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滚动轴承保持架引导方式案例(五):保持架引导方式的典型案例

来源:哈尔滨轴承    发布时间:2024-09-20 15:13:22

案例1:外圈引导(单、双挡边引导)

机床主轴用高速精密角接触球轴承普遍采用套圈一面直挡边、一面斜坡的设计,以便装填更多的球,增大轴承的刚度与承载能力;而且给设置于保持架内径面下方的供油喷嘴留下较大空间,轴承内部的油流通道也较顺畅;契合于此结构中,保持架为外圈单挡边引导,处于斜坡处的另一端悬空,如图1a 所示。当轴承以更高速运转时,由于更大离心力的作用,保持架悬空端的变形增大且没有约束限制,会导致保持架运动不平稳。因此,在超高速、极高速轴承设计中,为适应以离心力为主的载荷,将保持架由外圈单挡边引导改进为双挡边引导,如图1b所示,有效解决了保持架在轴承更高运转速度下的稳定性问题。


图1 外圈单、双挡边引导


案例2:内圈引导

涡轮喷气发动机主轴承,dn 值小于2×106 mm · r/min时,通常采用喷射润滑,保持架为外圈引导。当dn大于2×106 mm · r/min时,由于强大离心力的作用,喷射润滑时仅有很小一部分润滑油能够进入轴承内部,造成供油不足;若加大供油量,由于转速的提高,还会导致更加剧烈的润滑油搅拌热:因此采用环下润滑方式,保持架则相应改为内圈引导。润滑油通过环下润滑方式,借助离心力经内圈上的径向孔、槽进入轴承内部,使轴承套圈滚道与滚动体接触处,以及保持架与内圈挡边引导面得到很好润滑与冷却,可显著减小磨损。此外,环下润滑比喷射润滑用油量小,可减少能耗及轴承发热;并且该润滑方式使得内圈比外圈温度低,润滑条件改善,可有效防止内圈滚道的蹭伤。美国Timken 的ULTRA-HIGH-SPEED 轴承(dn 值大于2×106 mm · r/min)的保持架内圈引导案例如图2所示。


图2 环下润滑—内圈引导


案例3:外圈引导改进为滚动体引导

高铁动车组牵引电机驱动端用圆柱滚子轴承,脂润滑,原为外圈引导保持架。由于高温、电蚀等原因容易使润滑脂性能劣化,导致保持架外径引导面润滑不良,摩擦增大,磨损加剧。而摩擦增大又进一步提高温升,严重磨损下来的保持架铜粉造成润滑脂污染后又进一步恶化了润滑状况,使得轴承发生早期故障或失效,难以满足牵引电动机的运用维护要求。后将保持架引导方式改进为滚动体引导,避免了保持架外径引导面与套圈挡边的滑动接触摩擦与磨损,针对性极强地解决了这一问题,现已成为牵引电机用圆柱滚子轴承的标准设计(其他类似的工业电机用圆柱滚子轴承也多采用此种改进)。


案例4:滚动体引导改进为混合引导

高铁动车组齿轮箱输出端大齿轮用圆锥滚子轴承,冲压保持架,通过大齿轮搅动溅射润滑,要求工作转速不低于2 600 r/min。原采用滚动体引导,保持架难以适应高转速下的温升、振动等控制要求。解决措施之一就是改进为“滚动体引导+内圈引导”的混合引导方式,显著改善了这一问题。


案例5:保持架引导面的“软磨硬”现象与改进

航空发动机及燃气涡轮机主轴用圆柱滚子轴承,套圈材料以渗碳钢M50NiL 代替原用全淬钢M50 钢,保持架材料为40CrNiMoA 合金结构钢并镀银处理,内圈挡边引导。由于M50NiL 渗碳处理后表面为细小弥散的碳化物,不如M50 钢碳化物尺寸粗大更耐磨损;而磨损颗粒嵌入保持架软质镀银层中,形成磨粒磨损,更加剧了内圈挡边引导面的磨损程度,形成了所谓的“软磨硬”现象。采取的解决措施是对内圈挡边引导面制备TiN 硬质涂层,从而改善了其抗磨粒磨损能力,提高了轴承的使用可靠性


案例6:不同线膨胀系数材料的保持架引导间隙确定

三点接触球轴承QJS207,公称接触角25°,公差等级P4,喷油润滑,外圈挡边引导保持架,对铝青铜保持架与聚酰亚胺保持架的引导间隙进行试验确定。两保持架材料的线膨胀系数分别为1.92×10-5,4.00×10-5 K-1。在试验转速50 000 r/min、兜孔间隙均为0.3 mm 的条件下,铝青铜保持架引导间隙为0.3 mm 运转正常,聚酰亚胺保持架引导间隙则需要增大至0.9 mm才能通过试验考核。
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