滚动轴承的径向游隙及其选择.docx

滚动轴承的径向游隙及其选择赵秀文李明王晖( 吉林工学院机械工程系, 长春 130012)摘要从理论上分析了滚动轴承径向游隙的重要影响因素。 为提高轴承的使用寿命, 降低噪声以及减少振动, 应将其径向游隙控制在最佳范围。 关键词滚动轴承 径向位移 磨损 分类号T H 133133合的结果 ( a )。112转速、载荷和温度对轴承径向工作游隙影响11211转速的影响一般情况下, 轴承内圈旋转, 外圈固定。 当转 速很高时, 在离心力作用下, 内圈还会进一步扩 张, 按照弹性理论中带旋转圆盘径向位移的已知解可求出内圈扩张量 V 的近似值, 即滚动轴承的径向工作游隙对轴承的寿命、温升、振动和噪声有很大的影响, 而影响轴承径向工 作游隙的因素也很多, 这些因素如何影响以及应 将径向游隙控制在怎样一个范围, 下面谈谈这两 方面的问题。1滚动轴承径向工作游隙主要影响因素111 滚动轴承的径向游隙滚动轴承的径向游隙是指一个套圈相对于另 一套圈在直径方向由一极端位置移至另一极端位 置的移动量。轴承的径向游隙分为原始游隙、配合游隙和工作游隙三种。11111原始游隙 轴承未安装到部件的轴上和座孔时在自由状态下的游隙, 也就是轴承的制造游隙。目前我国常 用的轴承径向游隙, 国家标准规定分为 6 个组别,即 1 组、2 组、0 组、3 组、4 组和 5 组, 径向游隙依 次由小到大。其中 0 组游隙是常用的游隙组别, 在 轴承代号中不标注, 其余的游隙组别在轴承代号中分别用C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 表示。 我们把原 始游隙用 0 表示。11112 配合游隙轴承安装到部件的轴上和座孔以后的游隙。 装配后, 当轴承内圈与轴颈或外圈与座孔配合有 过盈时, 使轴承内圈滚道直径加大, 外圈滚道直径缩小, 得到配合游隙 a , 其小于原始游隙 0。11113 工作游隙轴承在工作时的游隙, 即轴承在一定的转速、 载荷和温度状态下的游隙, 也就是轴承的有效游隙 , 可以看出, 有效游隙 是上述各种因素综11004 10- 11 2 ( r2 +r2V =2 )r2 +111703 10- 11 2 r221 r2 -61053 10- 12 2 r2(1)2式中: 为内圈旋转角速度, = 2n 60 (n 为内 圈每分钟转速) ;r1 为轴承内径之半; r2 为轴承内滚道直径之半。11212载荷的影响滚动轴承在径向载荷 F r 作用下, 由于滚动体 所处位置不同, 受力不同, 在不同角位置方向套圈和滚动体之间将产生不同的弹性接触变形, 从而引起内外圈在载荷 F r 方向发生相应位移, 导致局 部角位置方向的游隙增加。对于深沟球轴承、角接触球轴承、径向游隙增加量 (m )。P 201000 44 0F =co sD a5F r(2)其中P 0 =iZ co s式中: i 为滚动体列数; Z 为每列滚动体数; 为接触角 () , 深沟球轴承 =0;D a 为滚动体直径 (mm ) ; P 0 为受载最大的滚动体受的载荷 (N )。11213温度的影响 工作温度对轴承径向工作游隙的影响表现在两个方面: 一是温度影响轴承内外套圈配合的实收稿日期: 1998210209第一作者 女 1945 年生 副教授13第 1 期赵秀文等: 滚动轴承的径向游隙及其选择m ax际有效过盈量的变化, 由此间接地影响轴承径向工作游隙; 二是温度直接影响轴承径向工作游隙 的变化, 由于外圈、内圈和滚动体温度的差异, 从 而热膨胀不一样, 引起径向工作游隙的变化。在工作状态下, 内圈温度 ti 总是高于外圈工作温度 te。 利用基本游隙公式及热膨胀原理, 并经实验和数理分析可得工作温度对游隙的减少量 t:t = 1 000a j ( ti -te ) (019d + 011D ) 2 (3)式 中: a j 为 热 膨 胀 系 数; d 为 轴 承 内 直 径1(7)T=2m ax +2得出i1(1 - co s)(8)m ax =1 -i2T根据赫兹公式, 滚动体与内外圈滚道之间总的接触弹性变形量K F n =(9)ii式中:i 为每个滚动体的弹性变形; F i 为每(mm ) ; D 为轴承外直径 (mm ) ;ti 为内圈工作温个滚动体的负荷;为受力最大滚动体的负荷;F 0度;te 为外圈工作温度。ti- te 一般可取 5 10 , 在有相对气流冷却球轴承 n = 23, 滚子轴承 n = 019。由此得出:时, 可取为 10 20 。总之, 轴承径向工作游隙的确定是十分复杂 的, 除考虑上述影响因素外, 还有其它影响因素。 如大的轴向载荷、轴承的磨损状况及工作载荷的变化情况等。113径向工作游隙的计算根据上述分析, 轴承有效径向工作游隙可由 下式 (即上述各影响因素的代数和) 确定:1ni1n1F 0 = F 0 1 -(1 -co si)F i =2Tm ax(10)由承载区的边界条件 F i= 0, 得出11 -2T (1 -co si) =0(11)co s0 = 1 - 2T0 为从受载最大滚动体到滚动体承载式中: = 0 - a - V - F - t(4)区起始处的夹角。360(Z 为滚动体总数) , 则只有一个当 0 2211滚动轴承径向工作游隙的选择径向游隙对单列向心轴承径向负荷的影响Z滚动体受载。 这对轴承的寿命影响是很大的。由力的平衡可知:F r = F ico si将 (10) 式代入:1n11 -(1 -co si)co si2TF r = Z F 0=Z(12)Z F 0J r其中J r =1n1 11 -(1 -co si)co si2TZ(13)(14)图 1 滚动轴承径向载荷分布轴承径向游隙 0 时, 如图 1 所示。 F r F 0 =Z J rr = m ax +(5)式中: J r 为负荷分布积分。很明显, 由于轴承中有径向游隙的存在, 轴承 中负荷区将减小, 而滚动体中受载最大负荷将增 加。 图 2 为径向游隙与负荷范围的关系曲线。 从图中可以看出, 随着 的 增 大, 负 荷 范 围 角 20随之减小。 图 3 表示径向游隙和滚动体最大负荷 之间的关系曲线, 从图中看出, 当 增大时, 滚动体最大负荷 F 0 按线性关系增大。2式中: m ax 为内圈滚道上最大变形量。i = 1 co si -=m ax +co si -222(6) 式中: i 为各滚动体中心与轴承中心连线和 最大负荷滚动体中心与轴承中心连线之间夹角。引入负荷分布参数 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 14吉林工学 院 学 报第 20 卷大的负游隙使寿命迅速降低。实验和经验证明, 轴承的径向工作游隙下限为零, 上限为一个尽可能 小的正值, 是游隙的最佳选择, 此时, 可延长轴承 的寿命, 并降低噪声。 因此, 正确选择滚动轴承的 配合, 可以提高轴承的寿命、回转精度和灵活性,滚动轴承的公差与配合主要指轴承内孔与轴的配 合以及轴承外径与机座孔的配合。 因滚动轴承是 标准件, 大量生产, 所以规定轴承内孔与轴的配合 为基孔制, 而外圈与机座孔的配合为基轴制。由于轴承内径 d m 的公差带在零线之下, 而圆柱公差标 准中, 基孔制的公差带在零线之上, 所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类 配合要紧得多, 轴承外圈与座孔的配合同圆柱公 差标准中规定的基轴制同类配合相比较配合性质 的类别基本一致。由于轴承外径公差值较小, 因而配合也较紧。滚动轴承在选择配合时, 应考虑以下几方面 的因素: (1) 载荷的大小、方向和性质, 轴承承载 较大时, 应选用过盈量较大的配合。当轴承承受旋 转载荷时, 应采用较紧的配合, 当承受局部载荷时, 一般选用较松的配合。 (2) 工作温度的高低及 温度变化情况。 (3) 对于游动端的轴承, 外圈与机 座孔的配合应采用动配合, 但不能过松。 (4) 对转 速较高, 振动强烈的轴承应选用配合较紧的轴承。( 5) 对于配合精度和旋转精度要求高的滚动轴承 还需对配合表面的椭圆度、锥度提出适当的精度 要求。以上只是一般的选择原则, 总之, 为使轴承正 常工作, 寿命长, 径向游隙的选择与控制是一个很 重要的问题。参考文献图 2 - 20 的关系图 3 - F 0 的关系径向工作游隙的选择212123图 46226 轴承 (F r = 8 670 N )6215 轴承 (F r = 3 430 N )6205 轴承 (F r= 670 N )有效游隙对轴承寿命的影响由以上分析可知, 滚动轴承的游隙对它的各滚动体之间力的分布有很大影响, 因而必然影响 轴承的寿命, 图 4 表示有效游隙对轴承寿命的影响。图中 L 为有不同游隙的轴承寿命, 由图可知,较小的负有效游隙可稍微提高轴承的寿命, 而过吴宗泽主编 1 机械零件 1 北京: 高等教育出版社, 1986濮良贵 1 纪名刚主编 1 机械设计 1 第 5 版 1 北京: 高 等教育出版社, 1996刘晓初 1 滚动轴承径向工作游隙的控制 1 轴承, 1996, (7) : 2 4123The Rad ia l C learan ce an d its Se lec t ion in An t i- f r ic t ion Bear in g sZ h a o X iuw en L i M in g W a n g H u i(D ep t. o f M ech an ica l E ngng. , J ilin In st. o f T ech no l. , C h angch un 130012)A bstra c tT h e im po r tan t fac to r s inf luenc ing th e rad ia l c lea rance o f an t i2f r ic t io n bea r ing s a re ana ly sed th eo re t ica lly.Fo r th e sak e o f inc rea sing th e se rv ice life, dec rea sing th e v ib ra t io n and no ise, it is nece ssa ry to co n t ro l th e