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前言
滾動軸承在使用過程中按照軸承外圈工作條件的不同可以分為:外圈相對于載荷方向靜止和外圈相對于載荷方向旋轉(zhuǎn)。對于后者,軸承內(nèi)圈相對于載荷方向靜止,轉(zhuǎn)動載荷作用在軸承外圈。環(huán)模制粒機轉(zhuǎn)子的軸承為該轉(zhuǎn)動形式,如圖1所示為環(huán)模制粒機的轉(zhuǎn)子組件示意圖,1轉(zhuǎn)子、2主軸、3軸承,其中,主軸靜止,轉(zhuǎn)子在動力作用下旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動載荷作用在軸承外圈。對于該傳動形式的軸承通常其外圈與外殼采用緊配合即過盈配合。
環(huán)模制粒機在使用過程中其轉(zhuǎn)子軸承出現(xiàn)的溫升過高、噪音、軸承磨損嚴重及壽命短等現(xiàn)象,滾動軸承內(nèi)、外圈的配合和徑向工作游隙對此有很大的影響。以下對滾動軸承內(nèi)、外圈的配合和徑向工作游隙進行分析。
配合
1、軸承外圈與外殼孔的配合
軸承外圈與外殼孔的配合為過盈配合,但選用較小過盈量安裝時,外圈受載荷旋轉(zhuǎn)時,軸承滾動體與滾道產(chǎn)生磨擦,軸承和外殼都要受熱膨脹,但由于膨脹系數(shù)和散熱速度的不同,當外殼膨脹程度大于軸承外圈時,過盈量會減小,軸承外圈和外殼孔間會產(chǎn)生沿圓周方向有害的相對滑動,這種現(xiàn)象稱為蠕變現(xiàn)象,一旦發(fā)生蠕變,在配合面上就會發(fā)生明顯的磨損和軸承外圈或外殼損傷。因此,軸承外圈與外殼孔的配合必須滿足較小過盈量Ymin。
另外,過盈量也不宜過大,軸承在工作負載的作用下,而引起軸承徑向游隙減小,游隙減小會引起軸承發(fā)熱,溫度升高,同時,過盈量偏大也會給軸承的安裝和拆卸帶來困難,因此,根據(jù)所受載荷情況選擇適當?shù)倪^盈量。
2、軸承內(nèi)圈與軸的配合
通常軸承內(nèi)圈與軸配合為間隙配合,配合間隙的大小取決于軸承所受載荷、軸承外圈與殼孔的配合以及軸承游隙的選擇。同時,內(nèi)圈與軸的配合也會影響軸承徑向工作游隙。
徑向工作游隙
游隙是滾動軸承配合的一個重要的參數(shù),它直接影響軸承的載荷分布、振動、噪聲、磨損、溫升、使用壽命和機械運轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。軸承基本額定動負荷是隨著游隙大小而變化的。工作游隙過大,受力的滾動體個數(shù)減少,軸承承載能力會降低,滾動接觸面應(yīng)力增大,軸承的運轉(zhuǎn)精度下降,振動和噪聲增大,軸承使用壽命縮短;工作游隙過小,會引起軸承發(fā)熱,溫度升高,甚至使軸承在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生咬死現(xiàn)象。
滾動軸承徑向工作游隙的影響因素:
軸承外圈與外殼孔為過盈裝配,因此,在配合面處產(chǎn)生裝配應(yīng)力,外圈發(fā)生彈性變形外圈內(nèi)滾道向內(nèi)收縮,從而引起徑向游隙減;
工作負載作用下,轉(zhuǎn)動載荷作用在軸承外圈,徑向力使外圈產(chǎn)生彈性接觸變形而收縮,從而引起徑向工作游隙減小;
軸承工作時因溫度升高對徑向工作游隙的影響,溫度升高使得軸承內(nèi)圈發(fā)生膨脹,使得徑向工作游隙減;軸承外圈和外殼都要受熱膨脹,但由于材質(zhì)的不同使得膨脹系數(shù)不同,以及散熱速度影響二者膨脹程度,外圈膨脹小與外殼,徑向工作游隙減小,反之,徑向工作游隙增大;
軸承在運行時,潤滑脂會在滾動體與內(nèi)、外圈形成彈性流體動壓油膜承擔負載,油膜厚度的存在會使徑向游隙減小,動壓油膜厚度跟潤滑脂的粘度有關(guān)。
實例應(yīng)用
某型號環(huán)模制粒機,主軸軸徑d,外殼內(nèi)孔徑D,軸承為SKF球面滾子軸承,軸承標準游隙95~145μm,主軸軸徑d的上偏差0,下偏差-25μm,外殼內(nèi)孔徑D的上偏差-14μm,下偏差-60μm。軸承外圈與外殼內(nèi)孔為過盈配合,軸承內(nèi)圈與軸的配合為過渡配合,設(shè)備在使用過程中,會出現(xiàn)軸承溫升過高,軸承使用壽命短等現(xiàn)象。對轉(zhuǎn)子主軸軸徑d的公差帶作了修正,改為間隙配合,情況得到改善,軸承溫升在正常范圍,軸承運轉(zhuǎn)正常。
原因分析,由于初始軸承外圈與外殼孔為過盈配合,內(nèi)圈與軸為過渡配合,軸承在工作負載作用下,徑向力使外圈產(chǎn)生彈性接觸變形而收縮,從而引起徑向工作游隙減;內(nèi)圈在徑向力作用下產(chǎn)生收縮變形,徑向工作游隙增大,但由于較初為過度配合,變形很小,徑向工作游隙增加量很小,此時徑向工作游隙小于軸承正常運轉(zhuǎn)所需的較小游隙,因此,出現(xiàn)軸承溫升過高現(xiàn)象。增大軸承內(nèi)圈與軸徑配合間隙后,內(nèi)圈在徑向力作用下產(chǎn)生收縮變形,徑向工作游隙增大,此時徑向工作游隙滿足軸承正常運轉(zhuǎn)所需的較小游隙,當軸承經(jīng)過一段時間的運行磨合,使軸承內(nèi)、外圈軸的溫度相對穩(wěn)定,徑向工作游隙也隨之穩(wěn)定,較終軸承達到穩(wěn)定運行。因此,選取合適的軸承內(nèi)圈與軸徑配合間隙大小對環(huán)模制粒機轉(zhuǎn)子軸承的正常運是十分必要的。
結(jié)論
滾動軸承內(nèi)、外圈的配合選取和徑向工作游隙大小對環(huán)模制粒機轉(zhuǎn)子軸承的正常運行起很重要作用,以上影響因素間存在相互影響,因此在做類似結(jié)構(gòu)設(shè)計時,根據(jù)軸承的承載情況,確定合適的軸承徑向游隙大小,要綜合考慮軸承內(nèi)、外圈在過盈配合安裝以及徑向力作用下的彈性變形,溫升引起的軸承內(nèi)、外圈及外殼的膨脹,動壓油膜厚度等因素對軸承徑向游隙的影響,選取合適的軸承外圈與殼孔的配合、軸承內(nèi)圈與軸的配合。
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