1 支承端结构形式
为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动,在轴上零件定位固定的基础上,必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。典型的结构形式有三类。
(1)两端单向固定
普通工作温度下的短轴(跨距L<400mm),支点常采用两端单向固定方式,每个轴承分别承受一个方向的轴向力。如图17-15。为允许轴工作时有少量热膨胀,轴承安装时应留有0.25mm-0.4mm的轴向间隙(间隙很小,结构图上不必画出),间隙量常用垫片或调整螺钉调节。
(2)一端双向固定、一端游动
当轴较长或工作温度较高时,轴的热膨胀收缩量较大,宜采用一端双向固定、一端游动的支点结构。固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力,而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。为避免松脱,游动轴承内圈应与轴作轴向固定(常采用弹性挡圈)。用圆柱滚子轴承作游动支点时,轴承外圈要与机座作轴向固定,靠滚子与套圈间的游动来保证轴的自由伸缩。
(3)两端游动
要求能左右双向游动的轴,可采用两端游动的轴系结构。为人字齿轮传动的高速主动轴,为了自动补偿轮齿两侧螺旋角的误差,使轮齿受力均匀,采用允许轴系左右少量轴向游动的结构,故两端都选用圆柱滚子轴承。与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定,以便两轴都得到轴向定位。
轴承在轴上一般用轴肩或套筒定位,定位端面与轴线保持良好的垂直度。为保证可靠定位,轴肩圆角半径r1必须小于轴承的圆角半径r。轴肩的高度通常不大于内圈高度的3/4,过高不便于轴承拆卸。
轴承内圈的轴向固定应根据轴向载荷的大小选用轴端挡圈、圆螺母、轴用弹性挡圈等结构。外圈则采用机座孔端面、孔用弹性挡圈、压板、端盖等形式固定。
2 轴承的配合
轴承与轴或轴承座的配合目的是把内、外圈牢固地固定于轴或轴承座上,使之相互不发生有害的滑动。如配合面产生滑动,则会产生不正常的发热和磨损,以及因磨损产生粉末进入轴承内而引起早期损坏和振动等弊病,导致轴承不能充分发挥其功能。此外,轴承的配合可影响轴承的径向游隙,径向游隙不仅关系到轴承的运转精度,同时影响它的寿命。
滚动轴承是标准组件,所以与相关零件配合时其内孔和外径分别是基准孔和基准轴,在配合中不必标注。决定配合时最主要的问题是轴承内、外圈所承受的载荷状态。
一般来说,尺寸大、载荷大、振动大、转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合,而经常拆卸或游动套圈则采用较松的配合。
3 轴承座的刚度与同轴度
轴和轴承座必须有足够的刚度,以免因过大的变形使滚动体受力不均。因此轴承座孔壁应有足够的厚度,并常设置加强筋以增加刚度。此外,轴承座的悬臂应尽可能缩短。
两轴承孔必须保证同轴度,以免轴承内外圈轴线倾斜过大。为此,两端轴承尺寸应力求相同,以便一次镗孔,可以减小其同轴度的误差。当同一轴上装有不同外径尺寸的轴承时,可采用套杯结构来安装尺寸较小的轴承,使轴承孔能一次镗出。
4 润滑与密封
(1)滚动轴承的润滑
滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损,同时也有吸振、冷却、防锈和密封等作用。合理的润滑对提高轴承性能,延长轴承的使用寿命有重要意义。
滚动轴承饿的润滑材料有润滑油、润滑脂及固体润滑剂,具体润滑方式可根据速度因素dn值。
滚动轴承润滑剂的选择主要取决于速度、载荷、温度等工作条件。一般情况下,采用的润滑油黏度应不低于13mm2/s~32mm2/s(球轴承油粘度略低而滚子轴承略高)。脂润滑轴承在低速、工作温度65°C以下时可选钙基脂,较高温度时选用钠基脂或钙钠基脂;高速或载荷工况复杂时可选锂基脂;潮湿环境可选用铝基脂或钡基脂,而不宜选用遇水分解的钠基脂。
(2)滚动轴承的密封
为了充分发挥轴承的性能,要防止润滑剂中脂或油的泄漏,而且还要防止有害异物从外部侵入轴承内,因而有必要尽可能采用完全密封。密封装置是轴承系统的重要设计环节之一。设计要求应能达到长期密封和防尘作用;摩擦和安装误差都要小;拆卸、装配方便且保养简单。
密封按照其原理不同可分为接触式密封和非接触式密封两大类。非接触式密封不受速度限制。接触式密封只能用在线速度较低的场合,为保证密封的寿命及减少轴的磨损,轴接触部分的硬度应在HRC40以上,表面粗糙度宜小于Ra1.60μm- Ra0.80μm。轴承零件热处理淬火质量的好坏主要决定于淬火加热条件和冷却条件,而冷却条件主要决定于选择相应的淬火油和冷却技术。
轴承零件主要采用矿物油来进行淬火冷却。矿物油是有石蜡、坏烷、芳香烃和石蜡-芳香系列的谈氢化合物及其各种衍生物所组成。由于组成成份和炼制方法的不同,形成不同特性、不同用途的专用淬火油。根据使用要求(包括冷却速度、使用温度、光亮度等)可分为普通淬火油、快速淬火油、超速淬火油、分级淬火油、真空淬火油、快速光亮淬火油及机械油。
选择淬火油时,必须充分考虑要处理零件的材料、形状、大小尺寸、变形淬硬层深度、工艺、光亮度和采用热处理装备等因素。优良的淬火油是采用热稳定性高的精练基础油(一般为石蜡基)加上能提高使用性能和使用寿命的各种添加剂配置而成。对于滚动轴承零件在淬火冷却过程中,应防止珠光体类型的转变,以避免出现淬火不透明或局部出现屈氏体、软点等缺陷。为此,淬火油冷却速度要大于轴承钢的临界冷却速度。但冷却速度不宜过大,以免引起较大的内应力,导致开裂和过大淬火变形。根据C曲线可知GCr15轴承钢的奥氏体最易转变的温度约为650℃和450℃,在此温度以前必须快冷,而在以后的温度,则可缓慢冷却,特别是在马氏体转变开始点Ms和Mf之间慢冷可减少变形和裂纹,但也不能太慢,否则奥氏体陈化稳定易引起残余奥氏体量的增加。因此可以选择在650℃和450℃时冷速大于临界冷速,而在此温度之后冷速度缓慢的油品为淬火油.在通常条件下,由于现场条件不同而难以确定各种条件下钢的临界冷却速度.但在现场可以根据影响临界冷速度的因素来判断临界冷却速度变化的趋势,据此来选择淬火油.如淬火温度高,保温时间长,原始组织细,则临界冷速将小一些,这是可以选择冷却能力小的淬火油。
对于壁厚大的轴承套圈,如果得到足够的淬硬层,淬火油应当有较快的冷却速度。而对于薄壁轴承套圈,淬火油应当有较慢的冷却速度。对于形状复杂的零件则应当选择蒸汽膜阶段短而冷却速度较快的淬火油。
对于要求变形小的轴承套圈,最好选用分级淬火油。轴承钢套圈分级温度在Ms点以上分级则冷却速达临界冷速。
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