滾動(dòng)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(duì)于載荷方向靜止和外圈相對(duì)于載荷方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于后者,軸承內(nèi)圈相對(duì)于載荷方向靜止,轉(zhuǎn)動(dòng)載荷作用在軸承外圈,環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子的軸承為該轉(zhuǎn)動(dòng)形式。圖1所示為環(huán)模制粒機(jī)的轉(zhuǎn)子組件,其中,主軸靜止,轉(zhuǎn)子在動(dòng)力作用下旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)載荷作用在軸承外圈。對(duì)于該傳動(dòng)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(jī)在使用過程中其轉(zhuǎn)子軸承會(huì)出現(xiàn)溫升過高、軸承磨損嚴(yán)重和壽命短等現(xiàn)象。
滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的配合和徑向工作游隙對(duì)軸承壽命、溫升、噪音等有很大的影響。以下對(duì)滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的配合和徑向工作游隙進(jìn)行分析。
1 配合
1.1 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(shí),外圈受載荷旋轉(zhuǎn)時(shí),軸承滾動(dòng)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(dāng)外殼膨脹程度大于軸承外圈時(shí),過盈量會(huì)減小,軸承外圈和外殼孔間會(huì)產(chǎn)生沿圓周方向有害的相對(duì)滑動(dòng),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(huì)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最小過盈量Ymin。
另外,過盈量也不宜過大,軸承在工作負(fù)載的作用下,會(huì)引起軸承徑向游隙減小,游隙減小會(huì)引起軸承發(fā)熱,溫度升高,同時(shí),過盈量偏大也會(huì)給軸承的安裝和拆卸帶來困難,因此,應(yīng)該根據(jù)所受載荷情況選擇適當(dāng)?shù)倪^盈量。
1.2 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(shí),內(nèi)圈與軸的配合也會(huì)影響軸承徑向工作游隙。
2 徑向工作游隙
游隙是滾動(dòng)軸承配合的一個(gè)重要的參數(shù),它直接影響軸承的載荷分布、振動(dòng)、噪聲、磨損、溫升、使用壽命和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。軸承基本額定動(dòng)負(fù)荷是隨著游隙大小而變化的。工作游隙過大,受力的滾動(dòng)體個(gè)數(shù)減少,軸承承載能力會(huì)降低,滾動(dòng)接觸面應(yīng)力增大,軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度下降,振動(dòng)和噪聲增大,軸承使用壽命縮短;工作游隙過小,會(huì)引起軸承發(fā)熱,溫度升高,甚至使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生咬死現(xiàn)象。
滾動(dòng)軸承徑向工作游隙的影響因素:
① 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小;
?、?工作負(fù)載作用下,轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)因溫度升高對(duì)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小;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,外圈膨脹小于外殼,徑向工作游隙減小,反之,徑向工作游隙增大;
④ 軸承在運(yùn)行時(shí),潤滑脂會(huì)在滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈形成彈性流體動(dòng)壓油膜承擔(dān)負(fù)載,油膜厚度的存在會(huì)使徑向游隙減小,動(dòng)壓油膜厚度跟潤滑脂的粘度有關(guān)。
3 實(shí)例應(yīng)用
某型號(hào)環(huán)模制粒機(jī),主軸軸頸d,外殼內(nèi)孔徑D,軸承為SKF球面滾子軸承,軸承標(biāo)準(zhǔn)游隙95~145 μm,主軸軸頸d的上偏差0,下偏差-25 μm,外殼內(nèi)孔徑D的上偏差-14 μm,下偏差-60 μm。軸承外圈與外殼內(nèi)孔為過盈配合,軸承內(nèi)圈與軸的配合為過度配合,設(shè)備在使用過程中,會(huì)出現(xiàn)軸承溫升過高、軸承使用壽命短等現(xiàn)象。對(duì)轉(zhuǎn)子主軸軸頸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(yùn)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)圈與軸為過度配合,軸承在工作負(fù)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小;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,但由于最初為過度配合,變形很小,徑向工作游隙增加量很小,此時(shí)徑向工作游隙小于軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的最小游隙,因此,出現(xiàn)軸承溫升過高現(xiàn)象。增大軸承內(nèi)圈與軸頸配合間隙后,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(shí)徑向工作游隙滿足軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的最小游隙,當(dāng)軸承經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行磨合,使軸承內(nèi)、外圈軸的溫度相對(duì)穩(wěn)定,徑向工作游隙也隨之穩(wěn)定,最終軸承達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。因此,選取合適的軸承內(nèi)圈與軸頸配合間隙大小對(duì)環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的正常運(yùn)行是十分必要的。
4 小結(jié)
滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的配合選取和徑向工作游隙大小對(duì)環(huán)模制粒機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的正常運(yùn)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(jì)時(shí),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(dòng)壓油膜厚度等因素對(duì)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。