对于轴承使用者而言,最实际问题是怎么选择轴承的游隙。
轴承游隙的选择可以使用简单的方法,也可以使用精准的方法。
本文将介绍如下项目:
轴承游隙选择的简单方法——参照基本原则2. 工作游隙对轴承性能的影响
3. 轴承游隙选择的高阶方法——工作游隙的计算
1轴承游隙选择的基本原则
简单的方法就是按照一般的选择原则和推荐进行选择。在常见工业生产中,轴承的工作状态、轴承的环境、设备等影响因素都是标准状态。因此可以使用基本推荐范围进行选择。
首先,对于非特殊工况的一般轴承应用工业机械,轴承与相关的零部件(轴、轴承室)之间的配合是按照推荐配合进行选择的,因此,这些配合对轴承的影响是相对稳定的;
第二,常见的非特殊工况机械设备的发热情况也基本不会有特殊变化,轴承内外圈温度差也是基本稳定的。因此,轴承内圈、外圈之间的温度差大致在10℃-15℃之间。由此可见,轴承内外圈的温差带来的游隙减小量也是相对稳定的。
综上所述,一般的工程机械中对轴承游隙的影响因素相对稳定,因此也就可以从轴承标准游隙组中进行选择
上述一系列因素在手册制定推荐值的时候都有过综合的考虑。因此,在这种工况下,从标准游隙组中选择合适的游隙就可以省去工程师们亲自进行计算的工作量。
在一般的工业设备中,滚动轴承常用的游隙包括CN(C0)组和C3组。
选用原则是:
· 高速、重载、高温场合使用C3游隙。
· 普通场合使用CN(C0)游隙。
其他一些特殊的选择:
对于小家电等噪声敏感设备,可以使用CM游隙,前面已经解释过CM游隙是CN游隙中中段偏下的部分。同时在C3游隙中也可以选择C3M游隙的轴承,以适当减少噪声的影响。
上述原则中有诸多基本概念需要工程师进一步确定,比如什么是高速?什么是高温?什么是重载?这些问题在《电机轴承故障诊断与分析》一书中有清楚的界定数据,有兴趣的工程师可以参考。2工作游隙对轴承工作性能的影响
考虑影响因素的最终结果是为了使轴承内部工作游隙为合理值,所谓合理值就是轴承内部的负荷分布更好,轴承的运行表现更加优。
下图为轴承游隙、负荷区、轴承滚动摩擦与轴承运行表现的曲线。可以看到,当轴承游隙小于0的时候轴承表现(绿色曲线-轴承寿命)可以达到最优。
但是,这个区域左侧相对陡峭,并且轴承的摩擦迅速增加,也就导致轴承发热迅速增加,因此一般工作游隙不会选择在这个区域。
正常情况下,游隙会选择在比0略大的区域,这样由于外界因素的影响,如果轴承游隙减小(向曲线左侧移动),轴承寿命不会劣化,同时轴承摩擦不会急剧增加;如果外界因素使轴承游隙变大(向曲线右侧移动),轴承的寿命也不会迅速下降。
一般的选择在负荷区(蓝色曲线)为轴承整个滾道30%的情况下。
对于深沟球轴承而言,可以通过施加预负荷的方式使轴承运行在一定的负游隙的情况下,但是这个负游隙(预负荷)是通过轴承弹性施加的,如果外界因素使得游隙过小,可以通过弹簧进行一定的吸收,保证轴承始终运行在一个比较良好的负荷状态下。
轴承的工作游隙为轴承初始游隙减去由于配合和温度变化带来的游隙减小量:
· 内圈紧配合引起的内圈膨胀量约为紧配合理论过盈量的0.8倍;
· 外圈紧配合引起的外圈压缩量约为紧配合理论过盈量的0.8倍;
· 由于配合引起的游隙减小量等于上述两者之和。
由于温度引起的游隙减小量等于:
上述计算是一个简单的估算方法,适用于普通钢制、铸铁轴承座。注意:不适用于轻金属或者薄壁轴承的计算。
更换材质,以及对于薄壁轴承、薄壁轴承室、空心轴等的游隙减小量计算相对复杂,此处不介绍,工程师可以咨询轴承供应商,一般应提具相应的计算服务。