軸承齒輪的案例
齒輪箱及齒輪箱軸承應用（下）
齒輪箱及齒輪箱軸承應用（下）
在大部分的齒輪箱設計過程中，齒輪箱的工程師會參與軸承需求的討論，但是他們只是給軸承廠家提出任務，并非會對軸承知識或者軸承應用有更深入的了解。這些任務最終還是需要軸承應用工程師在軸承的選型和應用設計過程中來翻譯和滿足。
特殊定制發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用工作最重要的技能應該是根據要求，選擇合適的軸承，并對不合適的需求進行轉化，懸著正確的軸承，并進行正確的使用。
上述這些就是我們所說的“齒輪箱軸承應用技術”。
齒輪箱軸承應用技術，是針對應用在齒輪箱環境下的軸承的技術。研究目標是軸承，研究環境是齒輪箱。同時齒輪箱軸承應用技術又是一門“應用技術”，而非軸承本身的設計和制造技術。
從一個角度講，我們討論的是如何將標準軸承更好的應用在齒輪箱中。
展開 滾動軸承和齒輪振動信號分析與故障診斷方法
滾動軸承和齒輪是機械設備中最常見的零部件。它們的運行狀態直接影響到整臺機器的功能。本文總結分析了滾動軸承與齒輪典型故障的故障機理及其振動特征，詳細介紹了滾動軸承和齒輪振動信號分析與故障診斷的方法，比較了各種方法的特點，并提出了滾動軸承和齒輪故障診斷的相關解調法。針對滾動軸承和齒輪的典型故障特征，采用了時域分析與頻譜分析相結合的診斷方法，基于Windows平臺，利用面向對象的Delphi 5.0，編制了滾動軸承和齒輪的振動信號分析與故障診斷軟件BGMD1.0
滾動軸承和齒輪振動信號分析與故障診斷方法.pdf
展開 基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真分析
文中考慮了油膜牽引效應，建立了滾珠和四個滾道的牽引和接觸方程，研究了高速微載荷、軸向-徑向復合載荷等復雜工況下軸承動態接觸特性的變化。隨著軸承預載的增加，滾珠和滾道之間的相互作用逐漸從三點接觸變為兩點接觸，這是軸承摩擦損失的關鍵因素，為軸承摩擦力矩計算數學模型的建立提供了參考。
本文基于AMESim仿真環境，建立了一種汽車斜齒輪對于軸承損失計算仿真模型，以實現精確模擬測量汽車斜齒輪接觸處的軸向和徑向載荷，并將其投影到軸承上，計算軸承損失中的載荷貢獻。建立基于徑向載荷、軸向載荷和潤滑油引起的軸承損失數學模型；基于斯凱孚（Svenska Kullager Fabriken,SKF）軸承摩擦力矩計算模型，更精確地計算滾動軸承中產生的摩擦力矩；采用比例-積分-微分（Proportion Integration Differentiation,PID）速度控制方法，在AMESim中進行了仿真試驗，為軸承的徑向載荷和軸向載荷仿真測量與分析及軸承選型設計提供了參考。
1 汽車斜齒輪對與軸承模型
1.1 汽車斜齒輪對與軸承三維模型
如圖1所示，建立的汽車斜齒輪對與軸承模型包括一個小斜齒輪及其傳動軸上兩個滾動軸承、大斜齒輪及其傳動軸上兩個滾動軸承。可知在斜齒輪傳動時，斜齒輪上存在正向或負向的徑向力及其所產生的正向或負向扭矩，其力和力矩均會通過傳動軸傳遞至軸承上，且斜齒輪對的傳動依靠軸承的承載和由于軸承而提供較小摩擦系數的旋轉。
圖1 汽車斜齒輪對與軸承簡化三維模型
1.2 軸承損失模型
實踐表明軸承損失與齒輪對的徑向載荷、軸向載荷和潤滑油有關，其一般表達式為
式中，T為總扭矩損失；To為由于潤滑油而產生的扭矩損失；Tr為等效徑向負載引起的扭矩損失；Ta為等效軸向負載引起的扭矩損失。
展開 齒輪箱軸承內圈脫開案例分析（三）
軸承的受力
我們通過上述分析和故障現象可以看到兩個調心滾子軸承內圈脫開，這就是說兩個軸承承受軸向力，軸向力的方向是施加在齒輪箱內側的軸承內圈以及齒輪箱外側的軸承外圈之間的，如下圖所示：
案例中，兩個軸承內圈都呈現脫開的狀態，因此應該是兩個軸承都承受到了軸向負荷，方向如圖。
在上一篇文章中，我們分析可知，這樣的軸承系統，內部齒輪捏合的軸向力相互抵消，因此不會產生軸向負荷（即便有，也不會很大），因此這個軸向負荷的來源不是齒輪嚙合。同時如果是齒輪嚙合產生的軸向負荷，在斜齒齒輪單方向運轉的時候，軸向力方向也只會是一個方向的，而不會是雙向的。
因此，這個軸向力應該來自外界。
這個齒輪箱并無外界負載，而相對于軸系統而言有來自外界的軸向負荷，那么就應該檢查軸承系統的布置。
首先，根據軸承布置的相關知識，我們知道軸系統通常有定位加非定位系統，和交叉定位系統。
其次，對于定位加非定位系統而言，定位端軸承承受軸向負荷，非定位端軸承不承受軸向負荷，設計的時候，會對非定位端軸承軸向放開，使之不承受軸向負荷。顯然，這樣的承載狀態和本案不符，如果是定位加非定位結構，那么非定位端軸承不會承受軸向力。
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在交叉定位結構中。因此可以推斷這個軸系統是交叉定位結構。
展開 
機械人必須掌握的3元素：齒輪負責傳動，軸承負責支撐，螺栓負責聯接
導讀：在機械行業，螺栓、軸承、齒輪是三個最基本的元素，重要性位列所有機械零部件中的前三甲。其中螺栓應用最廣，幾乎所有機械都離不開螺栓，所有機械傳動都離不開軸承，大部分機械傳動都離不開齒輪。因此從重要性來說螺栓是當之無愧的機械之王。
一、某齒輪箱各零部件之間邏輯關系
齒輪負責傳動，軸承負責支撐，螺栓負責聯接，各司其責。但是為了讓這三個零件更好地發揮作用人們發明了一些服務于這三個機械元素的輔助機械元素：為了實現服務于齒輪的正常傳動功能，出現了軸；為了支持軸的轉動，需要軸承；為了軸承的正常運轉，出現了潤滑油或潤滑脂；為了維持油脂量不變，出現了密封；同時為了維持齒輪和軸承的正常運轉，出現了冷卻。但是各個機械元素之間的聯系不是隨意的，是需要按照力學規律和產品要求來實現的，具體來說就是常用的標準，某齒輪箱的各零部件之間邏輯關系如下圖所示：
以上圖齒輪箱零部件關系為例，需要用到的標準還要更多，但是無論對于工程師還是企業來說，我們完全不需要也不可能面面俱到地都掌握，我們只需要掌握其核心。所謂核心就是觸碰到知識底層、以力學和數學為工具的計算方法，我習慣稱其為學科，如螺栓聯結設計計算學科VDI2230，過盈配合計算學科DIN7190, 應力結果評價標準FKM，軸設計學科DIN743，而不是直接查閱就能得到結果的標準如頂尖工藝孔標準DIN 332，緊固件材料標準DIN 898-1。恰如計算機產業，美國的芯片生產的很好，印度的機箱生產的很好。美國沒有機箱大不了計算機敞著用，但是印度沒有美國的芯片那就徹底停機，沒得用。
二、機械行業也是高科技行業
記得我上大學的時候，學的是機械工程及自動化。當時我們專業的同學自己倒是從來沒有感覺概念，但是其它專業同學，如電氣和計算機專業的，卻是認為我們學機械的沒有前途。為什么會有這種感覺呢？
展開 Tribo-X|專用于軸承、齒輪等摩擦潤滑系統的摩檫學計算軟件
考慮湍流通常會提升油膜摩擦力，從而獲得更好的軸承承載能力。Tribo-X提供專門的湍流模型來考慮湍流效應。
潤滑油運動狀態
10、磨損因素
基于Fleisher提出的能量磨損理論。通過輸入材料磨損的能量密度，即磨損單位體積所消耗的功，Tribo-X可以計算運動過程中材料出現磨損后，間隙寬度出現變化的摩擦學行為。
11、應力分析
對于點、線接觸，包括齒輪接觸、凸輪接觸等，Tribo-X可以進行應力分析計算。Tribo-X可以定義摩擦副表面的多層涂層，計算x、y、z方向的應力分量及等效應力分布。
考慮摩擦表面的多層涂層
應力分布分析（滾動接觸示例）
12、穩態和瞬態分析
Tribo-X可以進行穩態分析，也可以計算隨時間變化載荷作用下的機械零件響應，比如循環載荷作用下的瞬態軸承分析及非循環載荷作用下的瞬態軸承分析、齒輪或凸輪運動分析。
不同運動時間點下壓力分布（圓柱齒輪示例）
Tribo-X應用方向
Tribo-X軟件模塊組成
1、滾動接觸模塊
可以計算任意一種點、線接觸方式，如下圖所示。定義接觸體的任意幾何形狀，如理想球體、圓柱體或橢圓幾何形狀。
不同滾動接觸方式
齒輪嚙合是相當復雜的運動過程，其接觸幾何、表面速度和載荷都隨著時間變化，因而油膜厚度也是變化的。圓柱齒輪和錐齒輪作為滾動接觸的附加模塊，可以模擬計算斜齒輪副、直齒輪副，或者準雙曲面齒輪副、直尺錐齒輪、螺旋錐齒輪副。獲得齒輪運動狀態中重要的參數。
展開 齒輪箱軸承內圈脫開案例分析（一）
某工程師閱讀本公號有關調心滾子軸承軸向負荷的文章，發現現實中遇到類似情況。其結構如圖：
圖中兩根齒輪軸通過齒輪嚙合連接，照片中標識的部分為一根軸的支撐軸承位置。該設計中使用了兩個調心滾子軸承。在齒輪箱正常運行的時候，發現靠近內側的兩個軸承滾子出現脫開的現象。工程師發來一段視頻，即使軸從運行狀態轉入停止狀態，兩個軸承的內側轉子依然可以自由滑行一段時間（時間很短）。同時在之前的一些機器中，根據工程師的反應，這根軸上的軸承經常出現問題。這是一個很有意思的案例，在這里跟大家分享一下分析的過程。
關于調心滾子軸承的脫開問題：
一般常見的調心滾子軸承（圓環滾子軸承除外）是有兩列滾動體并且可以調心的軸承。兩列滾子通過滾子母線的特殊設計以及軸承內外圈的特殊設計實現了軸承承受偏心負荷的能力。總體而言，調心滾子可以承受較大的徑向負荷，一定的軸向負荷以及一定的偏心負荷。
上述的調心滾子軸承負荷能力介紹是關于這個軸承的通用負荷能力的介紹。事實上這類軸承的軸向負荷承載能力受到軸承內部結構的影響，有一定的限制。
首先，當調心滾子軸承承受單向軸向負荷的時候，兩列滾子中與負荷相對一側的滾子受到內圈、外圈滾道的擠壓，承受軸向負荷。相反一側的滾子則不承受這樣的軸向負荷。如果軸承承受了一定的徑向負荷，由于軸承自身結構的原因，上述不承受外界徑向負荷的滾子依然會被壓緊，其壓力角有一定的軸向分量。因此，此時軸承運轉起來，軸承的這一列滾子會和另一列滾子一起被壓緊，并投入運行。
如果軸承承受的外界軸向負荷大于軸承不承受負荷一側的滾子受力的軸向分量的時候，這一列的滾子就會出現“松脫”的現象。當軸承運行的時候，這一列滾子由于沒有足夠的正壓力導致滾動體在滾道內部不能形成純滾動。通常是滑動和滾動混雜的運動狀態。
展開 『分享』齒輪一轉子一滑動軸承系統
本文應用求周期解的數值計算方法—— 打靶法和判定周期解穩定性的Floquet
乘子研究j齒輪一轉子一滑動軸承糸統中齒輪嚙臺時變剛度，滑動軸承非線性特性對
轉子糸統不平衡響應和失穩的影響，并比較j平衡位置失穩和不平衡響應周期解失
穩，以及按雙軸計算與單軸計算結果的差別，為I程設計理論計算提供基礎。
齒輪—轉子—滑動軸承系統時變非線性動力特性研究.pdf
齒輪箱及齒輪箱應用（上）
因此這兩類零部件是齒輪箱設計、應用、維護和故障診斷中最關鍵的部分。也是故障高發的零部件。在這兩者中，軸承又是在自身內部實現的運轉。因此就單個零部件而言，可以說是更加復雜的。
在齒輪箱的設計階段，軸承的設計選型是難點之一；在齒輪箱發生故障的時候，軸承是故障多發的元件之一。可以說，軸承對于齒輪箱而言是一個重要的關鍵零部件，并且其選擇、裝配、使用與維護也具有相當的難度。
從工程技術人員的知識儲備來看，齒輪箱的核心技術是齒輪的設計、生產和制造。因此，齒輪箱工程師對軸承技術的掌握相對有限。軸承對于齒輪箱廠家和用戶而言是一個應用零件，工程師和最終用戶都很少參與軸承的設計，基本上都是在在作為標準件的眾多軸承型號中進行選用。因此本身也沒有很多的投入對軸承技術的學習和了解。
經過多年的應用經驗的積累，很多軸承廠家可能針對齒輪箱的特殊工況開發專門用于齒輪箱的軸承型號。或者，軸承廠家也會對于某種特殊的要求進行相應的特殊設計，從而生產出某些專門應用的軸承。
展開 2009湖南國際機械工業博覽會
5．表面處理技術設備及材料展：
表面處理、精飾技術與設備；電鍍及輔助設備與材料；涂裝及輔助設備、涂料；前后處理技術設備等；
6．動力傳動與控制技術暨軸承、齒輪、潤滑油與設備展
機械傳動與零部件及制造設備；電氣傳動；液壓技術、氣動技術、密封技術、壓縮空氣技術設備；軸承、齒輪及軸承、齒輪生產設備等。
齒輪箱軸承內圈脫開案例分析（二）
上一篇文章對某齒輪箱軸系統兩個調心滾子軸承單列脫開的現象進行了分析，同時說明調心滾子承受軸向負荷的時候，當軸向負荷達到一定程度之后，有可能造成不承受軸向負荷一側的滾子出現“松脫”的現象。
既然這種“松脫”現象對軸承運行是有害的，那么表明調心滾子軸承不能承受這么大的軸向負荷。對于這個案例里的設計，我們首先需要分析軸承的這個大軸向負荷的來源，然后對這個軸向負荷的合理性進行判斷。然后根據相應的結論找到原因，并消除。本文重點介紹這個分析過程。
首先，齒輪軸結構如圖：
圖中，有標記的是軸承出現運動狀態異常的位置。這根軸上有兩個斜齒齒輪，同時兩個斜齒齒輪螺旋角方向相反，并且兩個齒輪直徑相仿。
以上的觀察實際上對后續判斷十分重要。我們可以大致畫一下這根軸的受力簡圖：
圖中僅僅畫出了兩個齒輪嚙合的受力。假設照片中的齒輪軸是被動齒輪，自左向右看是順時針旋轉，則齒輪嚙合受力大致如上圖所示。（事實上齒輪軸可能是主動齒輪，可能是相反方向旋轉，這些情況受力的對稱性不變，讀者可以自行分析）。
從圖中可以看到兩個齒輪受力點處承受一個從紙面向外的齒輪嚙合周向負荷。同時齒輪承受一個向外的軸向負荷的。
齒輪嚙合處的周向負荷自上而下看，就是軸系統的一個徑向負荷。
因此這個軸系統承受兩個齒輪嚙合帶來的軸向力和徑向力。徑向力暫且擱置。我們看軸向力。
從圖中不難察覺兩個齒輪齒數和節徑相仿。由此可以得知，兩個齒輪的嚙合力相差不大。換言之，這個軸系統中兩個齒輪嚙合帶來的軸向力應該有很大一部分相互抵消，而不傳導到軸承上。
通過上面分析我們知道這個軸承系統中，兩個軸承應該承受一個較大的徑向負荷，同時有一個不大的軸向負荷施加在兩個軸承構成的軸系統中。
展開 
齒輪故障&軸承故障&旋轉機械故障特征頻率
1.齒輪故障特征頻譜
功率倒頻譜常用于齒輪系統的振動和噪聲分析，它能分離轉軸二次以上諧波調制而引起的大量“邊頻”，容易找出主要調制頻率成分，從而對故障做出準確的診斷。
齒輪常見故障的特征頻譜如圖1所示，其中，GMF表示齒輪嚙合頻率，Fr表示低速齒輪轉頻，Fn表示高速齒輪轉頻。
（a）正常
（b）磨損
（c）不對中
（d）裂紋
（e）偏心
（f）斷齒
圖1 齒輪常見故障特征頻譜圖
2.滾動軸承故障特征
2.1.故障頻率經驗公式
1）內圈故障頻率
2）外圈故障頻率
3）保持架故障頻率
4）滾動體故障頻率
5）外圈與保持架的關系
6）外圈與內圈的關系
其中，fr為轉頻，z為滾動體個數。
2.2.滾動軸承滾動體故障
1）滾動體損傷時，缺陷部位通過內圈或外圈滾道表面時會產生沖擊振動。
2）滾動軸承無徑向間隙時，會產生頻率為n×z×fb的沖擊振動。
3）滾動軸承有徑向間隙時，根據損傷部位與內圈或外圈發生沖擊接觸的位置不同，會發生以保持架旋轉頻率fc進行的振幅調制的情況。
圖2 滾動軸承滾動體故障
2.3.滾動軸承內圈故障
1）內滾道產生損傷時，如剝落、裂紋、點蝕等，若滾動軸承無徑向間隙，會產生頻率為n×z×fi的沖擊振動。
2）通常滾動軸承都有徑向間隙，且為單邊載荷，根據損傷部分與滾動體發生沖擊接觸的位置不同，振動的振幅會發生周期性的變化，及發生振幅調制的情況。
圖3 滾動軸承內圈故障
2.4.滾動軸承外圈故障
1）滾動軸承外圈滾道產生損傷時，在滾動體通過時也會產生沖擊振動。
2）由于損傷的位置與載荷方向的相對位置關系是一定的，所以不存在振幅調制的情況。
展開 151基于matlab的齒輪-軸-軸承系統的含間隙非線性動力學模型 ￥25.9
基于matlab的齒輪-軸-軸承系統的含間隙非線性動力學模型，根據牛頓第二定律，建立齒輪系統嚙合的非線性動力學方程，同時也主要應用修正Capone模型的滑動軸承無量綱化雷諾方程，利用這些方程推到公式建模；用MATLAB求解畫出位移-速度圖像，從而得到系統在不同轉速下的混沌特性，分析齒輪-滑動軸承系統的動態特性。程序已調通，可直接運行。
【延長減速機使用壽命的方法】- 米思米機械設備知識分享
其內外負荷過大易導致齒折斷、軸折斷和運動部件的磨損，而運動部件的磨耗又會導致潤滑油膜形成困難，因此，在減速機使用硬齒面齒輪的情況下，提高其使用壽命的方法如下：
一、是要避免減速機所驅動的部件產生過大的外負荷。
二、是減速機內部軸承或齒輪等零部件磨耗要控制在合理的范圍。
三、是要盡可能保證其軸承內部和齒輪嚙合面間成全流體動力潤滑油膜。
1.正確安裝減速機，避免產生過大的附加力
減速機安裝必須符合相應的其安裝要求，避免因對中不良、配合精度不足、振動過大等原因，導致過大的附加力(即增加外載荷)，從而加速減速機的損壞。這類故障，在運行初期或運行中，應及時發現并設法解決，否則，可能振動載荷而導致磨損加速或軸承跑圈等異常情況，減少減速機使用壽命。
2.及時檢修被驅動部件和減速機，避免減速機內外負荷過大
被減速機驅動的部件可能因磨損、積垢、裂紋或支承軸承的損壞等原因，產生過大的外部負荷。因此，在日常檢修工作中，應制定并落實有針對性的點檢和修理標準，避免產生過大的外部載荷，從而減少減速機https://www.misumi.com.cn/seojingtai/jiansuji.html的使用壽命。
3保證其軸承和齒面間形成全流體動力潤滑油膜。
全流體動力潤滑油膜的形成，是提高減速機使用壽命的根本。以下是具體方法:
① 合理選用潤滑油
合理選擇潤滑油是保證充分潤滑的關鍵。選擇潤滑油時主要考慮線速度、極限載荷、作溫度、工作環境等因素，合理選取潤滑油。
展開 7軸承故障脈沖仿真(外圈，內圈，滾動體)，再此基礎上加噪聲，齒輪嚙合，基于上述三個合成高干擾信號 ￥19.89
軸承故障脈沖仿真(外圈，內圈，滾動體)，再此基礎上加噪聲，齒輪嚙合，基于上述三個合成高干擾信號。進行各類算法驗證。基于MATLAB平臺，算法已調通，可直接運行。
