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            news center新聞中心

            關于軸承預緊模式和軸承剛度問題

            2022-02-18 15:30:06
              軸承是機械旋轉的重要組成部分,其剛度和工作溫度將直接影響機械運行中的軸承效率。為了提供軸承的旋轉精度,增加軸承裝置的剛度,降低機器工作時軸的振動,通常使用預加載滾動軸承,如機床主軸軸承。
            軸承剛度是產生單位變形所需的力。
              滾動軸承的彈性變形很小,這在大多數機器中是不能考慮的。然而,在一些機器中,如機床主軸,軸承剛度是一個重要因素,在這種情況下,一般應選擇圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承。由于這兩種軸承在載荷作用下與滾道成直線接觸,因此彈性變形小,剛度好。各種軸承也可以預加載,以增加支撐剛度。如角接觸球軸承和圓錐滾子軸承,為了防止軸振動和增加支承剛度,在安裝過程中經常預先施加一定的軸向力,使它們相互壓縮。當然,預緊力不宜過大,這樣會導致軸承摩擦增大,溫度升高,影響軸承的使用壽命。
              所謂“預緊”是指在安裝過程中以某種方式在軸承中產生并保持軸向力,以消除軸承中的軸向間隙,并在滾動體與內外環接觸處產生變形。
              由于預緊力的作用,滾動體與內外環的接觸面積會產生彈性變形,接觸面積會增加,參與承載力的滾動體數量會增加。滾動元件可能在超過180度的范圍內參與受力,有時甚至所有滾動元件可能在360度的范圍內受到應力。這當然比幾個滾動元件好,而且可以承受更多的負載。從以上討論可以看出,當預加載軸承在相同載荷下時,其接觸變形肯定小于未預加載軸承,因此可以提高軸承的支承剛度,同時可以補償軸承在使用中的一定磨損。
              預緊軸承在工作載荷作用下,內外環的徑向和軸向相對位移比未預緊軸承大為減小。對于帶有定位預緊力的圓錐滾子軸承,預緊力由于擋邊和滾子端面的磨合而減小,因此磨合一段時間后軸承溫度相應下降。預緊力越大,壓路機和加強筋磨合引起的溫降越大。在恒壓預加載下,即使發生磨合,軸承間隙(預加載)和軸向負載的實際水平也不會改變,因此軸承溫度保持不變。
            滾動軸承的預緊方法:
              1.定位預緊:組合軸承或預置內外環墊片的間距保持不變,使軸承能適當預緊。
            由于軸承工作狀態和外部環境的影響,軸承座尺寸和軸承零件也會相應變化,從而影響軸承的預緊狀態。預加載有利于提高軸承的剛度,但應注意預加載對軸承性能的影響。
              2.恒壓預壓:是利用螺旋彈簧、蝶形彈簧等彈性元件,使軸承在支承中得到適當的預壓。恒壓預緊時,軸承在正常工況下的運動不會影響預緊力,但軸承的剛度等級較低,因此適用于高速旋轉場合,但不適用于要求高剛度的軸承應用,可能發生軸承方向改變或不確定的沖擊載荷。
              1.預載的影響
              隨著預緊力的增加,軸承的徑向、軸向和角向剛度略有增加,但影響很小。與定位預壓相比,這對恒壓預壓的影響更為顯著。原因是預緊力的增加使內外環接觸角增大,同時也使接觸載荷增大,從而使徑向、軸向和角剛度增大。然而,預緊力引起的接觸載荷和接觸角的變化小于轉速和零件位移引起的接觸載荷和接觸角的變化,因此對軸承剛度的影響是有限的。這也是定位預載變化小于恒壓預載變化的原因。
              2.滾道曲率半徑的影響
              隨著內外滾道曲率半徑的增大,徑向、軸向和角向剛度均減小,但這種影響很小,只是在定位預載作用下剛度的變化稍明顯,這是由于滾道曲率半徑的增大和接觸變形的增大所致。因此,曲率半徑對剛度的影響可以忽略。
              3.球數的影響
              在定位預加載條件下,隨著鋼球數量的增加,徑向、軸向和角向剛度略有增加。但在相同的預載荷下,接觸載荷隨著球數的增加而減小。
              在恒壓預壓條件下,隨著鋼球數量的增加,徑向剛度略有增加。當轉速增加到一定值時,軸向剛度和角剛度減小,但變化很小。這是因為在恒壓預壓條件下,雖然內圈的接觸載荷減小,但內圈的接觸角隨著鋼球數的增加而減小。這導致徑向剛度增加,而軸向剛度和角剛度降低。
              因此,當鋼球數量增加時,預載應相應增加。只有當接觸載荷相同時,才能通過增加滾珠的數量來增加軸承的剛度。
              4.球徑的影響
              在定位預加載條件下,隨著鋼球直徑的增大,徑向、軸向和角向剛度略有增加。鋼球直徑的增大使鋼球的離心力增大,外圈的接觸角減小,內圈的接觸角增大,但同時內外環的接觸載荷增大。這導致軸承剛度增加。定位預壓下,離心力變化對接觸載荷的影響較小,因此球徑變化對剛度的影響很小。
              在恒壓預壓條件下,隨著鋼球直徑的增大,徑向剛度增大,軸向剛度和角向剛度減小,但影響不大。這是因為鋼球直徑的增大增大了鋼球的離心力,內外環的接觸角減小,外圈的接觸載荷增大,而內圈的接觸載荷基本相同,所以徑向剛度增大,而軸向剛度和角剛度略有減小。
              因此,減小鋼球直徑不僅可以提高速度性能,而且不會降低剛度性能。實踐證明,減小小球直徑是主軸軸承的發展方向之一。
              5.初始接觸角的影響
              在定位預壓條件下,隨著初始接觸角的增大,徑向剛度顯著減小,軸向剛度和角剛度顯著增大。這是由于初始接觸角的增大,在相同的預載荷下,接觸剛度的徑向分量減小,軸向分量增大,接觸載荷減小。
              在恒壓預壓條件下,隨著初始接觸角的增大,徑向剛度顯著減??;低速時,軸向剛度和角剛度增加,而高速時,沒有變化。這是因為在恒壓預壓下,內圈和外圈允許軸向位移,為了保持力平衡,外圈接觸角幾乎接近0,初始接觸角對外圈接觸角沒有影響。同樣,隨著初始接觸角的增大,在相同的預載荷下,接觸載荷減小。
              因此,在定位預加載下增加初始接觸角可以提高軸向剛度和角剛度,而在恒壓預加載下增加初始接觸角可以降低徑向剛度。
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