軸承與齒輪箱
關(guān)注創(chuàng)建者：博集華仿 創(chuàng)建時(shí)間：2019-03-28
軸承與齒輪箱的視頻教程
MotionSolve全新機(jī)械工具箱助力軸承、齒輪箱等參數(shù)化建模分析網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)
軸承工具箱及參數(shù)化建模； 2. 齒輪工具箱及參數(shù)化建模； 3. 實(shí)例演示。
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hypermesh與ansys APDL聯(lián)合的齒輪箱模態(tài)及靜力分析
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軸承與齒輪箱的實(shí)例教程
齒輪箱及齒輪箱軸承應(yīng)用（下）
在大部分的齒輪箱設(shè)計(jì)過(guò)程中，齒輪箱的工程師會(huì)參與軸承需求的討論，但是他們只是給軸承廠家提出任務(wù)，并非會(huì)對(duì)軸承知識(shí)或者軸承應(yīng)用有更深入的了解。這些任務(wù)最終還是需要軸承應(yīng)用工程師在軸承的選型和應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程中來(lái)翻譯和滿足。
特殊定制發(fā)生的頻率相比于普通的軸承選型而言低很多。日常工作中大量的軸承應(yīng)用工作最重要的技能應(yīng)該是根據(jù)要求，選擇合適的軸承，并對(duì)不合適的需求進(jìn)行轉(zhuǎn)化，懸著正確的軸承，并進(jìn)行正確的使用。
上述這些就是我們所說(shuō)的“齒輪箱軸承應(yīng)用技術(shù)”。
齒輪箱軸承應(yīng)用技術(shù)，是針對(duì)應(yīng)用在齒輪箱環(huán)境下的軸承的技術(shù)。研究目標(biāo)是軸承，研究環(huán)境是齒輪箱。同時(shí)齒輪箱軸承應(yīng)用技術(shù)又是一門“應(yīng)用技術(shù)”，而非軸承本身的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
從一個(gè)角度講，我們討論的是如何將標(biāo)準(zhǔn)軸承更好的應(yīng)用在齒輪箱中。
展開 齒輪是齒輪箱的關(guān)鍵零部件，兩個(gè)齒輪在嚙合時(shí)，嚙合點(diǎn)不僅承載，而且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此具有一定的復(fù)雜性。但是齒輪的運(yùn)動(dòng)是出現(xiàn)在成對(duì)的齒輪中的，單獨(dú)一個(gè)齒輪自身是不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。
綜上所述，齒輪箱中既承載又運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件包括齒輪和軸承。因此這兩類零部件是齒輪箱設(shè)計(jì)、應(yīng)用、維護(hù)和故障診斷中最關(guān)鍵的部分。也是故障高發(fā)的零部件。在這兩者中，軸承又是在自身內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此就單個(gè)零部件而言，可以說(shuō)是更加復(fù)雜的。
在齒輪箱的設(shè)計(jì)階段，軸承的設(shè)計(jì)選型是難點(diǎn)之一；在齒輪箱發(fā)生故障的時(shí)候，軸承是故障多發(fā)的元件之一。可以說(shuō)，軸承對(duì)于齒輪箱而言是一個(gè)重要的關(guān)鍵零部件，并且其選擇、裝配、使用與維護(hù)也具有相當(dāng)?shù)碾y度。
從工程技術(shù)人員的知識(shí)儲(chǔ)備來(lái)看，齒輪箱的核心技術(shù)是齒輪的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造。因此，齒輪箱工程師對(duì)軸承技術(shù)的掌握相對(duì)有限。軸承對(duì)于齒輪箱廠家和用戶而言是一個(gè)應(yīng)用零件，工程師和最終用戶都很少參與軸承的設(shè)計(jì)，基本上都是在在作為標(biāo)準(zhǔn)件的眾多軸承型號(hào)中進(jìn)行選用。
展開 某工程師閱讀本公號(hào)有關(guān)調(diào)心滾子軸承軸向負(fù)荷的文章，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中遇到類似情況。其結(jié)構(gòu)如圖：
圖中兩根齒輪軸通過(guò)齒輪嚙合連接，照片中標(biāo)識(shí)的部分為一根軸的支撐軸承位置。該設(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)調(diào)心滾子軸承。在齒輪箱正常運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)靠近內(nèi)側(cè)的兩個(gè)軸承滾子出現(xiàn)脫開的現(xiàn)象。工程師發(fā)來(lái)一段視頻，即使軸從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入停止?fàn)顟B(tài)，兩個(gè)軸承的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子依然可以自由滑行一段時(shí)間（時(shí)間很短）。同時(shí)在之前的一些機(jī)器中，根據(jù)工程師的反應(yīng)，這根軸上的軸承經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。這是一個(gè)很有意思的案例，在這里跟大家分享一下分析的過(guò)程。
關(guān)于調(diào)心滾子軸承的脫開問(wèn)題：
一般常見的調(diào)心滾子軸承（圓環(huán)滾子軸承除外）是有兩列滾動(dòng)體并且可以調(diào)心的軸承。兩列滾子通過(guò)滾子母線的特殊設(shè)計(jì)以及軸承內(nèi)外圈的特殊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了軸承承受偏心負(fù)荷的能力。總體而言，調(diào)心滾子可以承受較大的徑向負(fù)荷，一定的軸向負(fù)荷以及一定的偏心負(fù)荷。
上述的調(diào)心滾子軸承負(fù)荷能力介紹是關(guān)于這個(gè)軸承的通用負(fù)荷能力的介紹。事實(shí)上這類軸承的軸向負(fù)荷承載能力受到軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，有一定的限制。
首先，當(dāng)調(diào)心滾子軸承承受單向軸向負(fù)荷的時(shí)候，兩列滾子中與負(fù)荷相對(duì)一側(cè)的滾子受到內(nèi)圈、外圈滾道的擠壓，承受軸向負(fù)荷。相反一側(cè)的滾子則不承受這樣的軸向負(fù)荷。如果軸承承受了一定的徑向負(fù)荷，由于軸承自身結(jié)構(gòu)的原因，上述不承受外界徑向負(fù)荷的滾子依然會(huì)被壓緊，其壓力角有一定的軸向分量。因此，此時(shí)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，軸承的這一列滾子會(huì)和另一列滾子一起被壓緊，并投入運(yùn)行。
如果軸承承受的外界軸向負(fù)荷大于軸承不承受負(fù)荷一側(cè)的滾子受力的軸向分量的時(shí)候，這一列的滾子就會(huì)出現(xiàn)“松脫”的現(xiàn)象。當(dāng)軸承運(yùn)行的時(shí)候，這一列滾子由于沒(méi)有足夠的正壓力導(dǎo)致滾動(dòng)體在滾道內(nèi)部不能形成純滾動(dòng)。通常是滑動(dòng)和滾動(dòng)混雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
展開 軸承的受力
我們通過(guò)上述分析和故障現(xiàn)象可以看到兩個(gè)調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈脫開，這就是說(shuō)兩個(gè)軸承承受軸向力，軸向力的方向是施加在齒輪箱內(nèi)側(cè)的軸承內(nèi)圈以及齒輪箱外側(cè)的軸承外圈之間的，如下圖所示：
案例中，兩個(gè)軸承內(nèi)圈都呈現(xiàn)脫開的狀態(tài)，因此應(yīng)該是兩個(gè)軸承都承受到了軸向負(fù)荷，方向如圖。
在上一篇文章中，我們分析可知，這樣的軸承系統(tǒng)，內(nèi)部齒輪捏合的軸向力相互抵消，因此不會(huì)產(chǎn)生軸向負(fù)荷（即便有，也不會(huì)很大），因此這個(gè)軸向負(fù)荷的來(lái)源不是齒輪嚙合。同時(shí)如果是齒輪嚙合產(chǎn)生的軸向負(fù)荷，在斜齒齒輪單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，軸向力方向也只會(huì)是一個(gè)方向的，而不會(huì)是雙向的。
因此，這個(gè)軸向力應(yīng)該來(lái)自外界。
這個(gè)齒輪箱并無(wú)外界負(fù)載，而相對(duì)于軸系統(tǒng)而言有來(lái)自外界的軸向負(fù)荷，那么就應(yīng)該檢查軸承系統(tǒng)的布置。
首先，根據(jù)軸承布置的相關(guān)知識(shí)，我們知道軸系統(tǒng)通常有定位加非定位系統(tǒng)，和交叉定位系統(tǒng)。
其次，對(duì)于定位加非定位系統(tǒng)而言，定位端軸承承受軸向負(fù)荷，非定位端軸承不承受軸向負(fù)荷，設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)對(duì)非定位端軸承軸向放開，使之不承受軸向負(fù)荷。顯然，這樣的承載狀態(tài)和本案不符，如果是定位加非定位結(jié)構(gòu)，那么非定位端軸承不會(huì)承受軸向力。
兩端軸承均承受軸向力，切軸向力方向相反的情況僅僅出現(xiàn)在交叉定位結(jié)構(gòu)中。因此可以推斷這個(gè)軸系統(tǒng)是交叉定位結(jié)構(gòu)。
展開 上一篇文章對(duì)某齒輪箱軸系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)心滾子軸承單列脫開的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，同時(shí)說(shuō)明調(diào)心滾子承受軸向負(fù)荷的時(shí)候，當(dāng)軸向負(fù)荷達(dá)到一定程度之后，有可能造成不承受軸向負(fù)荷一側(cè)的滾子出現(xiàn)“松脫”的現(xiàn)象。
既然這種“松脫”現(xiàn)象對(duì)軸承運(yùn)行是有害的，那么表明調(diào)心滾子軸承不能承受這么大的軸向負(fù)荷。對(duì)于這個(gè)案例里的設(shè)計(jì)，我們首先需要分析軸承的這個(gè)大軸向負(fù)荷的來(lái)源，然后對(duì)這個(gè)軸向負(fù)荷的合理性進(jìn)行判斷。然后根據(jù)相應(yīng)的結(jié)論找到原因，并消除。本文重點(diǎn)介紹這個(gè)分析過(guò)程。
首先，齒輪軸結(jié)構(gòu)如圖：
圖中，有標(biāo)記的是軸承出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)異常的位置。這根軸上有兩個(gè)斜齒齒輪，同時(shí)兩個(gè)斜齒齒輪螺旋角方向相反，并且兩個(gè)齒輪直徑相仿。
以上的觀察實(shí)際上對(duì)后續(xù)判斷十分重要。我們可以大致畫一下這根軸的受力簡(jiǎn)圖：
圖中僅僅畫出了兩個(gè)齒輪嚙合的受力。假設(shè)照片中的齒輪軸是被動(dòng)齒輪，自左向右看是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則齒輪嚙合受力大致如上圖所示。（事實(shí)上齒輪軸可能是主動(dòng)齒輪，可能是相反方向旋轉(zhuǎn)，這些情況受力的對(duì)稱性不變，讀者可以自行分析）。
從圖中可以看到兩個(gè)齒輪受力點(diǎn)處承受一個(gè)從紙面向外的齒輪嚙合周向負(fù)荷。同時(shí)齒輪承受一個(gè)向外的軸向負(fù)荷的。
齒輪嚙合處的周向負(fù)荷自上而下看，就是軸系統(tǒng)的一個(gè)徑向負(fù)荷。
因此這個(gè)軸系統(tǒng)承受兩個(gè)齒輪嚙合帶來(lái)的軸向力和徑向力。徑向力暫且擱置。我們看軸向力。
從圖中不難察覺兩個(gè)齒輪齒數(shù)和節(jié)徑相仿。由此可以得知，兩個(gè)齒輪的嚙合力相差不大。換言之，這個(gè)軸系統(tǒng)中兩個(gè)齒輪嚙合帶來(lái)的軸向力應(yīng)該有很大一部分相互抵消，而不傳導(dǎo)到軸承上。
通過(guò)上面分析我們知道這個(gè)軸承系統(tǒng)中，兩個(gè)軸承應(yīng)該承受一個(gè)較大的徑向負(fù)荷，同時(shí)有一個(gè)不大的軸向負(fù)荷施加在兩個(gè)軸承構(gòu)成的軸系統(tǒng)中。
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發(fā)布于2025年7月
視頻格式：MP4 | 視頻編碼：h264，1280x720 | 音頻編碼：AAC，44.1千赫茲，雙聲道
語(yǔ)言：英語(yǔ) | 時(shí)長(zhǎng)：2小時(shí)30分鐘 | 大小：1.98GB
電磁設(shè)計(jì)、磁齒輪箱、磁齒輪、有限元分析（FEA）、ANSYS Maxwell、永磁體
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