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径向工作游隙对高温轴承造成的影响,如何合理选择?

发布时间:2020-06-19 14:22:09 访问量:1437 来源:无锡皓阳轴承有限公司

轴承径向游隙包括原始游隙、装配游隙和工作游隙。工作游隙直接影响轴承的使用寿命,受安装条件、工作条件等因素的影响。


游隙是滚动轴承配合的一个重要技术参数,直接影响轴承的载荷分布、振动、噪声、磨损、温升、 使用寿命和机械运转精度等技术性能。轴承的基本额定动载荷是随着游隙的大小而变化的,轴承样本中的基本额定动载荷是轴承工作游隙为零时的推荐值。


游隙过大,承载滚动体数减少,轴承承载能力降低,滚动接触面应力增大,轴承的运转精度下降,振动和噪声增大,使用寿命缩短;如果游隙过小,会引起轴承发热,温度升高,甚至使轴承在运转中发生咬死现象。因此根据轴承类型、工作条件等合理选择轴承游隙是十分必要的。


下面讨论影响高温轴承径向工作游隙的因素,如何合理选择径向工作游隙?



1、影响轴承径向工作游隙的因素

(1)滚动体与套圈的弹性接触变形

高温轴承在工作载荷的作用下,径向力使内圈产生弹性接触变形而扩张 ,从而引起轴承径向游隙减小,其减小量为[1]6. 3 ×106×DwlΔ ′1 = 28 ×10- 6FrZllgFr(mm)(1)式中 : Fr为径向载荷,N; Dw为滚子直径,mm; l为滚子长度,mm; Z 为滚子数目。同样,在径向力作用下,轴承外圈也将产生弹性接触变形而扩张,从而引起轴承径向游隙增加,其增加量为[1]9. 1 ×106×DwlΔ 〃1 = 28 ×10- 6FrZllgFr(mm)(2)比较(1) 、 (2) 式知 Δ ′作用下,滚动体与内、 外圈的弹性接触变形的结果使轴承径向游隙增加,其增加量为Δ1=Δ 〃11<Δ 〃1。在工作载荷的1- Δ ′


(2)套圈与轴颈和轴承座的过盈配合

轴承的内、外圈分别与轴颈和轴承座以过盈配合装配联接在一起。过盈量将引起轴承原始游隙的变化,形成装配游隙。内圈与轴颈的过盈配合使其略微胀大,而外圈与轴承座的过盈配合使其收缩。总的影响结果使轴承的径向游隙减小。对于圆柱滚子轴承,可将内、外圈视为厚壁圆筒,根据弹性厚环理论[2 - 4]可求得内、外圈由于过盈配合所产生的变形量,亦即轴承游隙的减小量。


(3)滚动体与套圈间的弹性

流体动压润滑油膜轴承运转时滚动体与内、外圈滚道相互接触,产生弹性变形,接触表面之间形成弹性流体动压润滑油膜,油膜厚度与轴承滚子与两接触面的表面粗糙度有关。完全弹性流体润滑状态时,载荷全部由油膜承担。实际上,轴承工作时滚子与内、外圈的滚道多属混合润滑,载荷由油膜和母体共同承担。油膜厚度的存在将使轴承径向游隙减小。


采用 Dowsow2Higginson 公式计算滚子与内、外圈滚道之间的最小油膜厚度[6]hmin= 2. 65α0.54(η0V)0.7ρ0.43E′( μ m)式中:α为润滑油的压粘系数,1/ MPa,取α= 2. 2× 10- 2;η0为润滑油在大气压力下的动力粘度,MPa s;V 为滚子与内、 外圈滚道之间的平均线速度,mm/ s;ρ为当量半径,mm;滚子与内圈的当量RiDw2 Ri+ Dw( Ri为内圈滚道半径),滚子与- 0.03W- 0.13(14)半径ρ内=外圈的当量半径ρ外=ReDw2 Re- Dw( Re为外圈滚道半径) ; W 为滚子与内、外圈滚道线接触单位长度上的载荷,N/ mm; E′为材料的综合弹性模量,MPa, E′ = 1. 098 9 E, E 为弹性模量。利用(14)式分别计算出滚子与内、外圈滚道之间的最小油膜厚度 hmin内、 hmin外,则滚子与内、外圈滚道间总的油膜厚度为 h = hmin内 + hmin外。油膜厚度将使轴承径向游隙减小,减小量等于滚子与内、 外圈滚道间总的油膜厚度,即Δ3= hmin内+ hmin外( μ m)。


(4)轴承温升的影响

轴承在工作运转中,由于摩擦等原因会产生热量,引起温度升高。轴承的摩擦温升的大小可用摩擦热 Q 表示Q = 0.900 4Mn × 10- 4式中: M 为摩擦力矩,N?9?9 mm; n 为轴承转速,r/min。一般情况下,轴承的工作温度不超过 100 ℃。由于外圈的表面积大于内圈的表面积,散热速度快,使得外圈温度低于内圈温度,因此内圈的热膨胀量大于外圈,致使轴承工作时的游隙比安装时小。此外,温度升高时滚动体的温度也会增大,致(16)使游隙进一步减小。内、 外圈温度差的影响引起的游隙减小量为[5]Δ4= Deα0Δt ???(mm)式中:α0为轴承钢的线膨胀系数,1/ ℃,对于钢材α0= 1.12 × 10- 5;Δt 为内、 外圈的温度差,通常取(17)510 ℃。


2、轴承径向游隙的合理选择

以上分析了影响滚动轴承径向游隙的主要因素,其中工作载荷引起的滚动体与内、外圈的弹性接触变形使轴承径向游隙增大,其余各因素均使轴承径向游隙减小??悸瞧渌缛蠡?、转速、轴承本身质量和装配结构等因素对轴承径向工作游隙的影响,为使轴承正常工作,其径向工作游隙Δ应满足下式Δ≥(Δ2+Δ3+Δ4- Δ1)依据(18)式计算出轴承要求的径向工作游隙后,按轴承标准规定的游隙组别靠拢选择适合的(18)轴承。


3、应用

实例:甘肃某铝厂的铸造机用直流电机驱动,其轴颈的直径为 <190 mm,用两套短圆柱滚子轴承NU238(原 32238) 支承,轴承的标准游隙为 65135μ m,运转过程中,轴承的温度达 85 ℃,不能正常工作,试确定合适的轴承工作游隙。已知:轴承承受的径向载荷 Fr= 13 000 N,轴承的内径 d = 190 mm、 外径 D = 340 mm,内圈滚道直径 Di= 2 Ri= 227.5 mm、 外圈滚道直径 De= 2Re=302.5 mm,滚子直径 Dw= 37. 5 mm,滚子长度 l= 37.5 mm,滚子数目 Z = 19。取轴与内圈配合为 <190 m6、 外圈与轴承座孔配合为 <340 J7。将各已知数据代入有关计算公式得Δ ′1= 2. 47μ m,Δ 〃1= 2. 6μ m,则 Δ1 = Δ 〃1-Δ ′1= 0. 13μ m;Δ ′2= 63. 84μ m,Δ 〃2= 16. 02μ m,则 Δ2= Δ ′2+Δ 〃2= 79. 86μ m;hmin内= 1. 78μ m, hmin外 = 2. 01μ m,则 Δ3 =hmin内+ hmin外= 3. 79μ m;Δ4= 27. 16μ m(取Δt = 8 ℃ ) ??悸瞧渌蛩氐挠跋?,轴承径向工作游隙应满足Δ≥(Δ2+Δ3+Δ4- Δ1) ≈110. 8μ m。


以此为据,改选大游隙组别的轴承 NU238/ C3 (原3G32238)后,其最小游隙为 110μ m,已接近 NU238轴承标准游隙的上限,轴承的工作温度为 37 ℃,能够正常工作。影响轴承工作游隙的因素比较复杂,文中论述的轴承径向游隙组别的选择计算方法,虽未将所有影响因素全部包括进去,但定量地考虑了影响轴承游隙的主要因素。


实际应用结果表明,本计算方法可以满足高温轴承径向游隙选择的要求,较传统的通过定性分析选用推荐值的方法更符合具体情况,更具有可靠性,可以保证高温轴承在具体的工作条件下处于最 佳的工作游隙状态。


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