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轴承的配合和轴承的游隙

作者:天津金百联机电              发表时间:2011-11-27

轴承安装时轴承内径与轴、外径与外壳的配合非常重要,当配合过松时,配合面会产生相对滑动,称做蠕变。 蠕变一旦产生会对磨损配合面,损伤轴或外壳,而且,磨损粉末会侵入轴承内部,造成发热、振动和破坏。 过盈过大时,会导致外圈外径变小或内圈内径变大,会减小轴承内部游隙,另外,轴和外壳加工的几何精度也会影响轴承套圈的原有精度,从而影响轴承的使用性能。4.1.1配合的选择4.1.1.1负荷的性质与配合 选择配合,根据轴承承受负荷的方向和内圈、外圈的旋转状况而定,一般参照表4.1。 表4.1 负荷的性质和配合轴承旋转条件 图  例 负荷性质 配合方式内圈:旋转负圈:静止负荷方向:固定   内圈旋转负荷外圈静止负荷 内圈:采用静配合(过盈配合)外圈:可用动配合(游隙配合) 内圈:静止负圈:旋转负荷方向:与外圈同时旋转   内圈:旋转负圈:静止负荷方向:固定 内圈静止负荷外圈旋转负荷 内圈:可用动配合(游隙配合)外圈:采用静配合(过盈配合) 内圈:静止负圈:旋转负荷方向:与内圈同时旋转 2)、推荐使用的配合 为选择适合用途的配合,要考虑轴承负荷的性质、大小、温度条件、轴承的安装、拆卸各种条件因素。将轴承安装到薄壁外壳、空心轴的场合,过盈量需要比普通大;分离式外壳易使轴承外圈变形,因此外圈需要静配合的条件下应谨慎用;在振动大的场合,内圈、外圈应采取静配合。 最一般的推荐配合,参照表4.2,表4.3表4.2 向心轴承与轴的配合条件 适用例(参考) 轴径(mm) 调心滚子轴承 备注 球轴承 圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承 自动调心滚子轴承 圆柱孔轴承和轴外圈旋转负荷 需要内圈在轴上易于移动 静止轴的车轮 所有尺寸 g6 精度有要求时,用g5、h5,大轴承并要求便于移动的场合也可用h6 不需内圈在轴上易于移动 张紧轮架、绳轮 h6 内圈旋转或方向不定负荷 轻负荷0.06Cr(1)以下的负荷变动负荷 家电、泵、鼓风机、搬运车、精密机械、机床 18以下 ? ? Js5 精度有要求时用p5级,内径18mm以下的精度球轴承使用h5。 18-100 40以下 ? Js6(j6) 100-200 40-140 ? k6 ? 140-200 ? m6 普通负荷(0.06~0.13)Cr(1)的负荷 一般轴承部分中大型电动机涡轮机、泵、发动机主轴、齿轮传动装置、木工机械 18以下 ? ? n6 单列圆锥滚子轴承及单列向心推力球轴承可以用k6、m6代替k5、m5。 18-100 40以下 40以下 p6 140-200 40-100 40-65 r6 200-280 100-140 65-100 r7 ? 140-200 100-140 n6 ? 200-400 140-280 p6 ? ? 280-500 r6 ? ? 超过500 r7 重负荷(超过0.13Cr(1))的负荷或冲击负荷 铁道、产业车辆 电车主电动机建筑机械粉碎机 ? 50-140 50-100 n6 需要大于普通游隙的轴承 ? 140-200 100-140 p6 ? 超过200 140-200 r6 ? ? 200-500 r7 仅承受轴向负荷 各种结构轴承部分的使用位置 所有尺寸 Js6(j6) ?表4.3 向心轴承与外壳孔的配合条件 适用例(参考) 外壳孔公差范围等级 外圈的移动 备注整体型外壳孔 外圈旋转负荷 壁轴承重负荷 汽车车轮(滚子轴承)起重机走行轮 P7 外圈不能向轴向方向移动 ? 普通负荷、重负荷 汽车车轮(球轴承)振动筛 N7 轻负荷或变动负荷 传送带轮、滑车张紧轮 M7 不定向负荷 大冲击负荷 电车的主机 普通负荷或轻负荷 泵曲轴的主轴中大型电动机 K7 外圈原则上不能向轴向方向移动 外圈不需向轴向方向移动整体型外壳孔或分离型外壳孔 普通负荷或轻负荷 JS7(J7) 外圈可以向轴向移动 需要外圈可以向轴向方向移动 内圈旋转负荷 各类负荷 一般的轴承部分铁道车辆的轴承箱 H7 外圈向轴向方向移动容易 ?? 普通负荷或轻负荷 带座轴承 H8 整体型外壳 轴和内圈成为高温 造纸干燥机 G7 普通负荷、轻负荷,特别需要精密旋转 磨削主轴后部球轴承高速离心压缩机固定侧轴承 JS6(J6) 外圈可以向轴向方向移动 ? 不定向方向负荷 磨削主轴后部球轴承高速离心压缩机固定侧轴承 K6 外圈原则上固定于轴向方向 负荷的时,适用比K大的过盈量配合,特别要求高精度的情况下,须更进一步地按用途分别用小的允许差配合。 内圈旋转负荷 变动负荷,特别需要精密旋转和大刚性 机床主轴用圆柱滚子轴承 M6或N6 外圈固定于轴向方向 要求无噪音运转 家用电器 H6 外圈向轴向方向移动 ?3)、轴、外壳的精度和表面粗糙度轴、外壳精度不要好的情况下,轴承受其影响,不能发挥所需性能。比如,安装部分挡肩如果精度不好,会产生内、外圈倾斜。在轴承负荷外,加上端部集中负荷,使轴承疲劳寿命下降,更严重的会成为保持架破损,烧结的原因。 再者,外壳由于外部负荷而造成的变形不大。需要能够充分支撑轴承的刚性,刚性愈高,对轴承噪音、负荷分布则愈有利。 在一般使用条件下,车削终加工或精密镗床加工就可以。但是,对于旋转跳动、噪声要求严格的场合及负荷条件过于苛刻,则需采用磨削终加工。 在整体外壳排列2个以上轴承时,外壳配合面要设计得能够加工穿孔。 在一般的使用条件下,轴、外壳的精度与光洁度可根据下表4.4。 表4.4轴、外壳的精度与光洁度项目 轴承的等级 轴 外壳圆度公差 0级、6级5级、4级 IT3 ~ IT4 2 2IT3 ~ IT4 2 2 IT4 ~ IT5 2 2IT3 ~ IT4 2 2圆柱度公差 0级、6级5级、4级 IT3 ~ IT4 2 2IT2 ~ IT3 2 2 IT4 ~ IT5 2 2IT2 ~ IT3 2 2挡肩的跳动公差 0级、6级5级、4级 IT3IT3 IT3~IT4IT3配合面光洁度Rmax 小型轴承大型轴承 3.2S6.3S 6.3S12.5S4.2轴承游隙: 轴承游隙如图1:图1 轴承游隙4.2.1轴承内部游隙 所谓轴承内部游隙,即指轴承在未安装于轴或轴承箱时,将其内圈或外圈的一固定,然后使未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向,可以分为径向游隙和轴向游隙。 在测量轴承的内部就游隙时,为使测量值稳定,一般在套圈上施加测试负荷。因此,测试值要比实际游隙值大,即多出一个施加测试负荷而产生的弹性变形量。轴承内部游隙的实际值根据表4.5。对上述弹性变形造成的游隙增加量加以修正。滚子轴承的弹性变形量可忽略不计。 表4.5为消除测试负荷影响的径向游隙修正量(深沟球轴承) 单位:um公称轴承内径d(mm) 测试负荷(N) 游隙修正量超过 到 C2 普通 C3 C4 C510(包括)18 24.549147 3~44~56~8 458 469 469 4694.2.2轴承游隙的选择 轴承的运转游隙,由于轴承配合以及内外圈温差的原因,一般要比初期游隙小。运转游隙与轴承的寿命、温升、振动以及噪音有着密切的关系,所以必须将其设定为最佳状态。 从理论上讲,轴承在运转时,稍带负的运转游隙,则轴承的寿命最大。但要保持这一最佳游隙是非常困难的。随着使用条件的变化,轴承的负游隙会相应增大,从而导致轴承寿命显著下降或产生发热。因此,一般将轴承的初期游隙定为略大于零。 图2:轴承径向游隙的变化4.2.3轴承游隙的选择标准 从理论上讲,轴承在安全运转状态下,稍微有点负的运转游隙时,轴承寿命最大。但实际上要保持这一最佳状态是非常困难的一旦某种使用条件变化,则负游隙增大,从而招致轴承寿命显著下降或发热。因此,通常选择初期游隙时,要求运转游隙取为仅稍大于零。 对于通常条件下使用的轴承,将采用普通负荷的配合,转速和温度正常时,只需选择相应的普通游隙,使可得到适宜的运转游隙。 表4.6 非常普通游隙适用举例使用条件 适用场合 选用游隙承受重负荷,冲击负荷,过盈量大 铁道车辆用车轴 C3 振动筛 C3、C4承受不定向负荷,内外圈均采用静配合 铁道车辆牵引电机 C4 拖拉机、终减速机 C4轴承或内圈受热 造纸机、烘干机 C3、C4 轧机辊道锟 C3降低旋转振动与噪声 微型马达 C2调整游隙与控制轴的振动 机床主轴(双列圆柱滚子轴承) C9NA、C0NA5、轴承的材料5.1、轴承钢概述滚动轴承的套圈和滚动体,反复承受高接触应力的同时还保持高精度旋转。因此,对轴承的套圈、滚动体及保持架的材料、性能,主要要求如下: 滚动疲劳强度大套圈、滚动 硬度高体材料所要 耐磨耗性高 保持架材料求的性能 尺寸稳定性好 所要求的性能机械强度大此外,还需要加工性好。根据用途不同,还有要求其耐冲击性、耐热性、耐腐蚀性好。一般的滚动轴承套圈及滚动体都采用高碳铬轴承钢或渗碳钢。前者采用全淬火,表面和心部均可硬化;后者只在表层渗碳淬火,只有表层是硬化层。套圈及滚动体的硬度一般为HRC58~HRC65。高碳铬轴承钢(GCr15)是滚动轴承的最佳材料,且应用范围广。渗碳钢多用铬钢(SCr)、铬钼钢(SCM)以及镍铬钼钢(SNCM)等渗碳钢只在表层适当适当深度范围内渗碳,形成硬化层,而中心部位硬度却较低。非金属夹杂物多则引起疲劳龟裂,故非金属夹杂物越少,材料越清洁,滚动疲劳寿命则越长。6、轴承使用中的预负荷、润滑和密封6.1轴承的预负荷 滚动轴承在多数场合,在运转状态下,应有适当的游隙使用。根据目的不同,也有在组装轴承时,预先使轴承产生内部应力,以便让轴承带有负游隙来使用。这种使用方法称作预负荷。一般适用于向心推力球轴承、圆锥滚子轴承,将二个轴承成对使用,成为可以调整游隙的轴承。6.1.1预负荷的目的 预负荷的主要目的及代表性例子如下。 (1)、在正确地决定轴的径向方向及轴向方向的位置的同时,抑制轴的跳动。 机床的主轴轴承、测量一起轴承。 (2)、提高轴承的刚性。机床的主轴用轴承、汽车差动机构小齿轮用轴承。 (3)、防止轴向方向振动及由于共振而造成的异音。 (4)、抑制滚动体的旋转滑动、公转滑动及自转滑动。高速旋转向心推力球轴承、推力球轴承。 (5)、对于套圈,保持滚动体的正确位置。将推力球轴承、推力调心滚子轴承用在水平轴时。6.1.2预负荷的方法 (1)、定位预负荷定位预负荷是对置轴承轴向方向的相对位置在使用中也不会改变的预负荷方法。其方法如下。a、 为了实施预负荷将事先调整过宽度差或轴向游隙的组合轴承筋骨后使用的方法。b、 使用调整过尺寸的衬垫、填隙片,以便给予轴承预负荷的方法。c、 筋骨可以调整轴向方向游隙的螺杆、螺母后使用的方法。在这种场合,为了得到适当的预负荷量,要一面测定起动摩擦力矩一面调整。所谓定压预负荷,是利用螺旋弹簧、碟形弹簧,给予轴承适当的预负荷的方法。在使用中,轴承的相对位置即使有变化,预负荷量也可以大致保持一致。 (2)、定压预负荷定压预负荷为使轴承在轴向预紧负荷在使用中保持不变的一种负荷方式,其预紧量可通过调整卷簧、碟簧等的压缩量来实现。6.2轴承的润滑6.2.1滚动轴承的润滑目的是为了在轴承滚动面形成均匀的润滑油膜,从而减少轴承内部摩擦及磨损,防止烧结。其主要作用如下:(1)、减少摩擦及磨损。在构成轴承的套圈、滚动体及保持器的想和接触部分,防止金属接触,减少摩擦、磨损。(2)、延长疲劳寿命轴承的滚动疲劳寿命在旋转中,滚动接触面润滑良好,则延长。相反地,油粘度低,润滑油膜厚度不好,则缩短。(3)、排出摩擦热、冷却。循环给油法可以用油排出摩擦发生的热,或由外部传来的热,冷却。防止轴承过热,防止润滑油自身老化。(4)、其他。也有防止异物侵入轴承内部,或防止生锈、腐蚀的效果。6.2.2润滑方法 轴承的润滑方法,分为脂润滑和油润滑,为了使轴承很好地发挥轴承的有效机能,首先,要选择适合使用条件、使用目的的润滑方法,如只考虑润滑效果,油润滑的润滑效果占优势。但脂润滑有可以简化轴承周围结构的优点,使用也很广泛。近年来,使用润滑脂的密封结构轴承也被越来越多地被采用。 表6.1 油润滑与脂润滑利弊比较项目 油润滑 脂润滑 开式轴承 密封轴承外壳结构密封装置 保养维修麻烦 可以简化 更简化旋转速度 适用高速旋转 极限转速是油润滑的65~60% 冷却作用 可以排除热量 无 无润滑脂的更换 比较简单 较麻烦 不用更换尘埃杂质的控制 较容易 困难 专业控制泄露性 较容易 有泄露 不易泄露6.2.3脂润滑脂润滑可做到充填一次润滑脂后长时间不需补充,而且其密封装置的结构也较简单,因此使用广泛。  脂润滑有预先在密封型轴承中充填润滑脂的密封方式,以及在外壳内部充填适量润滑脂,每隔一段时间进行补充或更换的充填供脂方式。  此外,对有多处轴承需要润滑的机械,还采用管道连接至各润滑处的集中供脂方式。1)润滑脂的充填量  外壳内的润滑脂充填量随外壳的结构和容积而有所不同,一般充填至容积的1/3-1/2为宜。  充填量过多时,润滑脂因搅拌发热发生变质,老化和软化,应加以注意。  但用于低速轴承时,为防止异物侵入,有时也充填至容积的2/3-1。2)润滑脂的补充与更换  润滑脂的补充与更换同润滑方式有密切的关系,无论采用何种方式,都必须使用清洁的润滑脂,并注意防止外部异物的侵入。  补充的润滑脂应昼为同一品牌号的润滑脂。  补充润滑脂时,尤为重要的是应保证新润滑脂确实进到轴承内部6.2.4油润滑(1)、油浴法油浴法是用于低速、中速旋转的一般润滑方法。油面原则是在最下位的滚动体中心。最好安装油位表,以便于确认油面。(2)、滴注供油法滴注供油法多用语较高旋转的小型球轴承等。有贮藏在可视的 给油器中,滴下的油量,由上部的螺丝来调节。(3)、飞溅式供油法飞溅式供油法是不直接将轴承浸入油中,利用周围的齿轮回转轮回产生的 飞溅来使轴承润滑的方法。广泛使用于汽车的变速器、差动齿轮装置。(4)、循环供油法对于需要用油冷却轴承部分的告诉旋转,或周围温度很高的使用场合,多采用循环供油。(5)、喷射供油法喷射供油法多用于高速旋转用轴承。比如:喷气式发动机。对于同一油量,喷嘴根数多有利于冷却效果好。因喷射供油法的用油量多,应该要注意减少油的搅拌阻力,加大排油口,强制排油,以便有效地排热。(6)、喷雾供油法喷雾供油法是用空气使润滑油成无6状,喷到轴承上的润滑方法。起优点如下:因润滑油量少,所以搅拌阻力小,适用于高速旋转;从轴承内部很少漏油,所以,设备、制品的污染少;可以经常提供新的润滑油、延长轴承的寿命;因此,喷雾供油法用于机床的高速主轴、高速旋转泵、轧钢机辊颈用轴承的润滑。(7)、油气供油法6.3密封 轴承室的密封装置是防止来自外部的尘埃、水分、金属粉末等有害物的侵入,防止轴承内的润滑脂泄露。对任何运转条件,都必须始终起到密封防尘的目的。同时,可以是轴承拆卸、装配、保养等顺利进行,须根据各种不同用途,结合润滑方法来选择适当的密封装置。 密封装置分为非接触式结构和接触式结构两种。非接触式结构不与轴接触,也没有摩擦部分的密封装置,这种结构有细槽、甩油槽、曲路密封等几种形式,是利用离心力、小的游隙起到密封的目的;接触式密封机构是用合成橡胶、合成树脂、毛毡等接触唇与轴接触起到密封的作用。7轴承的寿命 滚动轴承的寿命,是指轴承的疲劳寿命。就批量轴承而言,寿命是离散的,但寿命分布服从参数韦布尔分布。把90%轴承所能达到的寿命定义为轴承寿命,也可以认为轴承的可靠性为90%。因此,轴承可靠性越高,寿命越短,轴承寿命常用运转时间或旋转次数表示。 轴承寿命不能准确评定所有应用场合轴承的使用时间的长短,因此近年来对部分使用工况提出了一些新的寿命评定方法,如噪音寿命、润滑寿命和精度寿命等。轴承使用工况与寿命评定标准寿命评定指标 轴承使用工况 举例滚动疲劳寿命 载荷很大,轴承转速及环境温度高 摩托车变速箱轴承等噪音寿命 载荷很小,但对低噪音性能要求高 空调、洗衣机等家用电器用低噪音轴承等精度寿命 载荷很小,但转速很高 精密机床主轴承、航空发动机主轴承等
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