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轴承

2020-05-07 18:26 来源:百度百科 作者:蓝之橙

  轴承(Bearing)是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数(friction coefficient),并保证其回转精度(accuracy)。

  历史发展

  早期的直线运动轴承形式,就是在一排撬板下放置一排木杆。现代直线运动轴承使用的是同一种工作原理,只不过有时用球代替滚子。最简单的旋转轴承是轴套轴承,它只是一个夹在车轮和轮轴之间的衬套。这种设计随后被滚动轴承替代,就是用很多圆柱形的滚子替代原先的衬套,每个滚动体就像一个单独的车轮。

  在意大利奈米湖发现的一艘建造于公元前40年的古罗马船只上,发现了早期的球轴承的实例:一个木制球轴承是用来支撑旋转桌面。据说列昂纳多·达·芬奇在1500年左右曾经对一种球轴承进行过描述。球轴承的各种不成熟因素中,有很重要的一点就是球之间会发生碰撞,造成额外的摩擦。但是可以通过把球放进一个个小笼里防止这种现象。17世纪,伽利略对“笼装球”的球轴承做过最早的描述。十七世纪末,英国的C.瓦洛设计制造球轴承,并装在邮车上试用以及英国的P.沃思取得球轴承的专利。最早投入实用的带有保持架的滚动轴承是钟表匠约翰·哈里逊于1760年为制作H3计时计而发明的。十八世纪末德国的H.R.赫兹发表关于球轴承接触应力的论文。在赫兹成就的基础上,德国的R.施特里贝克、瑞典的A.帕姆格伦等人进行了大量的试验,对发展滚动轴承的设计理论和疲劳寿命计算作出了贡献。随后,俄国的N.P.彼得罗夫应用牛顿粘性定律计算轴承摩擦。第一个关于球沟道的专利是卡马森的菲利普·沃恩在1794年获得的。

  1883年,弗里德里希·费舍尔提出了使用合适的生产机器磨制大小相同、圆度准确的钢球的主张,奠定了轴承工业的基础。英国的O.雷诺对托尔的发现进行了数学分析,导出了雷诺方程,从此奠定了流体动压润滑理论的基础。

  行业概况

  根据国家统计局数据,2011年中国轴承制造行业规模(年销售收入2000万元以上)企业共有1416家企业,全年实现工业总产值1932.11亿元,同比增长27.59%;销售收入为1910.97亿元,同比增长30.30%;利润总额125.23亿元,较上年增长为26.54%。预计到2015年,我国轴承产量有望超过280亿套,主营业务收入有望达到2100亿元,成为全球最大的轴承生产和销售基地。

  当前我国轴承行业主要面临三大突出问题:分别是行业生产集中度低、研发和创新能力低、制造技术水平低。

  第一,行业生产集中度低。在全世界轴承约300亿美元的销售额中,世界8大跨国公司占75%~80%。德国两大公司占其全国总量的90%,日本5家占其全国总量的90%,美国1家占其全国总量的56%。而我国瓦轴等10家最大的轴承企业,销售额仅占全行业的24.7%,前30家的生产集中度也仅为37.4%。

  第二,研发和创新能力低。全行业基础理论研究弱,参与国际标准制订力度弱,少原创技术,少专利产品。

  当前我们的设计和制造技术基本上是模仿,产品开发能力低,表现在:虽然对国内主机的配套率达到80%,但高速铁路客车、中高档轿车、计算机、空调器、高水平轧机等重要主机的配套和维修轴承,基本上靠进口。

  第三,制造技术水平低。我国轴承工业制造工艺和工艺装备技术发展缓慢,车加工数控率低,磨加工自动化水平低,全国仅有200多条自动生产线。对轴承寿命和可靠性至关重要的先进热处理工艺和装备,如控制气氛保护加热、双细化、贝氏体淬火等覆盖率低,许多技术难题攻关未能取得突破。轴承钢新钢种的研发,钢材质量的提高,润滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发,尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要求。因而造成工序能力指数低,一致性差,产品加工尺寸离散度大,产品内在质量不稳定而影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性。

  轴承参数

  寿命

  在一定载荷作用下,轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数,称为轴承寿命。

  滚动轴承之寿命以转数(或以一定转速下的工作的小时数)定义:在此寿命以内的轴承,应在其任何轴承圈或滚动体上发生初步疲劳损坏(剥落或缺损)。然而无论在实验室试验或在实际使用中,都可明显的看到,在同样的工作条件下的外观相同轴承,实际寿命大不相同。此外还有数种不同定义的轴承“寿命”,其中之一即所谓的“工作寿命”,它表示某一轴承在损坏之前可达到的实际寿命是由磨损、损坏通常并非由疲劳所致,而是由磨损、腐蚀、密封损坏等原因造成。

  为确定轴承寿命的标准,把轴承寿命与可靠性联系起来。

  由于制造精度,材料均匀程度的差异,即使是同样材料,同样尺寸的同一批轴承,在同样的工作条件下使用,其寿命长短也不相同。若以统计寿命为1单位,最长的相对寿命为4单位,最短的为0.1-0.2单位,最长与最短寿命之比为20-40倍。90%的轴承不产生点蚀,所经历的转数或小时数称为轴承额定寿命 [1]  。

  额定动载荷

  为比较轴承抗点蚀的承载能力,规定轴承的额定寿命为一百万转(106)时,所能承受的最大载荷为基本额定动载荷,以C表示。

  也就是轴承在额定动载荷C作用下,这种轴承工作一百万转(106)而不发生点蚀失效的可靠度为90%,C越大承载能力越高。

  对于基本额定动载荷

  1.向心轴承是指纯径向载荷

  2.推力球轴承是指纯轴向载荷

  3.向心推力轴承是指产生纯径向位移得径向分量轴承分类滑动轴承滑动轴承不分内外圈也没有滚动体,一般是由耐磨材料制成。常用于低速,轻载及加注润滑油及维护困难的机械转动部位。

  关节轴承

  关节轴承的滑动接触表面为球面,主要适用于摆动运动、倾斜运动和旋转运动。

  滚动轴承

  滚动轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为向心轴承和推力轴承。其中径向接触轴承为公称接触角为0的向心轴承,向心角接触轴承为公称接触角大于0到45的向心轴承。轴向接触轴承为公称接触角为90的推力轴承,推力角接触轴承为公称接触角大于45但小于90的推力轴承。

  按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承。滚子轴承按滚子种类分为:圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承和调心滚子轴承。

  按其工作时能否调心分为调心轴承----滚道是球面形的,能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动的轴承和非调心轴承(刚性轴承)----能阻抗滚道间轴心线角偏移的轴承。

  按滚动体的列数分为单列轴承、双列轴承和多列轴承。

  按其部件(套圈)能否分离分为可分离轴承和不可分离轴承。

  按其结构形状(如有无装填槽,有无内、外圈以及套圈的形状,挡边的结构,甚至有无保持架等)还可以分为多种结构类型。

  按其外径尺寸大小分为微型轴承(<26mm)、小型轴承(28-55mm)、中小型轴承(60-115)、中大型轴承(120-190mm)、大型轴承(200-430mm)和特大型轴承(>440mm)。

  按应用领域分为电机轴承、轧机轴承、主轴承等。

  按材料分为陶瓷轴承、塑料轴承等。

  深沟球轴承

  深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承。与尺寸相同的其它类型轴承相比,该类轴承摩擦系数小,极限转速高,结构简单,制造成本低,精度高,无需经常维护,而且尺寸范围大、形式多,是应用最广的一类轴承。它主要承受径向载荷,也可承受一定的轴向载荷。当其仅承受径向载荷时,接触角为零。

  深沟球轴承装在轴上后,在轴承的轴向游隙范围内,可限制轴或外壳两个方向的轴向位移,因此可在双向作轴向定位。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时,具有角接触轴承的性能,可承受较大的轴向载荷 。在轴向载荷很大的高速运转工况下,深沟球轴承比推力球轴承更有优越性。此外,该类轴承还具有一定的调心能力,当相对于外壳孔倾斜2′~10′ 时,仍能正常工作,但对轴承寿命有一定影响。

  角接触球轴承

  一般习惯上称为36、46型轴承为代表的六类轴承,角接触一般为15度、25度、45度等。

  调心球轴承

  调心球轴承是二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间,装配有圆球状滚珠的轴承。外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致,所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴、外壳出现挠曲时,可以自动调整,不增加轴承负担。调心滚子轴承可以承受径向负荷及二个方向的轴向负荷。 调心球轴承径向负荷能力大,适用于有重负荷、冲击负荷的情况。内圈内径是锥孔的轴承,可直接安装。或使用紧定套、拆卸筒安装在圆柱轴上。保持架使用钢板冲压保持架、聚酰胺成形. 调心球轴承适用于承受重载荷与冲击载荷、精密仪表、低噪音电机、汽车、摩托车、冶金、轧机、矿山、石油、造纸、水泥、榨糖等行业及一般机械等。

  推力球轴承

  推力球轴承分为单向和双向两种。 它们只能承受轴向载荷,绝不能承受任何径向载荷。推力轴承分紧圈和活圈两部分。紧圈与轴套紧,活圈支承在轴承座上。套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造,淬火后表面硬度应达到HRC60~65。保持架多用软钢冲压制成,也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。

  双向推力角接触球轴承

  双列圆锥滚子轴承

  推力角接触球轴承接触角一般为60°常用的推力角接触球轴承一般为双向推力角接触球轴承,主要用于精密机床主轴,一般与双列圆柱滚子轴承一起配合使用,可承受双向轴向载荷,具有精度高,刚性好,温升低,转速高,装拆方便等优点。

  推力滚子轴承

  包括推力圆柱滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力滚针轴承和推力调心滚子轴承。

  滚针轴承

  滚针轴承装有细而长的滚子(滚子长度为直径的3~10倍,直径一般不大于5mm),因此径向结构紧凑,其内径尺寸和载荷能力与其他类型轴承相同时,外径最小,特别适用于径向安装尺寸受限制的支承结构.滚针轴承根据使用场合不同,可选用无内圈的轴承或滚针和保持架组件,此时与轴承相配的轴颈表面和外壳孔表面直接作为轴承的内、外滚动表面,为保证载荷能力和运转性能与有套圈轴承相同,轴或外壳孔滚道表面的硬度,加工精度和表面质量应与轴承套圈. 用途组合滚针轴承是由向心滚针轴承和推力轴承部件组合的轴承单元,其结构紧凑体积小,旋转精度高,可在承受很高径向负荷的同时承受一定的轴向负荷。并且产品结构形式多样、适应性广、易于安装。组合滚针轴承广泛用于机床、冶金机械、纺织机械和印刷机械等各种机械设备,并可使机械系统设计的十分紧凑灵巧。

  外球面球轴承

  外球面球轴承的外圈外径表面为球面,可以起到调心的作用。

  调心滚子轴承

  调心滚子轴承有两列对称型球面滚子,主要承受径向载荷,同时也能承受任一方向的轴向载荷,但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形,故其调心性能良好,能补偿同轴度误差,当轴受力弯曲或安装不同心时轴承仍可正常使用,调心性随轴承尺寸系列不同而异,一般所允许的调心角度为1~2.5度 ,该类型轴承的负荷能力较大,除能承受径向负荷外轴承还能承受双向作用的轴向负荷,具有较好的抗冲击能力,一般来说调心滚子轴承所允许的工作转速较低。适用于重载或振动载荷下工作。

  法兰轴承

  法兰轴承外轮上带有凸缘法兰。特点是能简化主机结构,缩小主机尺寸,使轴承更容易定位。

  带座轴承

  向心轴承与座组合在一起的一种组件,在与轴承轴心线平行的支撑表面上有个安装螺钉的底板。

  组合轴承

  一套轴承内同时由上述两种以上轴承结构形式组合而成的滚动轴承。如滚针和推力圆柱滚子组合轴承、滚针和推力球组合轴承、滚针和角接触球组合轴承等。

  直线轴承

  直线轴承分为金属直线轴承和塑料直线轴承。

  金属直线轴承是一种以低成本生产的直线运动系统,用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触,故使用载荷小。钢球以极小的摩擦阻力旋转,从而能获得高精度的平稳运动。

  塑料直线轴承是一种自润滑特性的直线运动系统,其于金属直线轴承最大的区别就是金属直线轴承是滚动摩擦,轴承与圆柱轴之间是点接触,所以这种适合低载荷高速运动;而塑料直线轴承是滑动摩擦,轴承与圆柱轴之间是面接触,所以这种适合高载荷中低速运动。

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本文标签: 轴承

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