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轴承类型

轴承类型的一般信息

为了引导和支撑旋转部件,将两个或多个滚动轴承以限定的距离安装在部件上,并支撑在轴承座中。能承受力矩的轴承类型除外,例如双列斜置滚子轴承或圆锥滚子轴承,或者是交叉滚子轴承。

对于所有轴承类型,都必须遵循以下原则:

  • 必须以适合滚动轴承的方式承受在系统中产生的力

  • 滚动轴承的布置必须适合转速要求

  • 布置的刚性必须满足机器的各项要求

  • 旋转部件和温度相关的长度补偿,必须可以在不产生任何约束力的情况下实现

  • 必须考虑轴的挠度

  • 轴承必须便于安装和拆卸

滚动轴承按载荷分类

滚动轴承按载荷分类

滚动轴承按接触角分类

滚动轴承传递轴向力或径向力的能力主要取决于接触角α0。因此在选择具有合适接触角的轴承时,应检查轴向与径向载荷之比。

滚动轴承按接触角分类

定位和浮动轴承

使用定位或浮动轴承进行安装是机械工程中最普遍的安装类型。定位轴承指的是在轴向和径向受力或作为旋转部件的一个滚动轴承(组)。

典型的定位轴承:

  • 深沟球轴承

  • 调心滚子轴承

  • 圆柱滚子轴承(NUP 型)

定位轴承也可以由两个或多个滚动轴承组成。

典型的定位轴承组有:

  • 四点接触球轴承 + 圆柱滚子轴承(NU或NJ型)

  • 两个或多个圆锥滚子轴承(X 或 O 布置)

  • 两个或多个角接触球轴承(X 或 O 布置)

浮动轴承指的是仅承受径向载荷的滚动轴承。在轴向上,可通过其内部几何形状(例如圆柱滚子轴承)或通过滑动配合补偿轴或轴承座的长度膨胀。

典型的浮动轴承:

  • 圆柱滚子轴承

  • 调心滚子轴承(滑动配合)

  • 深沟球轴承(滑动配合)

     

不同类型滚动轴承的典型定位/浮动轴承布置

不同类型滚动轴承的典型定位/浮动轴承布置

半定位轴承

对于半定位轴承,轴承(通常为角接触球轴承、圆锥滚子轴承)通过移动轴承套圈来调整轴向游隙或进行预紧。角接触球轴承必须镜像成对安装,在任何情况下径向载荷都会产生轴向力,相反需要一个反向侧轴承来承担。

在特殊情况下,也可以将深沟球轴承彼此相对布置。然后深沟球轴承被视为是带有接触角的角接触球轴承。另一个特殊情况是相对于角接触轴承或深沟球轴承配置推力轴承。

角接触球轴承的两种布置形式:

  • O型布置

  • X型布置

O型布置时,压力线形成的圆锥顶点朝向外侧,形成“O”型。在X型布置时朝向内侧,形成“X”型。

半定位轴承

上方:O型布置;下方:X型布置;S = 接触角顶点;H = 支撑跨距

在相同的轴承中心距下,支撑跨距 H 在O型布置时要大于 X 型布置。对于倾斜力矩的承受能力和轴承布置的倾斜刚性而言,支撑跨距的宽度具有决定性的影响。

另一个决定性因素是热膨胀的影响。如果轴的温度高于轴承座的温度 (TG < TW),在X型布置中可调整的轴向间隙要更小。下方图表展示了X型布置的圆锥滚子轴承。其中“R”点代表了滚子母线圆锥顶点。这里是外圈滚道的延长线与轴承轴线的交点。

X型布置的圆锥滚子轴承

X型布置的圆锥滚子轴承;S = 接触角顶点;R =滚子母线圆锥顶点

O型布置分三种情况:

如果滚子母线交点相互重合,则轴向和径向热膨胀会相互补偿,轴承游隙不受影响。

O型布置 : 滚子母线交点重合

滚子母线交点重合

如果滚子母线交点相交,则径向膨胀对轴承间隙的影响比轴向热膨胀更大,轴承游隙变小。

 

O型布置 : 滚子母线交点相交

滚子母线交点相交

如果滚子母线交点不相交,则径向膨胀对轴承间隙的影响比轴向热膨胀更大,轴承游隙变大。

O型布置 :滚子母线交点不相交

滚子母线交点不相交

设计注意事项:

在承受点载荷的套圈上始终允许滑动配合,是否使用内圈或外圈取决于相邻的结构(如:轴螺母、轴承座)。为了保证易于调节,应考虑轴承套圈的配合长度。

 

浮动轴承

浮动轴承的安装类似于半定位轴承。 然而,在这种安装方式的情况下,目标是轴承的轴向间隙,导致部件在轴承之间轴向“浮动”。 轴承轴向间隙的选择方式应确保在不利的热条件下不会导致轴承扭曲。

用于浮动安装的典型滚动轴承有:

  • 圆柱滚子轴承(NJ 或 NJP 型,具有足够的轴向间隙)

  • 深沟球轴承

  • 调心滚子轴承

  • 调心球轴承

一个套圈 - 通常情况下外圈 - 采用滑动配合。对于 NJ 或 NJP 型圆柱滚子轴承,因为轴承自身实现了长度补偿,不需要滑动配合。

浮动安装的典型示例

浮动安装的典型示例(s = 轴向间隙):(1) 深沟球轴承,(2) 调心滚子轴承,(3) 圆柱滚子轴承(NJ型)

轴挠曲补偿

轴挠曲对滚动轴承的运转平稳性以及耐用性有着重要影响。圆柱滚子轴承仅适用于有限地补偿轴挠曲。如果轴的挠度过大,则圆柱滚子会扭曲变形,并形成边缘应力。这样会损坏滚子和滚道表面,并导致轴承过早失效。

为了承受更大的轴挠曲,建议使用调心滚子轴承和调心球轴承。

在正常和过度的轴挠曲情况下,圆柱滚子的应力和应变

在正常和过度的轴挠曲情况下,圆柱滚子的应力和应变

打滑现象和最小载荷

滚动轴承在承受最佳载荷的情况下,所有滚动体在接触区域内的圆周速度相同。滚动体在滚道表面上平稳运行,在特定的转速和载荷区域,例如在空载启动机器时,滚动体表面和滚道表面之间存在滑动运动,在滚动轴承技术中称之为打滑现象,通常在交变转速或高转速与小载荷相伴的情况下经常发生,打滑现象会导致套圈和滚动体的滚动表面损坏,缩短轴承的使用寿命。

打滑现象在滚动轴承中特别常见,为了避免这种情况,重要的是要遵循最小载荷的要求。打滑现象在滚动轴承中特别常见,为了避免这种情况,重要的是要遵循最小载荷的要求。最小载荷的计算公式可以在相应的产品说明中查找。

 

选择合适的滚动轴承

为了便于选择合适的滚动轴承,在考虑不同的承载能力和载荷的情况下,阐述不同类型轴承的优缺点。这只是仅为了帮助轴承选择,并不保证其完整性。

下表显示了在一根轴上两个轴承位置情况下的轴承选择,轴承位置到力传递的距离相等,被认为是最理想的状态。 该表规定了旋转速度以及径向和轴向载荷作为标准。

 

序号转速径向载荷轴向载荷轴承布置轴承类型
轴承位置 1轴承位置 2

1

++

+

 

定位轴承- 非定位轴承或浮动轴承

深沟球轴承

深沟球轴承

2

+

++

-

定位轴承- 非定位轴承或浮动轴承

圆柱滚子轴承

圆柱滚子轴承

3

+

++

+

定位轴承- 非定位轴承

圆柱滚子轴承 + 四点接触球轴承

圆柱滚子轴承

4

+

+

++

半定位轴承

圆锥滚子轴承

圆锥滚子轴承

5

++

+

+

半定位轴承

角接触球轴承

角接触球轴承

6

-

++

+

定位轴承- 非定位轴承或浮动轴承

调心滚子轴承

调心滚子轴承

7

-

++

++

定位轴承- 非定位轴承

调心滚子轴承 + 推力调心滚子轴承

调心滚子轴承

++ 高 | + 中 | - 低

从结构方面来看,必须确保非定位端轴承位置的轴承采用滑动配合。后者必须至少在不产生约束力的情况下补偿轴/轴承座的热长度膨胀。 下图显示了这样一个典型的结构。

带有两个深沟球轴承的定位-非定位轴承布置

带有两个深沟球轴承的定位-非定位轴承布置

圆柱滚子轴承NUP型或NJ+HJ 型适用于定位端轴承,NU型用于非定位端轴承。此外,包含2个NJ型圆柱滚子的条件下能实现浮动轴承布置。

 

带两个 NJ型 轴承的浮动轴承布置

带两个 NJ型 轴承的浮动轴承布置

定位侧轴承由两个滚动轴承组成,轴向力仅通过一个四点接触球轴承传递,该轴承在结构设计上保持径向分离。NU型或N型圆柱滚子轴承用作为纯径向轴承。为了消除四点接触球轴承产生的径向载荷,重点在于四点接触球轴承的外径和轴承座孔之间的径向间隙要大于圆柱滚子轴承的内部游隙。

 

带组件分离的定位轴承布置

带组件分离的定位轴承布置

在调整圆锥滚子轴承或角接触球轴承的间隙或预紧力时,必须考虑工作温度的影响。在运行过程中轴承间隙或预紧力的要求数值必须要达到,这两种不同的布置类型的特点是轴承具有很高的刚性。

 

带两个调心滚子轴承的浮动轴承结构通常用于承受重载荷的轴,因为除了高载荷之外,它还可以承受主要的轴挠曲和不对中误差。下方图表展示了一个典型布置。

 

带两个调心滚子轴承的浮动轴承布置

带两个调心滚子轴承的浮动轴承布置

强轴向力会导致在定位轴承内产生单独承受的载荷,类似于带组件分离的定位轴承的情况已有过示例。为了补偿轴挠曲,推力调心滚子轴承(代替四点接触球轴承)作为轴向轴承,调心滚子轴承作为径向轴承。从结构设计上,必须注意推力调心滚子轴承和调心滚子轴承的旋转半径必须同心。

 

由推力调心滚子轴承和调心滚子轴承组成的定位轴承布置

由推力调心滚子轴承和调心滚子轴承组成的定位轴承布置