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轴承选择概要及进口轴承选型指导

轴承选择概要

滚动轴承的种类、类型及尺寸是多种多样的。为使机械装置发挥出预期的性能,选择最适宜的轴承是至关重要的。为选定轴承,需要分析诸多要因,从各个角度进行研究、评价有关选择轴承的程序,并无特殊规格,但一般顺序如下:
   (1)掌握机械装置和轴承的使用条件等
   (2)明确对轴承的要求
   (3)选定轴承的类型
   (4)选定轴承配置方式
   (5)选定轴承尺寸
   (6)选定轴承规格
   (7)选定轴承的安装方法

轴承的使用条件与环境条件

正确把握轴承在机械装置的使用部位及使用条件与环境条件是选择适宜轴承的前提。为之,需要取得以下几个方面的数据和资料:
   (1)机械装置的功能与结构
   (2)轴承的使用部位
   (3)轴承负荷(大小、方向)
   (4)旋转速度
   (5)振动、冲击
   (6)轴承温度(周围温度、温升)
   (7)周围气氛(腐蚀性,清洁性,润滑性)

轴承配置方式的选择

  通常,轴是以两个轴承在径向和轴向进行支撑的,此时,将一侧的轴承称为固定侧轴承,它承受径向和轴向两种负荷,起固定轴与轴承箱之间的相对轴向位移的作用。将另一侧称之为自由侧,仅承受径向负荷,轴向可以相对移动,以此解决因温度变化而产生的轴的伸缩部题和安装轴承的间隔误差。
   对于固定侧轴承,需选择可用滚动面在轴向移动(如圆柱滚子轴承)或以装配面移动(如向心球轴承)的轴承。在比较短的轴上,固定侧与自由侧无甚别的情况下,使用只单向固定轴向移动的轴承(如向心推力球轴承)

分析项目
选择方法
1)轴承的安装空间 轴承游隙 能容纳于轴承安装空间内的轴承型 由于设计轴系时注重轴的刚性和强度,因此一般先确定轴径,即轴承内径。 但滚动轴承有多种尺寸系列和类型,应从中选择最为合适的轴承类型。
2)负荷 轴承负荷的大小、方向和性质[轴承的负荷能力用基本额定负荷表示,其数值载于轴承尺寸表] 轴承负荷富于变化,如负荷的大小、是否只有径向负荷、轴向负荷是单向还是双向、振动或冲击的程度等等。在考虑了这些因素后,再来选择最为合适的轴承类型。一般来说,相同内径的轴承的径向负荷能力按下列顺序递增:深沟球轴承<角接触球轴承<圆柱滚子轴承<圆锥滚子轴承<调心滚子轴承
3)转速 能适应机械转速的轴承类型[轴承转速的界限值基准用极限转速表示,其数值载于轴承尺寸表] 轴承的极限转速不仅取于轴承类型还限于轴承尺寸、保持架型式、精度等级、负荷条件和润滑方式等,因此,选择时必须考虑这些因素。下列轴承大多用于高速旋转:
深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承
4)旋转精度 具有所需旋转精度的轴承类型[轴承的尺寸精度和旋转精度已由GB按轴承类型标准化了] 机床主轴、燃汽轮机和控制机器分别要求高旋转精度、高转速和低摩擦,这时应该使用5级精度以上的轴承。一般使用下列轴承:
深沟球轴承、接触球轴承、圆柱滚子轴承
5)刚性 能满足机械轴系所需刚性的轴承类型[轴承承受负荷时,滚动体与滚道的接触部分会产生弹性变形。“高刚性”是指这种弹性变形的变形量较小] 在机床主轴和汽车末级减速装置等部位,在提高轴的刚性的同时,还必须提高轴承的刚性。 滚子轴承承受负荷生的变形比球轴承小。对轴承施加预紧(负游隙)可以提高刚性。该方法适用于角接触球轴承和圆锥滚子轴承。
6)不对中 传动轴和轴承座之间的角位移可在以下情况产生,例如:传动轴在运行负荷下弯曲(屈曲),轴承座内的轴承支座所加工的高度各不相同,或者支承传动轴的轴承各有轴承座且相隔太远。 刚性轴承,即深沟球轴承和圆柱滚子轴承,不能容许任何不对中,或仅能容许非常微小的不对中,除非强加外力。但是,自调心轴承,即自调心球轴承、球面滚子轴承、圆环滚子轴承和球面滚子推力轴承 ,则能容许因运行负荷造成的不对中,也能够补偿因加工和安装错误产生的初始不对中误差。
7)内圈与外圈的相对倾斜 分析使轴承内圈与外圈产生相对倾斜的因素(如负荷引起的轴的挠曲、轴及外壳的精度不良或安装误差),并选择能适应这种使用条件的轴承类型。 如果内圈与外圈的相对倾斜过大,轴承会因产生内部负荷造成损伤。因此应选择可以承受这种倾斜的轴承类型。一般来说,允许倾斜角(或调心角)按下列顺序递增:
圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承(角接触球轴承)、调心滚子轴承
8)安装与拆卸 定期检查等的装拆频度及装拆方法 装拆频繁时,使用内圈与外圈可分离的圆柱滚子轴承,滚针轴承及圆锥滚子轴承较为方便。圆锥孔调心球轴承及圆锥孔调心滚子轴承通过使用紧固件或退卸套可便于装拆。
安静运行噪音控制 带密封件等

轴承尺寸的选择

用于某种场合的轴承尺寸,可依据其相对于承受负荷的额定负荷以及使用寿命与可靠性等要求进行初选。基本额定动载荷值C和基本静负荷额定值C0,见产品表。

轴承结构的选择

机械的类型不一样,轴承的使用条件会有差别,对其性能要求也不尽相同,但一般来说,一根轴上使用的轴承不少于两个。 而且,为了便于轴向定位,使用时大多将一个轴承用作固定端轴承,其余则用作自由端轴承。下表列出了固定端与自由端轴承结构的选择。

内   容 
适用的轴承型式
固定端轴承
  • 用于使轴承轴向定位及固定 选用可同时承受径向与轴向负荷的轴承
  • 为承受双向轴向负荷,安装时还需要根据轴向负荷的大小考虑相应的强度。
深沟球轴承 组合角接触球轴承
双列角接触球轴承 调心球轴承 
带挡边圆柱滚子轴承(NUP型、NH型)
双列滚子轴承 调心滚子轴承
自由端轴承
  • 用于避让因运转时的温度变化引起的轴的伸缩,以及用于调轴承的轴向位置。 宜选用只承受径向负荷且内圈与外圈可分离的轴承。
  • 使用非分离轴承时,外圈与外壳之间一般采用间隙配合,以便轴伸缩时连同轴承一起做轴向避让。
  • 分离型
    圆柱滚子轴承
      (NUP型、NH型)
  • 非分离型
    深沟球轴承 组合角接触球轴承 (背面组合)
    双列角接触球轴承
    调心球轴承 
    双列圆锥滚子轴承(3700)型
    调心滚子轴承
不分固定端与自由端时
  • 在轴承间距小、轴伸缩的影响不大时,将可承受轴向负荷的两个角接触球轴承或圆锥滚子轴承等正面或背面配置使用。
  • 用螺母或垫片调安装后的轴向游隙。
深沟球轴承  角接触球轴承
调心球轴承  圆柱滚子轴承
       (NJ型、NF型)
圆锥滚子轴承 调心滚子轴承
用于立轴时
  • 固定端选用可同时承受径向负荷与轴向负荷的轴承。轴向负荷的轴承轴向负荷较大时,将推力轴承与向心轴承并用。
  • 同样自由端选用只可承受径向负荷的轴承,以避让轴的伸缩。
  • 固定端
    组合角接触球轴承(背面组合)
    双列圆锥滚子轴承(37000型)
    推力轴承与向心轴承并用

轴承的极限转速&参考转速(额定转速

轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的温升的限制,当转速超过某一界限后,轴承会因烧伤等而不能继续旋转。轴承的极限转速是指不产生导致烧伤的摩擦发热并可连续旋转的界限值。因此,轴承的极限转速取决于轴承的类型、尺寸和精度以及润滑方式、润滑剂的质和量、保持架的材料和型式、负荷条件等各种因素。各类轴承采用脂润滑及油润滑(油浴润滑)时的极限转速分别载于各轴承尺寸表,其数值表示标准设计的轴承在一般负荷条件(C/P>=13,Fa/Fr<=0.25左右)下旋转时转速的界限值。另外,润滑剂根据其种类和牌号的不同,也可能虽优于其他性能但不适用于高速旋转。

极限转速的修正

  负荷条件C/P<13(即当量动负荷P超过基本额定动负荷C的8%左右),或承受的合成负荷中的轴向负荷超过径向负荷的25%时,要用下式对极限转速进行修正。
      
             na=f1*f2*n
   na:修正后的极限转速,rpm
   f1:与负荷条件有关的修正系数
   f2:与合成负荷有关的修正系数
   n :一般负荷条件下的极限转速,rpm(参照轴承尺寸表)
   C :基本额定动负荷,N{kgf}
   P :当量动负荷,N{kgf}
   Fr:径向负荷,N{kgf}
   Fa:轴向负荷,N{kgf}

带密封圈球轴承的极限转速

  带接触式密封圈(RS型)球轴承的极限转速受到密封圈接触面线速度的限制,允许线速度取决于密封圈的橡胶材质。


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