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哈轴集团-外球面球轴承的基本知识详解

2017-05-29     来源:浙江哈轴     阅读次数:2490

哈尔滨轴承 - 外球面球轴承

1.   结构特点

● 带座外球面球轴承由外球面球轴承和轴承座两大部分构成。轴承与座的配合面为球面,因此能自动调整补偿中心误差。

● 轴承按与轴的夹紧方式分类,通常有四类:带顶丝类;带偏心套类;圆锥孔带紧定套类;锁紧套类。

● 轴承座按材质分类,通常有两个大类:铸造座和冲压座。

● 外球面球轴承设计有各种不同的密封装置,可根据不同的工作环境来选用不同的密封结构,从而保证轴承的可靠性和较长的使用寿命。

2.   带立式座顶丝外球面球轴承构造

● 铸铁座:刚性整体结构,易安装。

● 宽内圈:利于用顶丝锁紧,刚性更好。

● 顶丝:内圈上两个120°夹角的顶丝,确保轴承容易地与轴紧固。

● 挡圈:两边各有一件,将尘埃有效地阻挡在外。

● 接触式橡胶密封:安装在靠两边挡圈的内侧,保证润滑脂在滚动体与滚道间有效地润滑。

● 油杯:从该处可注入新的润滑脂。

● 可调球面:当轴有不可避免的变形,或安装难保证同轴度时,可自动进行调节补偿。

3.   带座外球面球轴承类型

4.   外球面球轴承

带有密封装置的外球面球轴承,其内部结构尺寸、钢球、保持架等均与深沟球轴承相同。

4.1.套圈和钢球的材质

轴承套圈和钢球均用高碳铬轴承钢GCr15制造,其化学成分如表2

轴承套圈的硬度为59HRC~64HRC,钢球的硬度为61HRC~66HRC,具有高的耐磨性和高的接触疲劳强度。

对于带顶丝类的外球面球轴承(UC200UC300RB200UCX00SB200CSB200ER200SER200等系列),内圈螺孔部位经特殊热处理,沟道部位保持较高的硬度,螺孔周围的硬度则降低,保证顶丝在用较大力矩紧固时,螺孔不会因硬度太高而开裂。

4.2.   轴承公差

4.2.1.  外圈公差

 外圈的公差应符合表3

注:(1)ΔDmp=单一平面内平均外径偏差

       (2Kea=成套轴承外圈的径向跳动

       (3D=轴承公称外径

4.2.2.  内圈公差

        (1) 圆柱孔内圈的公差

      圆柱空内圈的公差应符合表4

注:(1d=轴承公称内孔直径

2)ΔDmp=单一平面内平均外径偏差

       (3Kia=成套轴承内圈的径向跳动

       (4)ΔBs=内圈单一宽度偏差

2)圆锥空内圈的公差

圆锥空内圈的公差应符合表5

注:(1d=轴承公称内孔直径

2d1=基本圆锥孔在理论大端的基本直径

        d1可按以下公式得出

        d1=d+0.083333B

3B=内圈公称宽度

4)θ=公称圆锥角=2°239.4=2.38594°

5)Δdmp=单一平面内平均内孔直径偏差(指理论小端)

6)Δdmp=基本圆锥孔在理论大端的平均内孔直径偏差

4.2.3.   内圈基准端面到外球面中心距离“S”的公差

内圈基准端面到外球面中心距离“S”的公差见表6

4.3. 径向游隙

外球面球轴承的径向游隙通常比深沟球轴承的径向游隙要大。圆柱孔外球面轴承的径向游隙见表7;圆锥孔外球面轴承的径向游隙见表8.


5.轴承座

5.1.轴承座的材质

      铸造座的材质为HT200(灰铸铁)和QT450-10(球墨铸铁),球墨铸铁座仅局限于PFTD2系列和FCT2系列;冲压座的材质为0810冷轧钢板。

5.2.铸造座的公差

5.2.1铸造座球孔公差

        铸造座球孔公差见表10

5.2.2.立式座公差

         立式座公差见表11

5.2.3.方形、菱形座公差

         方形、菱形座公差见表12

轻型菱形座、三角形座公差见表13

带凸台的方形、圆形座公差见表14

可调菱形座、悬挂式座公差见表15

5.2.4.环形座公差

环形座公差见表16

5.2.5.滑块座公差

         滑块座公差见表17

5.3.冲压座

5.3.1.冲压立式座公差

         冲压立式座公差见表18

5.3.2.冲压圆形、三角形、菱形座公差

冲压圆形、三角形、菱形座公差见表19

6.轴承的选用

轴承尺寸的选择主要是根据轴承所承受的载荷,轴承的寿命及可靠性等要求进行。基本额定载荷是用来评定轴承承载能力的技术指标,基本额定载荷包含基本额定动载荷和基本额定静载荷。

表征轴承在旋转(转速n10/分)时的承载能力为基本额定动载荷C,表征轴承在静止或缓慢旋转或震荡摆动(转速n10/分)时的承载能力为基本额定静载荷CO

外球面球轴承为向心球轴承类,主要承受径向力。因此,表征为径向基本额定动载荷Cr和径向基本额定静载荷Cor

径向基本额定动载荷Cr和径向基本额定静载荷Cor的数值均在产品的外型尺寸表上显示

通常,寿命计算是选用滚动轴承的重要依据。寿命一般指轴承的疲劳寿命。当正确使用轴承时,即载荷适中,安装正确,润滑良好,轴承的破坏主要是交变接触应力引起滚动表面层的疲劳剥落,这种损坏形式是不可能完全避免的。但是各种机械用途不同,对轴承的要求也不同,在所规定的期间内要求轴承保持某种性能。而轴承工作一段时间后,噪声、振动增加,磨损造成精度下降,润滑脂老化等都将导致轴承失效,或不能满足该种机械的要求。这种失效前的寿命,分别称为噪声寿命、磨损寿命、润滑脂寿命。

除上述寿命外,轴承不能再使用原因还有烧结、断裂、裂纹、卡伤、密封失效等,这些应作为轴承故障,故障来源于选择轴承不当、机械设计不良、安装、使用、维护保养与制造等方面的错误,与轴承寿命应相区别。

6.1.基本额定载荷和寿命

径向基本额定动载荷Cr:系指一套滚动轴承理论上所能承受的恒定的径向载荷,在该载荷作用下,轴承的基本额定寿命为一百万转。

寿命:单个滚动轴承的寿命,指轴承的一个套圈货钢球材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前,轴承的一个套圈相对于另一个套圈旋转的转数。

可靠度:系指一组在相同条件下运转,近于相同的滚动轴承,期望达到货超过规定寿命的百分率,单个滚动轴承的可靠度为该轴承达到或超过规定寿命的概率。

基本额定寿命:对于采用当代常用优质材料和具有良好加工质量,并在常规运转条件下运转的轴承,系指与90%的可靠度相关的额定寿命。

6.2.按基本额定动载荷选用轴承

6.2.1.基本额定寿命

滚动轴承额定寿命的计算方法,在国家标准GB/T6391(等同国标标准ISO281)中有明确规定。向心球轴承的基本额定寿命计算公式:

其中:L10:基本额定寿命(百万转)

Cr:径向基本额定动载荷

Pr:径向当量动载荷

径向当量动载荷Pr:系指一恒定的径向载荷,在该载荷作用下,滚动轴承具有与实际载荷条件下相同的寿命。

如果轴承在一个恒定的转速下工作,基本额定寿命可转换成小时数,其计算公式为:

其中:L10h=基本额定寿命(小时)

n=轴承工作转速(转/分)

简易算法:假设需要500小时基本额定寿命;这里引入转速因数fn和寿命因数fh

这样,公式简化为:

fnfh值能根据工作转速和设定的寿命在图1中查出。再根据所需要的径向当量动载荷,就能算出径向基本额定动载荷,然后,根据相应的Cr值就能确定选用什么尺寸的轴承了。

如果轴承是在变载荷和变速下工作,在确定轴承寿命时,则应用平均当量动载荷和平均转速来计算。平均当量动载荷一般按下式计算:

式中:Pm=平均当量动载荷

P=当量动载荷(函数式)

N=载荷变动一个周期内的总转数

6.2.2.轴承安全寿命的设定

当你选择轴承时,常常要根据相应的机械类型、工作环境和可靠性要求来设定一个适当的安全寿命,总的说来,这个设定的安全寿命就决定了机械与这相关的维护保养周期。

6.2.3.当量动载荷“P”的计算方法

轴承的基本额定动载荷是在假定的运转条件下确定的,即向心轴承仅受径向载荷。而实际应用场合常常同时承受径向载荷和轴向载荷,这样,在进行轴承寿命计算时,必须把实际载荷转换为与额定动载荷条件相一致的当量动载荷。当合成载荷的大小和方向恒定时,其当量动载荷的一般计算公式为:

P=XFr+YFa

其中:P= 当量动载荷(N

Fr=径向载荷(N=轴承实际载荷的径向分量(N

Fa=轴向载荷(N=轴承实际载荷的轴向分量(N

X= 径向系数

Y=轴向系数

外球面球轴承的轴向载荷能力与轴承与轴的固紧方式有关。

带紧定螺钉或带偏心套固紧类的轴承,如果轴与轴承的配合较好且螺钉足够紧(见表32紧固力矩),轴向载荷Fa不能超过未被利用的允许径向载荷Fr20%

如果是用紧定套锁紧的轴承,如果安装固紧正确,轴向载荷Fa最大也只能是未被利用的允许径向载荷Fr20%

外球面球轴承的径向系数X和轴向系数Y,可从下表中查出(也可用插入法求得)。

当轴承承受恒定力矩载荷时,当量动载荷可按以下公式计算:

Pm=fm · P

其中:Pm=考虑力矩载荷的当量动载荷

fm =当力矩载荷较小时:fm =1.5

当力矩载荷较大时:fm=2

当轴承承受冲击载荷时,当量动载荷可按下式计算:

Pd=fd · P

其中:Pd=考虑冲击载荷的当量动载荷(N

fd =冲击载荷因数;可按以下方法选取:

当无冲击载荷或轻微冲击载荷时:

fd =1~1.2

当有一定的冲击载荷时:

fd =1.2~1.8

6.3.选用实例

某一轴承工作转速为1000r/m,仅承受一径向载荷Fr=3000N,要求基本额定寿命最少20000小时,选择轴承尺寸。

根据转速n=1000r/m能查出:

fn=0.322(从图1中显示约近0.32

根据要求基本额定寿命20000小时(设定的安全寿命)能查出:

fn=3.42(从图1中显示约近0.34

仅承受一径向载荷

P=Fr=3000N

这样

用另一种简易方法计算轴承寿命,即图2的查表法。

具体做法是:连接转速n1000r/m)的点和设定的基本额定寿命L10h20000小时)的点,划一直线,直线与中间C/P值刻线的交点就是所求的C/P值,从图中看出:

C/P=10.6,已知P=Fr=3000,这样该轴承所需的基本额定动载荷为:

C/P=10.6

C=10.6P

      =10.6×3000=31800N

然后,根据各种尺寸轴承的基本额定载荷值,就能确定应该选什么尺寸的轴承了。

6.4. 额定寿命的修正

通常采用基本额定寿命L10作为衡量轴承性能的准则就足以满足要求,该寿命是指90%可靠度下的寿命。

然后,对于某些应用场合,或许要求计算更高可靠度下的寿命,同时,对于许多应用场合,还希望更精确、更完善地考虑轴承质量和运转条件对寿命的影响,修正额定寿命Lnm则满足于这一要求。

修正额定寿命Lnm,可以按下式计算:

Lnm=a1aISOL10

可靠度寿命修正系数a1的值列于表21

系统方法的寿命修正系数aISO

考虑一下影响因素:

———— 材料(如洁净度、硬度、疲劳极限、温度响应);

———— 润滑(如粘度、轴承转速、轴承尺寸、润滑剂类型、添加剂);

———— 环境(如污染程度、湿度);

———— 杂质颗粒(如硬度、尺寸、形状、材料);

———— 套圈中内应力(如制造过程产生的、安装后套圈过盈产生的内应力);

———— 安装(如装拆损伤、不同心);

———— 轴承载荷。

也就是说,以上任何因素的改变,都直接影响到轴承的寿命。在选用轴承时,应充分考虑各方面因素的影响,给出合适的系数,从而避免选用不当而达不到预期效果。

关于寿命计算方法,可参阅国家标准GB/T6391

7.润滑和工作温度

7.1.润滑脂

带座外球面球轴承的轴承内,装填中小型电机轴承润滑脂(2号锂基脂),其物理及化学性能参考表22

7.2.工作温度

一般轴承工作温度不超过120℃(外圈测量温度为100℃),外球面球轴承持续工作温度在70℃以上时,必须考虑缩短再润滑周期,低温极限为不超过零下20℃。

如果要求轴承达到更高货更低的工作温度,请咨询我们以获得更多信息。

7.3.再润滑周期

通常情况下,润滑脂寿命能满足轴承额定寿命的使用期。但在润滑脂变质快的场合下使用轴承时,需定期补充润滑脂,使轴承保持正常的润滑状态,保证轴承得到较长的寿命。

再润滑周期主要由轴承转速、工作温度以及周围环境所决定。再润滑周期可参考表23.

补充润滑脂的加脂量参考表24

注:1.轴承初期润滑脂的填充量占轴承内部有效空间容积的30~40%。建议润滑脂的补充量以初期的填充量为参考,即表中所列数值。因为补充量过多,可能会导致轴承异常发热和润滑脂的泄露。

2.密封结构为三唇密封圈的轴承润滑脂补充量推荐表中数值的1.5倍。

3.轴承低速场合使用时,为提高轴承的防尘性能,润滑脂补充量可选择表中数值的2倍。

7.4.油杯

公司可提供的油杯包括A型(直通)、B型(45°)以及C型(90°)三种类型。常规座所带油杯类型按表25所示。而表26列出的M6×1M8×11/4-28UNF1/8-27NPT以及G1/8油杯不同类型尺寸与设计,以满足客户对油杯的特殊要求。


8.极限转速

外球面球轴承的极限转速主要取决于轴承工作时产生的摩擦热大小,它与载荷情况、环境温度、润滑条件及寿命都有密切联系,而轴承与轴的良好配合也是实现高转速的保证。一般情况下,带顶丝类和带偏心套类外球面轴承与轴采用间隙配合,轴的精度选用h7级公差;当载荷较轻、转速低时,轴的精度可选用h8h9级公差;当高速、重载荷时,轴承与轴采用较紧的配合,轴的精度采用j7级公差。带紧定套类外球面球轴承与轴配合,轴的精度采用h9级公差,并保证IT5/2圆柱度要求,表中用(h9/IT5)表示。

CS200系列外球面球轴承极限转速与深沟球轴承极限转速想当,其极限转速参考值如表27中所示。

外球面球轴承在不同配合下的极限转速参考值如表27所示

注:1.h9/IT5一栏适用于带紧定套外球面球轴承,其余j7~h9各栏适用于带顶丝或带偏心套外球面球轴承。

2.带三唇密封圈外球面球轴承的极限转速为上表所示值的20%~25%

9.轴的精度

     在轴承上装有内六角螺钉,用以安装固定轴,正常工作状态下轴承与轴通常采用间隙配合,轴的尺寸精度按表28所示。

但是,如果轴承需要高的转速,或须承受高的负荷,这时轴承与轴的配合应该采用过渡配合,轴的尺寸精度按表29所示。

带有紧定套的轴承,轴承内孔为1:12的锥孔,这样轴承适合于作为长轴的中间支承。这时与之配合的轴的尺寸精度按表30所示。

用于工业风扇、风机的带座外球面球轴承,要求转速高。这时外球面球轴承与轴的配合要求较高,轴的精度一般选用h5j5级公差。如表31所示。

10.轴承安装与固定

10.1.带顶丝轴承

这种轴承宽内圈的一端装有成120°角的两个紧定螺钉,紧定螺钉把轴承内圈与轴固紧。安装时,要有足够的力矩才能保证轴承与轴的紧固,表32为推荐的紧定螺钉的紧定力矩。

如果轴承工作在下列情况下:1)轴承有振动;2)轴承有相对移动;3)轴承的载荷较大或者转速较高,在轴上紧定螺钉的相应位置应开有紧定槽或窝。(如图3所示)

10.2.带紧定套轴承

这种轴承的内孔有1:12的锥度。安装时,先把套放进轴承内孔,再嵌入防松垫片,然后装上螺母。安装轴时,先用手尽力拧紧螺母,再用扳手拧进2/5~3/5圈即可。螺母拧紧后,把防松片弯进放松槽内,否则,可能因螺母松动而引起轴与套筒间的相对滑动。如图4所示。

10.3.带偏心套轴承

这种轴承内圈加长端有一偏心凸台,偏心套一侧也有偏心凹槽,安装在轴上时,偏心凸台和偏心凹槽对好,先向轴旋转方向拧紧偏心套,再拧紧偏心套上的紧定螺钉。

10.4.轴承座的安装

带座轴承的正确安装顺序应该是:先安装座,再安装轴。原则上轴承座可以装在任何地方,但为了保证轴承的使用寿命,安装面必须平坦,牢固。

带立式座轴承及带法兰座轴承安装平面倾斜角度的要求,相对于轴的中心线不应超过±2°,见图5。若带有冲压通盖的不应超过±1°。

10.5.滑块座的安装

滑块座安装于两条平行线导轨之间,通过调整螺栓来实现滑块座在导轨上的移动,从而达到调整轴的中心距的目的。有关配合部分如图6所示。

滑块座安装尺寸及公差按表33、表34及表35所示。

表33、表34及表35  图6

11.不同转速及Cr/Pr比值下轴承额定寿命预算

例:

在稳定径向载荷Fr=3250N,转速为1500r/min条件下,对UC212轴承额定寿命预算:

UC212轴承的额定动负荷为47800N

假设轴承没有轴向载荷,那么当量动载荷Pr=Fr×fd=3250N×1.2=3900N(当没有冲击载荷或冲击载荷较小时,冲击载荷因数fd=1~1.2)。

使用表36,从相应转速r/min一栏中查到最接近Cr/Pr值,易获得轴承大概的额定寿命。

所以得Cr/Pr=47800/3900=12.256

在转速n=1500r/min一栏中,查到12.2最接近Cr/Pr值,它对应的20000小时即为UC212轴承在已知条件下大概的额定寿命。

轴承的实际寿命还需考虑额定寿命修正系数a1aISO予以修正。

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