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轴承的选型与维护 1 Whydoweusebearing 为什么我们用轴承 ReducefrictionCarryloadsGuidemovingparts 降低磨擦 承受载荷 引导运动件 滑动摩擦 滚动摩擦 按摩擦性质分 滑动轴承和滚动轴承按承载方向分 向心轴承和推力轴承 2 滚动轴承的组成 径向轴承 密封圈滚动体内圈外圈保持架润滑脂 油 3 滚动体与滚道的接触形式 线接触 点接触 滚动体类型 球 球面滚子 对称形 球面滚子 非对称形 圆柱滚子 滚针 圆锥滚针 4 滑动轴承概述滑动轴承的主要特点 工作平稳 无噪声 回转精度高 径向尺寸小 液体润滑时摩擦损失小 承载能力高 滑动轴承的摩擦状态 轴瓦与轴颈之间 1 干摩擦状态摩擦表面无润滑剂 功率损失严重 磨损加剧 温升高 轴瓦易破坏 应避免此种摩擦状态 2 边界摩擦状态摩擦表面间有润滑油存在 金属表面上形成了一层极薄的边界油膜 但尖峰部分仍直接接触 多数滑动轴承都是这种摩擦状态 3 液体摩擦状态两摩擦表面完全被润滑油分隔开 形成了一定厚度的压力油膜 这种摩擦状态是润滑油分子之间的摩擦 摩擦系数极小 重要轴承采用这种摩擦状态 5 润滑剂及其选择常用润滑剂 润滑油 液体 用途最广泛 润滑脂 半固体 一般用于中低速 固体润滑剂 主要用作油 脂的添加剂 也可单独使用 1 润滑油的性能及选择粘度 表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小 是最重要的性能指标 也是选择润滑油的主要依据 油性 也称润滑性 表征油中的极性分子对金属表面的吸附性能 油性好则摩擦系数小凝点 反映润滑油的低温工作性能 闪点 反映润滑油的高温工作性能 润滑油的选择原则 压力大或在冲击 变载条件下工作 应选粘度高的油 速度高时 应选粘度低的油 以减少摩擦损失 工作温度高时 应选粘度高的油 因粘度会随温度升高而下降 2 润滑脂的性能及选择针入度 表征润滑脂的稀稠度 类似于油的粘度 滴点 表征润滑脂耐高温的性能 润滑脂的选择原则 工作环境有水汽 选钙基润滑脂 工作温度高 选钠基润滑脂 有水汽而且工作温度高 则应选锂基润滑脂 6 滑动轴承的分类载荷方向径向轴承 主要承受径向力推力轴承 主要承受轴向力装拆需要整体轴承 特殊类型 自动调心式轴承 剖分轴承摩擦状态液体摩擦 长期运转 精度要求高 动压轴承 静压轴承 非液体摩擦 7 1 径向滑动轴承 1 整体式滑动轴承特点 结构简单 成本低廉 因磨损而造成的间隙无法调整 只能从沿轴向装入或拆出 应用 低速 轻载或间歇性工作的机器中 2 剖分式滑动轴承特点 结构复杂 可以调整磨损而造成的间隙 安装方便 应用场合 低速 轻载或间歇性工作的机器中 3 自动调心滑动轴承 4 间隙可调式滑动轴承 对开式轴承 剖分轴套 部分式轴承 整体轴套 8 2 推力滑动轴承推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成 常用的轴颈结构形式有 轴瓦的材料减摩性 材料副具有较低的摩擦系数 耐磨性 材料的抗磨性能 通常以磨损率表示 抗咬粘性 胶合 材料的耐热性与抗粘附性 摩擦顺应性 材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力 嵌入性 材料容纳硬质颗粒嵌入 从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能 磨合性 轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后 形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力或性质 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力 良好的导热性 工艺性和经济性 常用轴瓦材料有金属材料 轴承合金 巴氏合金 白合金 是由锡 铅 锑 铜等组成的合金 铜合金分为青铜和黄铜两类 铸铁有普通灰铸铁 球墨铸铁等 粉末冶金材料 由铜 铁 石墨等粉末经压制 烧结而成的多孔隙轴瓦材料 非金属材料 有塑料 硬木 橡胶等 其中塑料用的最多 9 轴承材料铬碳钢 碳 铬 硬度在 耐温能达 滚动轴承的材料轴承圈 淬火钢 碳铬钢含有大约1 碳和1 5 铬滚动体 表面硬化钢 铬镍合金钢及锰铬合金钢 大约0 15 碳 SteelCages压钢罩 PolyamideCages聚酰胺罩 BrassCages黄铜罩 10 深沟球轴承 SealedDesign密封式设计 非接触式密封圈 密封圈 RS1 2RS1 接触式密封 防护罩 Z ZZ 2Z 11 非接触式密封圈 接触式密封 表面摩擦 运转速度 抵抗污染能力 表面摩擦 运转速度 抵抗污染能力 表面摩擦 运转速度 抵抗污染能力 密封圈 轴承一边有橡胶密封圈 非接触 轴承一边有防尘盖 轴承一边有橡胶密封圈 接触 轴承外圈上有制动槽 并带有制动环 轴承外圈有制动槽 R 轴承外圈有制动挡边 12 轴承的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方固定 然后便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 可分为径向游隙和轴向游隙 径向游隙 轴向游隙 轴承合适的内部工作游隙能保证其不容易被损坏及达到较好的使用寿命 轴承游隙 正常 单位 微米 13 轴承游隙选择方法如何选择轴承游隙 一 轴承游隙的选择原则 1 采用较紧配合 内外圈温差较大 需要降低摩擦力矩及深沟球轴承承受较大轴向负荷或需改善调心性能的场合 宜采用大游隙组 2 当旋转精度要求较高或需严格限制轴向位移时 宜采用小游隙组 二 与游隙有关的因素 1 轴承内圈与轴的配合 2 轴承外圈与外壳孔的配合 3 温度的影响 注 径向游隙减少量与配合零件的实际有效过盈量大小 相配轴径大小 外壳孔的壁厚有关 1 实际有效过盈量 内圈 应为 dy 2 3 dG D为名义过盈量 G 为过盈配合的压平尺寸 3 产生的热量将导致轴承内部温度升高 继而引起轴 轴承座和轴承零件的膨胀 游隙可以增大或减小 这取决于轴和轴承座的材料 以及轴承和轴承支承部件之间的温度剃度 14 三 游隙的计算公式 1 配合的影响1 轴承内圈与钢质实心轴 j dy d h2 轴承内圈与钢质空心轴 j dy F d F d d h 3 轴承外圈与钢质实体外壳 A Dy H D4 轴承外圈与钢质薄壁外壳 A Dy F D F D H D 5 轴承外圈与灰铸铁外壳 A Dy 6 轴承外圈与轻金属外壳 A Dy 注 j 内圈滚道挡边直径的扩张量 um dy轴颈有效过盈量 um d 轴承内径公称尺寸 mm h 内圈滚道挡边直径 mm B 轴承宽度 mm d1 空心轴内径 mm A 外圈滚道挡边直径的收缩量 mm Dy 外壳孔直径实际有效过盈量 um H 外圈滚道挡边直径 mm D 轴承外圈和外壳孔的公称直径 mm F 轴承座外壳外径 mm 2 温度的影响 T b 其中 b为线膨胀系数 轴承钢为11 7 10 6mm mm 0CDe为轴承外圈滚道直径 di为轴承内圈滚道直径 Ta为环境温度 T0为轴承外圈温度 Ti轴承内圈温度 四 轴向游隙与径向游隙的关系 Ua 1 2因径向游隙Ur很小 故Ur2很小忽略不记故Ua 2 1 2其中fe为外圈沟曲率系数 fi为内圈沟曲率系数 Dw为钢球直径 15 前置代号 基本代号 后置代号 前置带号 可分离轴承的可分离内圈或外圈不带可分离内圈或外圈的轴承 滚针轴承仅适用 型 推力圆柱滚子轴承轴圈推力圆柱滚子轴承座圈无轴圈推力轴承无座圈推力轴承带可分离内圈或外圈与滚动体组件轴承滚子和保持架组件 类型代号 内径代号 尺寸系列代号 类型代号 表示轴承的种类 尺寸系列代号 尺寸系列代号由轴承的宽 高 度系列代号和直径系列代号组合而成轴承的直径系列 即结构相同 内径相同的轴承在外径和宽度的变化系列 用基本代号右起第三位数字表示 特轻系列 轻系列 中系列 重系列 轴承的宽 高 度系列 即结构 内径和直径系列都相同的轴承在宽度方面的变化系列 用基本代号的右起第四位数字表示 窄 正常 宽 特宽 特宽 特宽 特宽 特低 低 正常 正常 向心轴承 推力轴承 16 30205 轴承编号x5 轴承的内径就等于25mm 只是适用于内径范围在20mm 490mm之间的轴承 用数字或字母表示 0 双列角接触球轴承4 双列深沟球轴承QJ 四点角接触球轴承1 调心球轴承2 调心滚子轴承3 圆锥滚子轴承5 推力球轴承6 深沟球轴承7 角接触球轴承8 推力圆柱滚子轴承N 圆柱滚子轴承NA 滚针轴承NNU 双排圆柱滚子轴承 17 滚动轴承的特点及类型滚动轴承的主要特点 摩擦阻尼小 相对于非液体摩擦滑动轴承 启动灵活 可同时承受径向和轴向载荷 简化了支承结构 径向间隙小 还可用预紧方法消除间隙 因此回转精度高 互换性好 易于维护 缺点 抗冲击能力较差 高速时噪声大 寿命较低 径向尺寸大 滚动轴承的组成滚动轴承一般由内圈 外圈 滚动体和保持架组成 内圈装在轴径上 与轴一起转动 外圈装在机座的轴承孔内 一般不转动 内外圈上设置有滚道 当内外圈之间相对旋转时 滚动体沿着滚道滚动 保持架使滚动体均匀分布在滚道上 减少滚动体之间的碰撞和磨损 18 滚动轴承的主要类型1 按承载方向和公称接触角分为 向心轴承 0 45 主要承受径向载荷径向接触轴承 0 的向心轴承向心角接触轴承 0 45推力轴承 45 90 主要承受轴向载荷 推力角接触轴承 45 90 的推力轴承轴向接触轴承 90 的推力轴承 滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角 称为公称接触角 19 2 按滚动体的种类可分为 球轴承和滚子轴承 20 21 3 滚动轴承类型的选择 1 根据载荷的大小及性质载荷大或冲击大 选滚子轴承 线接触 载荷小或冲击小 选球轴承 点接触 2 根据载荷的方向纯径向载荷 选深沟球轴承 6 圆柱滚子轴承 N 纯轴向载荷 选推力轴承 5或8 径向 轴向载荷 角接触球轴承 7 或圆锥滚子轴承 3 轴向载荷不大时 可用深沟球轴承 3 根据转速的高低转速高 选球轴承 转速低 选滚子轴承 4 根据回转精度精度要求高 选球轴承 5 根据调心性能轴刚性差 轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承 1 类或 2 类 22 滚动轴承的寿命计算一 滚动轴承的载荷分析当轴承仅受到纯轴向力Fa作用时 载荷由各滚动体平均分担 即 Qi Qj当轴承仅受到纯径向力Fr作用时 接触点产生弹性变形 内圈下沉 最多只有半圈滚动体受载 承载区各滚动体的变形量不同 受载大小也不同 Z 全部滚动体个数对于点接触轴承 对于线接触轴承 因此 滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力 可看成脉动循环变应力 二 滚动轴承的失效形式1 疲劳点蚀 最主要的失效形式 滚动体表面 套圈滚道都可能发生点蚀 防止点蚀破坏 是计算滚动轴承的主要目的 2 塑性变形 低速轴承的主要失效形式 接触应力过大 元件表面出现较大塑性变形 原因是载荷过大或冲击载荷作用 3 磨损 胶合 保持架断裂等 使用维护不当而引起的 属于非正常失效 Qj 23 设计准则一般转速的轴承 进行寿命计算 防止点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 按静强度计算 防止塑性变形滚动轴承的寿命基本概念 轴承寿命轴承中任一元件出现疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数 基本额定寿命一批相同的轴承 在相同的条件下运转 其中90 的轴承不发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数 用L10表示 按基本额定寿命选用轴承 可靠性为90 注意 额定寿命随运转条件而变化 比如 外载增大 额定寿命降低 因此 基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力 基本额定动载荷规定轴承在基本额定寿命L10为106转时 所能承受的最大载荷 用C表示 即 在C的作用下 运转106转时 有10 的轴承出现点蚀 90 的轴承完好 对于具体轴承 C为定值 按手册查取 Cr 向心轴承的基本额定动载荷 称为径向基本额定动载荷 Ca 推力轴承的基本额定动载荷 称为轴向基本额定动载荷 额定动载荷越大 轴承的承载能力越大 24 不同轴承的负荷承载能力 负荷承载能力表示为基本额定动载荷 预负荷 游隙 相对寿命基本级别L10 内部预负荷及游隙对轴承寿命的影响 25 26 27 28 29 轴承的选择与原则轴承的选择因素 载荷的大小 方向 性质 转速快慢 不对心的程度 运转中的噪音 寿命 安装和拆卸考虑选择轴承的原则 温度 精度和刚度 成本 经验球轴承 轻载高速滚子轴承 低速重载 轴承的选择因素 30 31 运行 运行 安装 失效 更换 准备 PERFORMANCE BEARING 准备 检测 润滑 对中 安装 安装 轴承的生命周期 32 2 轴承的生命周期 安装 安装不当 引起的轴承提前失效 33 切面半径必须小于轴承角半径 安装准备 检查轴颈表面的公差尺寸 清洁并检查包装的轴承一般不必清理新轴承的防护油 除非其表面有其他异物若必要可擦拭轴承孔和外径表面 氧化 生锈 腐蚀 化学反应腐蚀坑 剥落蚀刻版 水 油混合物 34 轴圆柱度 圆度的检查 必须有80 的接触范围 形位状公差的检查 轴承座不平坦的支撑面 平面度 IT7 对于参考长度L表面粗糙度 Ra12 5 轴肩的端面 垂直性 圆锥形 圆锥度 同轴度 不圆度 表面粗糙度 35 轴承安装方法的分类 冷装 机械法 热安装 液压法 轴承内径 MM 选用机械安装法轴承内径 MM 选用加热法或液压法 机械方法使用的装配工具 36 使用高温油浴加热轴承优点 统一加热 常用于不频繁加热的轴承缺点 轴承容易被污染加热时间长燃烧后有毒气体危害人体健康存在火灾危险对于新轴承 将损坏防护油的作用不能加热 免维护 轴承确保油具备大于250 C 480 F 的闪点 加热法安装轴承 优点 速度快缺点 加热温度过高 极易损坏轴承和轴 不能统一进行加热 存在火灾危险 燃烧轴承防护油后产生有毒气体 危害人体健康 气焊 不建议使用的加热方法 安装后就检查游隙 37 加热器加热原理 感应式加热器相关数据 保证待加热工件与轴之间的温差 70 C 正常情况下监测轴承内圈的温度 普通开式轴承最大加热温度 110 120 C 加热温度极限值 150 C 针对普通轴承 密封轴承 内含润滑脂 加热温度不能超过 100 C 注意 必须对工件进行消磁 38 加热温度不能超过 最好 不能用火焰直接给轴承加热 使用加热方法安装轴承 安全 快速 轴 轴承 加热方法 39 液压螺母 高压油管 轴承 液压法安装轴承 40 3 轴承的生命周期 对中 大约50 的有联轴节的旋转机械的故障是由于轴不对中引起的 角度不对中 平行度不对中 轴不对中会引起的问题 增大轴承负载缩短轴承使用寿命增大密封和联轴节的磨损增大振动增大噪音增大能量消耗轴的失效 41 4 轴承的生命周期 润滑不良 的轴承提前失效 引起 42 为什么要润滑 分隔开轴承的接触面 消除磨损 减少摩擦 保护轴承 避免腐蚀 避免杂质的影响 散热 什么是最好的润滑效果 43 头发丝的标准 crosssection 50微米 44 选择脂润滑还是油润滑 脂润滑 操作简单 额外的保护轴承的特性 防污染 腐蚀 油润滑额外的冷却轴承的特性 若有需要 成本较高 使用脂润滑的轴承占到轴承总量的80 润滑不当占轴承提前失效原因的36 润滑不当包括以下三种类型 填充量错误 过多 过少 润滑脂的选型错误 性能质量达不到要求 不能适应实际的应用需要污染 杂质混入润滑脂中 操作不当 例如工作环境脏污 45 轴承的初次润滑量 对于开式轴承 100 填充 对于轴承座 当在轴承的两侧位置填充时 约填空间的40 当在轴承的外圈位置填充时 约填空间的20 二次润滑所需的填充量的计算 当在轴承的两侧位置填充时Gp 0 005DB当通过轴承的内圈或外圈位置填充时Gp 0 002DB ndm值 轴承速度 n dm n rpm x0 5 d D n rpmdm 0 5x d D d 内径D 外径22222E 22x5 d 110D 200rpm 500ndm 500 x0 5x 110 200 77 500 46 温度对油脂寿命的影响 我们型录中的补充润滑建议是基于温度为70 C在55 C润滑间隔可以加倍在85 C润滑间隔减半 润滑间隔 外圈轴承温度 47 最低应该在外圈以上2 3mm 最高应在最下端滚动体中部 该水平面应在静止时测量 油浴润滑时油平面高度 油浴润滑强制循环油润滑油雾润滑系统 48 5 轴承的生命周期 状态监测基本仪表和仪器 温度 热像 转速 声音 检漏 油质 电子听诊器听诊器探针有良好传音性能数字信号处理技术提高了声音质量耳机有效地屏蔽了环境噪音 听诊器使用时只听来自机器的声音 听诊器不用时 耳机还有替代耳塞 甚至大大好于耳塞的作用 在强噪音环境下保护现场工人的耳朵 听力配备LED指示 可以分别显示音量值和电池的剩余电量 还可以调节音量随仪器提供的光盘 记录了典型的轴承失效声音模式 可供使用者快速入门掌握本仪器的应用 频闪仪TMRS1测量原理 频闪仪发光的闪烁频率可调节 当频闪仪的闪烁频率与机器转速相同时 从机器旋转部件 如转轴 上反射回来的光的强度不变 人眼感觉转轴 静止 不动 此时频闪仪上显示的频率即为机器转速 对运动设备进行如 静止 时的可视化检查旋转速度或运动速度测量在不停机的情况下进行 静止 检查 旋转部件的松动 如联轴器上的螺栓 旋转部件上的裂纹检查 风机叶片松动 裂纹 附着物检查 运动周期慢放连续检查 查看平衡性 对中情况 49 轴承拆卸的注意事项 安全 快速 不能损伤轴承座和轴 某些时候还不能损伤轴承 6 轴承的生命周期 拆卸 50 机械方法 拉拔器 拆卸紧配合轴承的传统方法 应用最多 加热方法 适用于短圆柱滚子轴承 液压方法 适用于内孔带锥度的轴承 或非常紧的配合工件 要求预置油孔油槽 常规的轴承拆卸方法 非常规的拆卸方式 敲击轴承 轴承的钢件会粉碎 碎屑可能造成严重的伤害 气割或打磨轴承 建议不要对轴承进行气割 润滑脂可能起火或爆炸 极易损伤轴和轴承座 气割轴承时 对氟化橡胶的密封件特别危险 燃烧密封件产生的气体可能导致肺部损伤 熔化的密封件可导致皮肤烧伤 拉拔轴承外圈 拆卸后的轴承 不能继续使用 拉拔轴承内圈 拆卸后的轴承理论上还能继续使用 51 轴承常见问题分析1 剥离烧伤2 裂纹缺陷3 保持架破损4 擦伤卡伤5 生锈腐蚀6 磨蚀7 电蚀8 压痕碰伤9 蠕变 总结 轴承常见问题分析 52 轴承常见问题分析1 剥离烧伤2 裂纹缺陷3 保持架破损4 擦伤卡伤5 生锈腐蚀