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轴承知识
如何通过安装优化转盘轴承性能?

本文刊登于中国轴协会刊《轴承工业》2022年第9期“专业知识”栏目

(版权归原作者或机构所有)

将转盘轴承安装在适当的结构上,对合理分配支承载荷和应力至关重要。如果没有适当的结构,轴承性能可能会受到影响。密封件、小齿轮、齿轮和螺栓的性能也是如此。因此,在设计过程中应尽早考虑安装。

轴承挑选的因素

当然,设计师的首要任务是为转盘轴承规定尺寸。轴承制造商可根据所施加的载荷和理想的安装情况推荐尺寸。例如,在重型设备中,转盘轴承及其安装结构的主要任务是处理翻转力矩载荷。此外,带有整体齿轮装置的转盘轴承的尺寸必须具有足够的齿轮强度和小齿轮驱动位置。另一个因素是轴承镗孔中的中心开口应多大.....这对轴承尺寸的影响可能与最大应用载荷一样大。

护罩是另一个考虑因素。虽然大多数转盘轴承都是由制造商密封的,但通常建议使用护罩,以避免密封损坏以及灰尘等污物进入。如果使用高压水清洗,这一点更为重要。图1显示了一个典型的布局。

安装结构完整性

安装结构中对刚性的需求怎么强调也不为过。经验丰富的设计师知道,他们应该避免使用更高承载力的轴承来抵消脆弱的安装表面的捷径。如果承重结构不够坚固,无法在均匀支撑轴承的同时将增加的荷载均匀地转移到轴承上,则更大的承载力将无法弥补。其后果可能一目了然,比如过度偏转或旋转阻力。有时,由于集中载荷导致齿轮不均匀磨损或性能降低,尽管这种情况出现的时间较晚。

在许多情况下,设计者可以遵循轴承制造商推荐的钢板安装厚度。此类建议基于滚动元件或套圈截面的尺寸。只要加固均匀且通过试验验证,用角撑板或槽钢加固薄钢板是一种替代方法(图2)。应避免在轴承下使用薄的“座板”。它们往往只在局部区域提供刚性支撑,使固定螺栓和滚动体承受更大的压力。

安装结构挠度是另一个重要因素。有限元分析(FEA)是一种很好的评估方法,但应通过测试(如千分表)确认结果,以确保其在轴承制造商的限制范围内。还应测试轴承在最大载荷下的挠度。图3显示了四点、八点球轴承的典型容许安装结构挠度,作为轴承变桨和球体直径的函数。有关替代设计,可请咨询轴承制造商。

安装面,如轴承,应按照精确的规格制造。安装在非平面上的转盘轴承即使在施加外部载荷之前,也会在滚动体上产生应力集中。轴承通常在工厂组装,内部游隙很小,可以补偿安装表面的一点不平整。

图4显示了四点、八点球轴承的典型允许安装面不平整度与轴承节圆直径、球体直径的函数关系。超出制造商规定的平面度会导致高摩擦扭矩,并相应缩短轴承寿命。

紧固轴承

轴承与结构接触的最后一步是安装轴承。不言而喻,结构中安装孔的位置公差必须与轴承圈中的孔及其位置公差相关联。结构设备中的大多数孔都钻得略大于螺栓,然后正确定位,以便正确对齐。内圈或外圈上的导向直径有助于定位轴承和提高齿轮啮合精度。

内外圈上的一整圈螺栓是固定转盘轴承的最佳方法。通常,螺栓应为SAE J429 8级或ISO 898-1 10.9级。假设遵循了正确的安装和结构支撑指南,轴承中的孔型将适合其额定载荷。然而,由于安装结构的变化会显著影响螺栓荷载分布,设计师应始终验证螺栓是否适合其特定应用。

不均匀载荷不仅会导致螺栓载荷高于预期值,而且会导致轴承的某些区域支撑和约束不足。这会导致滚动体载荷分布不良,应力增大,影响轴承性能。

所有螺栓应按照设备设计者的指示拧紧,以最大限度地减少过早磨损、设备损坏甚至受损的可能性。螺栓预紧力应分三个阶段进行——设备设计师最终设计预紧力的30%、80%和100%——使用交叉紧固螺栓的“星形”技术(见图5)。定期检查螺栓预紧力。

所有螺栓应使用校准设备精确拧紧。两个常见的例子是扭矩扳手或液压螺栓拧紧器,以避免过度拧紧。例如,SKF的Hydrocam螺栓拧紧器(图6)专门设计用于将螺栓安装在转盘轴承上。它确保所有螺栓上的预紧均匀,优化屈服强度,有四种不同的设计可供选择。

通过增加紧固件的“拉伸”部分,使螺栓接头更不易松动;即从螺栓或螺丝头下方到第一个啮合螺纹的螺栓长度,如图7的内圈所示。通过朝孔底部攻丝安装孔,可以获得额外的拉伸长度。

结论

安装结构对转盘轴承的性能起着关键作用,应在设计过程的早期予以考虑。适当适宜的轴承,安装在具有适当挠度和紧固强度的平坦、刚性表面上,应容易达到其全部承载力,并有助于成功应用。

(来源:《Kaydon Bearings》 翻译:洛阳LYC轴承有限公司技术中心 侯俊)

发布时间:2024-03-25


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