙減小。考慮其他如潤滑油、轉速、軸承本身質量和裝配結構等因素對軸承徑向工作游隙的影響,為使軸承正常工作,其徑向工作游隙Δ應滿足下式Δ≥(Δ2+Δ3+Δ4- Δ1)依據(18)式計算出軸承要求的徑向工作游隙后,按軸承標準規定的游隙組別靠攏選擇適合的(18)軸承。


      3、應用

      實例:甘肅某鋁廠的鑄造機用直流電機驅動,其軸頸的直徑為 <190 mm,用兩套短圓柱滾子軸承NU238(原 32238) 支承,軸承的標準游隙為 65135μ m,運轉過程中,軸承的溫度達 85 ℃,不能正常工作,試確定合適的軸承工作游隙。已知:軸承承受的徑向載荷 Fr= 13 000 N,軸承的內徑 d = 190 mm、 外徑 D = 340 mm,內圈滾道直徑 Di= 2 Ri= 227.5 mm、 外圈滾道直徑 De= 2Re=302.5 mm,滾子直徑 Dw= 37. 5 mm,滾子長度 l= 37.5 mm,滾子數目 Z = 19。取軸與內圈配合為 <190 m6、 外圈與軸承座孔配合為 <340 J7。將各已知數據代入有關計算公式得Δ ′1= 2. 47μ m,Δ 〃1= 2. 6μ m,則 Δ1 = Δ 〃1-Δ ′1= 0. 13μ m;Δ ′2= 63. 84μ m,Δ 〃2= 16. 02μ m,則 Δ2= Δ ′2+Δ 〃2= 79. 86μ m;hmin內= 1. 78μ m, hmin外 = 2. 01μ m,則 Δ3 =hmin內+ hmin外= 3. 79μ m;Δ4= 27. 16μ m(取Δt = 8 ℃ ) 。考慮其他因素的影響,軸承徑向工作游隙應滿足Δ≥(Δ2+Δ3+Δ4- Δ1) ≈110. 8μ m。


      以此為據,改選大游隙組別的軸承 NU238/ C3 (原3G32238)后,其最小游隙為 110μ m,已接近 NU238軸承標準游隙的上限,軸承的工作溫度為 37 ℃,能夠正常工作。影響軸承工作游隙的因素比較復雜,文中論述的軸承徑向游隙組別的選擇計算方法,雖未將所有影響因素全部包括進去,但定量地考慮了影響軸承游隙的主要因素。


      實際應用結果表明,本計算方法可以滿足高溫軸承徑向游隙選擇的要求,較傳統的通過定性分析選用推薦值的方法更符合具體情況,更具有可靠性,可以保證高溫軸承在具體的工作條件下處于最 佳的工作游隙狀態。


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