
保持架引导在高速轴承中的关注要点
在高速轴承中,保持架引导的设计要点是引导间隙与兜孔间隙的匹配(称为“间隙比”)。对于引导间隙,重点考虑:
-
由离心力(当轴承dmn值大于1.0×106 mm·r/min 时)引起的保持架尺寸变化;
-
与套圈温差及热膨胀系数不同而引起的保持架尺寸变化。
除了引导间隙与兜孔间隙的匹配设计,就保持架本身而言,决定其引导效果与相关使用性能优劣的,概要而言就是平衡、精度和材料这“三要素”。
1:平衡
保持架平衡包括静平衡与动平衡,静平衡是指质量平衡,动平衡是指重心平衡。静平衡不一定动平衡,动平衡则一定包含静平衡。有特殊要求的高速轴承,往往需要对保持架进行专门的动平衡处理。
2:精度
2.1:加工精度。
保持架的尺寸公差与形状误差在轴承主要零件中一直相对比较粗放,高速轴承保持架必须保证更高的加工精度(如日本NSK的牙钻轴承,对保持架的兜孔尺寸、兜孔圆度和引导间隙有极严格的优化设计与加工精度要求,如图1所示)。由于实体保持架以及酚醛保持架采用切削成形,因此可以保证较高加工精度;而冲压保持架采用冲压成形,工程塑料保持架采用注射或模压成形等,加工误差严格控制在很窄范围内存在一定困难。
图1 NSK的牙钻轴承保持架
2.2:精度保持性及尺寸稳定性。
金属保持架具有较好的尺寸稳定性(其中实体保持架的刚性好、不易变形的优点更为突出),塑料保持架尺寸稳定性稍差,并且在使用过程中会由于温度、湿度、受力等各种原因发生尺寸松弛或形状改变。
3:材料
保持架材料涉及因素较多,而且不少性能指标都至关重要:
-
密度。材料密度要尽可能小,以减轻保持架的转动惯量与高速下的离心力作用。
-
温度效应。材料的热膨胀系数与轴承相关零件越接近越好;材料的热稳定性越高越好,不易随温度变化发生松弛或变形等现象;材料的耐温范围越大越好。工程塑料与金属材料相比对温度更敏感,耐温性能也更为受到限制,因此在设计与应用中要予以特别关注。
-
种类。不同种类的材料有不同的适用性,以满足不同保持架的应用特性要求。
-
力学性能。材料(与保持架结构形式相结合)在经受高速离心力、碰撞、振动、高温等的作用时,应具有足够刚度、强度、韧性与耐疲劳性能。
-
耐磨损。材料本身(或经过表面处理后)应耐磨损,包括避免“硬磨软”或“软磨软”的合适硬度匹配。
-
自润滑。材料本身(或经改性处理后)具有自润滑性能。
-
化学稳定性。具有对润滑剂、橡胶件等的兼容性,对化学药品试剂等介质环境的耐受性等。
常用保持架材料的主要性能指标见表1。
表1 常用保持架材料的主要性能指标
注:表中所列工程塑料密度为树脂材料密度,添加玻璃纤维等增强材料后密度会改变。