影響軸承游隙的因素
在前面的文章中曾經介紹過軸承游隙的概念以及分組,在設備進行軸承選型和設計的時候需要選擇合適的軸承游隙,因此需要了解軸承游隙的影響因素才可以對癥下藥。
我們知道,一般工業設備中最常用的軸承游隙是CN組以及C3組。在進行軸承游隙選擇計算之前需要知道相關的影響因素。
一般滾動軸承的標稱游隙都是軸承的初始游隙。初始游隙就是軸承完成加工制造之后,在投入使用之前的游隙。就是軸承未安裝使用的時候,其內外圈之間存在的間隙。
當軸承被安裝在機械設備上的時候,軸承與其安裝配合面之間如果是緊配合,那么這個緊配合將使軸承套圈發生變形,從而導致游隙的變化。
如果軸承內圈與軸是緊配合,那么內圈將會有一定的膨脹量,導致軸承游隙的減小。
如果軸承外圈是緊配合,那么外圈受到緊配合的影響將有一定的壓縮量,這個壓縮量同樣會導致軸承游隙的減小。
如果內外圈都是緊配合,那么這兩個緊配合帶來變形量都會使軸承內部游隙減小。
一般而言,除了松配合將不會影響軸承內部的游隙(嚴格意義上講應該是微乎其微的影響)。通常幾乎不會出現由于配合原因使得軸承游隙增加的情況。
從上面不難看出,影響游隙的一個重要因素就是軸、軸承室與軸承之間的配合。
上面講到軸承室、軸與軸承之間的配合影響軸承游隙。所以軸承游隙與軸承公差配合的選擇是相互影響的結果。軸承選擇合適的公差配合除了使軸承外圈或者內圈處于設計意圖的運動狀態之外,也要考慮保證軸承內部游隙的正常。
一般的工程實際中,工程師都是根據推薦的配合表格選擇配合,很少進行人工計算。事實上即便是推薦表格也是基于一定的理論計算和實踐的。基本的邏輯應該包括保證軸承固定的圈可以固定,以及軸承剩余游隙合理。這兩個計算不在本文討論范疇,如果讀者有興趣,不妨留言,可以在后續文章中展開詳述。
總之,工程師們應該知道,推薦的配合表實際上已經考慮了上述的因素。
我們知道機械設備在運行的時候往往有一定的溫度變化,軸承在溫度變化的時候會有一定的熱脹冷縮,因此也會使得軸承的尺寸發生變化。
在軸承沒有投入工作的時候,對于沒有安裝的軸承而言,此時軸承內圈外圈處于相同溫度,此時軸承內圈和外圈之間的游隙就是初始游隙。
軸承完成安裝之后,如果軸承內圈也是處于相同溫度(通常如此),此時軸承內的游隙是安裝后游隙。
當設備投入運行達到溫升之后,軸承的內圈和外圈如果處在不同的溫度的時候,此時軸承內圈、外圈相對于初始溫度出現了不同的溫升,因此熱膨脹量不同,由此會帶來軸承內部游隙的不同。
當然,軸承云新的時候,其內部也存在摩擦發熱,但是這個熱量是在軸承內部,因此可以認為內外圈基本相同,因此不影響游隙變化。另外,這個軸承內部的摩擦發熱相比于外界而言是一個很小的量,也可以不用計較。
對于電機設備而言,通常軸承內圈和轉子軸連接,軸承外圈和機座連接。假設定轉子繞組發熱相當,那么在沒有額外轉子冷卻裝置的時候,轉子的散熱狀態比定子差(定子可以由冷卻風扇,可以由冷卻裝置,即便沒有額外的冷卻裝置,定子外面的空氣散熱也比轉子在電機內的散熱條件好。),因此轉子,轉軸的溫度高于定子和端蓋的溫度。由此才來電機軸承內圈溫度高于外圈溫度。軸承內圈的熱膨脹量大于外圈,因此會帶來游隙的減少。
對于齒輪箱而言,軸承內圈和軸連接,軸的溫度可以由齒輪傳導而來,軸承外圈與箱體相連。與電機軸承狀態相似。但是齒輪箱內部的熱分布比電機更加復雜,比如有齒輪油的影響,機座復雜程度的影響等,因此有些時候需要單獨考慮。但是不論如何,總原則就是軸承內外圈工作時候的溫度差。(因為在非工作狀態溫度差應為0)。
從上面兩個分析可以看到,軸承實際投入運行的時候的游隙是軸承初始游隙扣除配合原因引起的游隙變化量,再扣除由于內外圈溫度差帶來的游隙減小量而剩余的游隙,這個游隙被稱作工作游隙。工作游隙直接影響軸承的內部負荷狀態和軸承的工作表現。
事實上在游隙選擇的時候,最終校核的就是軸承投入工作狀態后軸承內部的工作游隙。
軸承的游隙以及應用中對游隙的選擇和要求,是一個比較復雜的系統性的問題,在后續文章中,我們會持續展開介紹。
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