滚动轴承的选择和应用
第27卷第12期
2006年 12月
煤 矿 机 械 Vol127No112Dec12006
文章编号:1003-0794(2006)12-0173-04
滚动轴承的选择和应用
眭小利
(常州轻工职业技术学院,江苏常州213164)
摘要:介绍了滚动轴承寿命的计算和主要影响因素,分析了滚动轴承的游隙及其选择、润滑及维护和高速适应性等因素,同时也介绍了常见的失效分析及诊断。
关键词:滚动轴承;寿命;径向游隙;润滑及维护;高速适应性;失效分析及诊断
中图号:TH13313
文献标志码:B
ChoiceandApplicationofRollingBearing
SUIXiao-li
(ChangzhouInstituteofLightIndustryTechnology,Changzhou213164,China)
Abstract:Introducestherollingbearinglifetimecalculationandthemajoreffectfactor,analysestheclearanceandchoiceofrollingbearing,thefactorsoflubricationandmaintenance,atthesametimealsointroducesthecommonexpirationanalysisanddiagnosis.
Keywords:rollingbearing;lifetime;clearance;lubricationandmaintenance;high-speedadaptability;expira-tionanalysisanddiagnosis
0 前言
滚动轴承是各类机械传动系统中最重要的部件之一,也是较易损坏的部件。实践表明,大量机械设备中传动系统的失效在很大比例上是由于滚动轴承首先疲劳损坏而引起的,所以,正确选择和应用滚动轴承是确保机械传动系统正常工作的关键。1 滚动轴承寿命的计算和影响因素分析
计算滚动轴承寿命的传统方法是建立在瑞典科学家伦德贝格(GLundberg)和帕姆格伦(APalmgren)的滚动接触疲劳理论基础上的。动载荷下滚动轴承寿命的标准计算方法以材料疲劳失效(出现点蚀)为轴承失效依据。滚动轴承的基本额定寿命
E6
L10=(CPP)@10或 L10h=10L10P(60n)式中
C)))轴承的基本额定动载荷,N;
P)))轴承的当量动载荷(由轴承结构和载
荷特性决定),N;E)))寿命指数(球轴承为3,滚子轴承为10P3);n)))转速,rPmin。
基本额定寿命L10(或L10h)考虑的工作条件只有载荷因素的影响,作为选择与评定轴承寿命的一
般准则通常是可行的,但是在实际的应用中,轴承的工作寿命还受其他因素的影响(例如润滑油膜厚度、润滑油的清洁度和轴承类型等),与计算寿命会有很大出入,因此提出了以L10(或L10h)为基础的修正基本额定寿命
6
Lna=a1a2a3L10@10
成份熔炼方法制造工艺
6
或 Lhna=a1a2a3L10h式中
(2)
a1)))可靠性系数;
a2)))材料系数,包括材料、设计和制造等影响因素;
a3)))工作条件系数,包括润滑剂、润滑剂清
洁度和装配条件等影响因素。
(1)
系数a1的值可由文献[1]中相应的表中查出;
系数a2考虑材料特性和热处理,没有恒定的值,对纯洁度特别高的钢制轴承,可取a2\1,在大量的研究工作基础上,美国STLE给出了a2一些可供参考的推荐值(见表1);系数a3考虑轴承工作条件,尤其是在工作转速和工作温度下的润滑条件,也没有恒定值,推荐值小于1,只有润滑条件极好时,可取a3\1。需要说明的是,a2和a3是相互关联的,不能通过简单提高某一系数的方法来弥补另一系数的不足,一个合理的解释是,只有工作条件适合时,轴承特性的优点才能充分发挥。在一般工作条件下和90%可靠性时,式(1)与式(2)计算出的轴承寿命相同。
表1 STLE推荐的材料系数a2
Tab.1 Materialfactora2ofSTLErecommendation
材料参数
ANSI52100M-50M-50NiL
大气熔炼
真空脱气(CVD)真空弧重熔(VAR)
真空感应熔炼真空弧重熔(VIM-VAR)向心球轴承沟道角接触球轴承沟道
锻造成形角接触球轴承沟道圆柱滚子轴承沟道
a232411.5361.211.21
#
2 滚动轴承游隙的合理选择
滚动轴承的游隙分为径向游隙ur和轴向游隙ua,它们分别表示一个套圈固定时,另一套圈沿径向和轴向由一个极限位置到另一个极限位置的移动量。
轴承的基本额定动载荷,是随游隙的大小而变化的。产品样本中所列的基本额定载荷(C和C0),是工作游隙为零时的载荷数值。试验分析表明,使轴承寿命最大的工作游隙值,是一个比零稍小的数值。
2.1 滚动轴承的径向游隙
径向游隙又分为原始游隙、安装游隙和工作游隙。
合理地选择轴承的径向游隙,应在原始游隙的基础上,考虑因配合、内外圈热变形以及载荷等因素所引起的游隙变化,以使工作游隙接近于最佳状态。
如果轴承套圈与轴或孔间是过盈配合,将造成轴承径向游隙的减小。轴承内圈滚道的扩展量可近似取为其配合过盈量的80%,而外圈的收缩量可大致定为其过盈量的70%(先决条件:实心钢轴,正常的钢制轴承座壁厚)。
轴承在工作中的温度是不同的,在稳定状态下,内圈比外圈的温度高,膨胀量大,从而使径向游隙减小,减小量
$ur=$tA(d+D)P2式中$t)))内外圈温差,e;
A)))钢的线膨胀系数,一般情况下,A=
1.1@10e;d)))轴承内径,mm;D)))轴承外径,mm。
在一般条件下,$tU5~10e,当工作温度较高以及轴承散热条件不好时,$tU15~20e。如有外部热源影响轴承时,径向游隙的变化会更大。外热源既可使径向游隙减小,也可使径向游隙增大,主要取决于热量是从轴径还是外壳导入轴承。2.2 滚动轴承的轴向游隙
在合理选择轴承的径向游隙后,保证轴承轴向游隙的尺寸也非常重要。轴向游隙的大小完全依靠装配工人在装配时进行保证,轴向游隙过小,在运动中轴承温度会不断地上升,轴体产生膨胀而伸长,使轴承受到过大的轴向压力,使运动变得困难,同时产生大量的热量,使轴承的温度不断上升,反过来又使轴体进一步伸长,进一步加大轴承的轴向负荷,形成恶性循环,容易造成轴承在高温中运行,很快损坏,或产生挤死现象,特别是在封闭的箱体中或不易散热的工作环境中。如果轴承的轴向游隙过大,则使轴承失去应有的定位作用。
根据设计和实际的使用情况,首先计算出由于轴体的温度升高引起的轴体伸长量,再加上轴承轴向游隙的规定量,使轴承在最高允许工作温度下的最小轴向游隙也能得到保证,使轴承处于合理的状态下运行。-5
-1
其中,轴体由于温升引起的伸长量
$L=$t1A1L式中$t1)))轴体工作前后温差,e;
A1)))轴体材料的线膨胀系数,e
L)))轴体长度,mm。
3 滚动轴承的润滑和维护
3.1 润滑作用
运转过程中,轴承内部各元件间均存在不同程度的相对滑动,从而导致摩擦发热和元件的磨损,因此在工作中必须对轴承进行可靠的润滑。润滑轴承的主要目的是:(1)减小摩擦发热,避免工作温度过高;(2)降低磨损,延长疲劳寿命;(3)排出摩擦热,冷却;(4)防止异物侵入;(5)防止锈蚀。3.2 润滑剂的选择
选择润滑剂时应考虑的主要因素有:
(1)轴承的工作温度 各种润滑剂都有其各自适于工作的温度范围,过高的工作温度会使润滑剂的粘度降低,润滑效果变差,严重时会使润滑剂完全失效。正常的工作温度,应使润滑油的粘度对球轴
-52
承不低于1.3@10mPs,对滚子轴承不低于2@-5210mPs。
选择适用于高温的润滑油时,主要考虑工作温度极限值和粘温特性,必须以润滑油的性质为依据。
(2)轴承的工作载荷 润滑油的粘度是随压力而变化的,当载荷增大时,润滑区内润滑油的压力增加,粘度降低,从而导致油膜厚度变薄,甚至破裂,所以载荷越大,所选润滑油的粘度也应越大。
(3)轴承的工作转速 在工作中,轴承的转速越高,内部摩擦发热量愈大。为了控制轴承的温升,通常对轴承的d、n值(d为轴承的内径mm,n为轴承的转速rPmin)加以限制。
润滑方式的选择与轴承的速度有关,各种轴承在不同润滑剂和润滑方式时允许的d、n值可以参照有关的设计手册。
4 滚动轴承的最小载荷和高速适应性
(1)滚动轴承的最小载荷
当载荷太小(如试运行转速很高时),则会产生打滑现象,若润滑不充分则导致轴承损伤。下面是向心轴承最小载荷的推荐值:
带保持架球轴承PPC=0.11带保持架滚子轴承PPC=0.02无保持架轴承PPC=0.04
(P为当量动载荷,C为基本额定动载荷)
关于推力轴承的最小载荷,相关的手册或资料中都有介绍和说明。
(2)滚动轴承的速度特性
滚动轴承的工作转速上升到一定限度后,滚动体和保持架的惯性力,以及极小的形状偏差,不仅导致运转状态的恶化,而且造成摩擦面间温度升高和润滑剂的性能变化,从而导致滚动体回火或轴承元件的胶合失效。
在一定载荷和润滑条件下,滚动轴承所允许的
-1
;
最高转速称之为轴承的极限转速。它与轴承类型、尺寸、精度、游隙、保持架的材料与结构、润滑方式、润滑剂的性质与用量、载荷的大小与方向以及散热条件等因素有关。
轴承在不同润滑条件下的极限转速nlim可以从相关的手册中查得(通常情况是:当量动载荷P[011C、润滑和冷却条件正常),当轴承在重载荷(P>011C)条件下工作时,因接触应力增大、润滑状态变差,所允许的最高工作转速降低,转速
nmax[f1f2nlim
式中 f1)))载荷系数;
f2)))载荷分布系数。
(3)高速适应性
¹高速适应性的评定标准
通常,滚动轴承的最高许用转速要根据它的最高许用工作温度确定。工作温度取决于轴承工作时摩擦发出的热量、传入轴承和轴承散出的热量。对由温度决定的转速影响因素有轴承类型、尺寸、精度和轴承周边部件,以及游隙、保持架结构、润滑和载荷。
º许用热工转速
在实际条件下,轴承的平均温度达到其许用值时的转速称为热力学允许工作转速nzul,简称许用热工转速,它可以由热参考转速nH乘以热速比系数rfN计算得出,即:nzul=nHfN。r
在FAG滚动轴承手册中,速比系数fN不采用计算方式,而是用计算线图使向心球轴承、向心滚子轴承和推力滚子轴承的选择简化。速比系数fN可以粗略看作是载荷系数fP、温度系数ft和润滑系数fv40的乘积,即fN=fPftfv40。其中系数fP、ft和fv40可以从相关的线图中查取。
需要说明的是,在选择高速轴承时,必须校核许用热工转速是否超过了极限转速。5 常见失效分析及诊断
滚动轴承的失效形式主要有疲劳剥落、过量的永久变形和磨损等。此外,轴承还有胶合、烧伤、套圈断裂、滚动体压碎、保持架磨损和断裂、锈蚀等失效形式。
表2列出了常见轴承损伤失效的例子及其原因和对策,可以作为推断轴承损伤失效原因的参考资料。
表2 常见的轴承损伤失效状态、原因和对策
Tab.2 Commonbearingdamagefailurestatue,causeandcountermeasure
类别
损伤失效状态
轴承在承受载荷旋转时,内外圈的滚道面或滚动体的滚动面由于疲劳而呈现鱼鳞状的剥离现象
呈现出带有轻微磨损的暗面。暗面上由表面往里有多条深至5~10Lm的微小裂缝,并在大范围内发生微小脱落(微小剥离)。所谓卡伤是由于在滑动面上产生的部分微小烧伤汇总而产生的表面损伤;滑道面、滚道面圆周方向的线状伤痕;滚子端面的摆线状伤痕;靠近滚子端面的轴环面的卡伤。在滚道面或滚动面上,由随着滚动的打滑和油膜热裂产生的微小烧伤的汇总而发生的表面损伤;产生带有热粘着的表面粗糙。是指由于对滚道的挡边或滚子角的局部部分施加了冲击或过大载荷而造成的局部部位断裂。
裂纹是指滚道或滚动体产生裂纹损伤,如果继续使用的话,裂纹会发展成裂缝。保持架的变形、折损、磨损等;柱的折损;端面处的变形;凹处面的磨损;导向面的磨损。咬入了金属微小粉末、异物等的时候,在滚道面或转动面上产生的凹痕;由于安装时受到的冲击,在滚动体的间距间隔上形成了凹面。由于摩擦而造成滚道面或滚动面、滚子端面、轴环面及保持架的凹面等磨损。滚道、滚动体以及保持架在旋转中急剧发热直至变色、软化、熔敷和破损。轴承的生锈和腐蚀有滚道、滚动体表面的坑状锈、梨皮状锈与滚动体间隔相同的坑状锈、全面生锈及腐蚀。
原因
载荷过大;安装不良;异物侵入;润滑不良,
润滑剂不合适;轴承游隙不适当;轴、轴承箱精度不好,刚性不均;生锈、浸蚀点、擦伤和压痕。
润滑剂不合适;异物侵入;润滑剂不良造成表面粗糙;配对滚动零件的表面光洁度不好。
过大载荷,过大预压;润滑不良;异物侵入;内外圈的倾斜,轴的挠度大;轴、轴承箱的精度不良。
对策
检查载荷大小及再次研究所使用的轴承;改善安装方法;改善密封装置,停机时防锈;使用适当粘度的润滑剂,改善润滑方法,检查轴和轴箱的精度;检查游隙。
选择润滑剂;改善密封装置;改善配对滚动零件的表面光洁度。
剥离
剥皮
卡伤
检查载荷大小;预压要适当;改善润滑剂和润滑方法;检查轴、轴承箱的精度。
擦伤
高速轻载荷;急加减速;润滑剂不适当;水的
侵入。改善预压;改善轴承游隙;使用油膜性好的润滑剂;改善润滑方法;改善密封装置。
断裂
安装时受到了打击;载荷过大;跌落等使用不良。
过大过盈量;过大载荷,冲击载荷;剥离有所发展;蠕变造成的发热;轴的圆柱度不良等。安装不良;使用不当;载荷、冲击振动大;转速过大,急剧加减速;润滑不良;温度上升。
改善安装方法;纠正载荷条件;轴承安装到位,使挡边受支承。
过盈量适当;检查载荷条件;改善安装方法;轴的形状要适当。
检查安装方法;检查载荷、旋转及温度条件;降低振动;纠正保持架的选择;改变润滑剂和润滑方法。
改善密封装置;过滤润滑油;改善组装及使用方法。
改善密封装置;清洗轴承箱;充分过滤润滑油;检查润滑剂及润滑方法。
研究润滑剂及润滑方法;纠正轴承的选择方法;研究配合、轴承间隙和预压;改善密封装置;检查轴和轴承箱的精度;改善安装方法。改善密封装置;研究润滑方法;停转时的防锈措施;改善保管方法;使用时要加以注意。
裂纹、裂缝
保持架的损伤
压痕
金属粉末等的异物咬入;组装时或运输过程
中受到的冲击;载荷过大。
异物侵入;生锈电蚀引起的发展;润滑不良;由于滚动体的不规则造成的打滑。润滑不良;过大载荷;转速过大;游隙过小;异物侵入;轴、轴承箱的精度不良,轴的挠度过大。
水、腐蚀性物质的侵入;润滑剂不合适;由于水蒸气的凝结而附有水滴;运输过程中防锈不良;保管状态不合适;使用不合适。
磨损
烧伤
生锈、腐蚀
#
第27卷第12期
2006年 12月
煤 矿 机 械 Vol127No112Dec12006
文章编号:1003-0794(2006)12-0176-03
煤矿井下可伸缩带式输送机跑偏的研究
应成龙
(淄博矿业集团先河机电有限责任公司,山东淄博255120)
摘要:概述了煤矿井下可伸缩带式输送机跑偏的危害、跑偏原因及跑偏的调整方法,并对跑偏原因进行理论分析,设计了一种对可伸缩带式输送机纠偏效果显著的双螺旋铰接调心托辊。
关键词:跑偏危害;跑偏原因;调整方法;双螺旋铰接调心托辊
中图号:TD528
文献标志码:A
ResearchonAberrancyofUndergroundExtensibleBeltConveyorin
CoalMines
YINGCheng-long
(ZiboMiningGroupXianheMechanicalandElectricalCo.,Ltd.,Zibo255120,China)
Abstract:Ithassummarizedtheharm,causeandadjustmethodofaberrancy.Analyzedtheaberrancycauseintheory.Designedakindoftwinhelixhingejointadjustableidlerwhichhashigheffectiveuponaberrancyofextensiblebeltconveyor.
Keywords:aberrancyharm;aberrancycause;adjustmethod;twinhelixhingejointadjustableidler0 引言
随着我国煤矿自动化开采程度的提高,对井下输送设备技术性能也越来越高,带式输送机向着长运距、大运量、高带速和大倾角方向发展。我国大中型矿井井下输送原煤的主要输送设备还是以带式输送机为主,与采煤工作面配套的可伸缩带式输送机应用更十分广泛。由于可伸缩带式输送机的特殊工作环境及工作方式决定了整机的工作性能的不稳定性,输送带常会出现跑偏影响矿井的正常生产。1 输送带跑偏的危害
输送带跑偏时会加剧输送带带边的磨损量,使带边拉毛至撕裂,降低了输送带的使用寿命,因为输送带造价约占整机造价的30%;输送带跑偏时会造成物料外撒,影响生产及环境卫生,加大维护工的劳动强度;加大机架的磨损和变形,使机架过早的疲劳6 结语
影响滚动轴承选择和应用的因素很多,也比较复杂,文中的论述虽然没有将所有的影响因素包括进去,但是从一定程度上对主要的影响因素进行了定性和定量的论述,特别是最小载荷、高速适应性在现代同时包含高速轻载(时速100kmPh)和低速重载(时速小于10kmPh)2种情况的铁路大型养路机械驱动齿轮箱的设计上具有实际意义,积累和总结出来的常见失效分析和诊断方面的说明希望对大家有一定的借鉴作用。破坏。
2 输送带跑偏原因2.1 安装质量
(1)整机中心线没有调好。
(2)整机机架、滚筒平行度,对称度没有调正。(3)头部机架与巷道底板联接强度不够,造成运转过程中机架不稳定。
(4)托辊轴线与输送机中心线不垂直。(5)机尾与转载机搭接时,载料不正。
(6)正常运转时输送带拉紧力不足,造成输送带过松,左右方向漂带。2.2 地质条件
可伸缩带式输送机正常运转时只有机头部安装在固定基础上,其他部件均与巷道底板不固定,当顺槽底板为直接底时遇水容易膨胀,引起底鼓现象,破
参考文献:
[1]GB6391-86滚动轴承额定动载荷和额定寿命的计算方法[S].中
华人民共和国国家标准,1986.
[2]丁仲明.滚动轴承寿命计算系数[J].轴承,1998,28(2):4-7.[3]FAG滚动轴承手册[K].样本号WL41520P3ChA2002.
作者简介:眭小利(1970-),女,江苏丹阳人,高级工程师,1993年毕业于上海铁道学院车辆专业,工学学士,曾从事车辆转向架的设计与开发,目前主要从事教学工作,E-mail:[email protected].
收稿日期:2006-08-01