轴承的运转.docx

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轴承的运转

摩擦

滚动轴承内的摩擦是轴承内热量产生的决定因素，其结果也对操作温度产生决定性影响。

摩擦大小取决于负荷和其它一些因素,其中最重要的是轴承的种类和大小、操作速度、润滑剂性能和用量。

组成轴承运转总阻力的是：

有关接触面上的滚动和滑动摩擦、润滑剂内的摩擦、以及（如果有的话）接触密封件的滑动摩擦。

而产生滚动和滑动摩擦的地方则有：

滚动接触面、滚动部件和保持架之间的接触面、以及引导滚动部件或保持架的支承面。

摩擦力矩的估计

在某些条件下

–

轴承负荷P ≈ 0,1 C

–

润滑良好以及

–

操作环境正常

从以下方程：

M=0,5μPd取一个恒定摩擦系数μ，用这个系数就可以将摩擦力矩计算得足够精确了

其中

摩擦力矩，Nmm

轴承的恒定摩擦系数（表1）

等效轴承动负荷

轴承内圈直径，mm

新的SKF摩擦力矩计算模式

新的SKF摩擦力矩计算模式应用方程式

M=Mrr+Msl+M密封件+Mdrag，能更精确地计算出SKF滚动轴承内所产生的摩擦力矩。

新的SKF摩擦力矩计算模式是从一些更先进的SKF计算模式得出的。

这一新模式在以下操作条件下，用来提供近似的参考值:

–

润滑方式为油脂润滑或一般的油润滑:

油浴、油点、喷油；

–

如果是配对轴承，计算其摩擦力矩时，先分别算出单个轴承的摩擦力矩，再把两个值相加。

两个轴承平分整体的径向负荷；轴向负荷则根据轴承的配置来分担；

–

负荷等于或大于推荐的最小负荷；

–

负荷的大小和方向都是恒定的；

–

正常工作游隙。

滚动摩擦力矩

滚动摩擦力矩是用

Mrr=Grr（νn）0,6方程式来计算的

其中

Mrr

滚动摩擦力矩，Nmm

Grr

一个取决于轴承

–

种类的参数

–

轴承平均直径

dm=0,5（d+D），mm

–

径向负荷Fr，N

–

轴向负荷Fa，N

旋转速度，r/min

润滑剂在操作温度下的动力粘度，mm2/s

（若为滑脂润滑则是基油粘度）。

滑动摩擦力矩

滑动摩擦力矩是用

Msl=μslGsl来计算的

其中

Msl

滑动摩擦力矩，Nmm

Gsl

一个由轴承型号

–

而定的参数

–

轴承平均直径dm =0,5（d + D），mm

–

径向负荷Fr，N

–

轴向负荷Fa，N

μsl

滑动摩擦系数

，可以定为供全膜应用的值，即κ ≥ 2,

–

矿物油润滑时为0,05

–

合成油润滑时为0,04

–

液压油润滑时为0,1

如为圆柱或圆锥滚子轴承，则改用以下的值：

–

圆柱滚子轴承时为0,02

–

圆锥滚子轴承时为0,002

密封件的摩擦力矩

如果轴承安装了接触密封件，密封件所引起的磨擦损耗可能超过轴承所引起的磨擦损耗。

如果轴承两端都密封，那么密封件的摩擦力矩可以用下面的经验公式来估计

Mseal =KS1dsβ+KS2

其中

Mseal

密封件的摩擦力矩，Nmm

KS1

根据轴承型号而定的常数

KS2

根据轴承和密封件种类而定的常数

轴肩直径

根据轴承和密封件种类而定的指数

常数KS1和KS2、轴肩直径ds和指数β的值，都可以在使用摩擦计算程序时从数据库读到。

M密封件是两个密封件所产生的摩擦力矩。

如果只有一个密封件的话，那么所产生的摩擦是0,5Mseal。

游隙和不对中对摩擦的影响

轴承游隙和／或不对中的变化会改变摩擦力矩。

上述模型考虑的是一般游隙和对中轴承。

然而，轴承的高运行温度或高转速可能减小轴承内隙，从而增加摩擦。

不对中通常会增加摩擦，然而，对自调心球轴承、球面滚子轴承、CARB圆`环滚子轴承和球面滚子推力轴承而言，因不对中而相应增加的摩擦可忽略不计。

油脂充填对摩擦的影响

在油脂润滑的情况下，当轴承刚填充（或补油）了所建议的油脂量，在开始几个小时或几天的运行期内，轴承的摩擦值会比最初计算的高得多（视乎轴承转速而有不同）。

这是因为油脂需要时间在轴承内的空间中重新分布；与此同时润滑脂也会被搅动及四处移动。

然而，在此磨合期之后，摩擦力矩值便减小至与油润滑轴承差不多的摩擦力矩；在许多情况下，此摩擦力矩值可能更小。

如果在轴承里填入过量的油脂，可导致更大的轴承摩擦值。

陶瓷球轴承的摩擦性能

由于陶瓷弹性模数值较高，因此陶瓷滚动轴承的接触面较小，这便减小滚动和滑动的摩擦部分。

此外，由于陶瓷比钢材的密度小，这就减小了离心力，在高速运转时也可能降低摩擦力。

启动扭矩

滚动轴承的启动扭矩是指轴承从静止状态开始旋转时必须克服的力矩。

在正常的环境温度摄氏+20到+30度下，转速由零开始并且μsl=μbl时，启动扭矩只需以滑动摩擦力矩以及（如果有的话）密封件的摩擦力矩计算。

因此

M开始=Msl+M密封件

其中

M开始

启动摩擦力矩，Nmm

Msl

滑动摩擦力矩，Nmm

M密封件

密封件的摩擦力矩，Nmm

然而，如果是接触角大的滚子轴承，那么启动扭矩值会高得多：

313、322B、323B和T7FC系列的圆锥滚子轴承最高可达四倍；球面滚子推力轴承则可达八倍。

功率损失和轴承温度

由轴承摩擦引起的轴承功率损失可用以下方程式算出

NR=1,05x10-4Mn

其中

功率损失，W

轴承的总摩擦力矩，Nmm

转速，r/min

如果冷却系数（轴承与环境的每一度温差将从轴承带走的热量值）已知，可以通过以下方程式估算出轴承的温度增加值：

ΔT=NR/Ws

其中

ΔT

温度增加值，C

功率损失，W

冷却系数，W/C

速度和振动

滚动轴承运行速度有一个极限。

一般来说，这极限速度由润滑剂的运行温度或轴承部件的材料来设定。

达到极限运行温度的速度取决于轴承运行中产生的摩擦热量（包括任何外来的热量），以及可以从轴承上散发的热量。

轴承的种类和尺寸、内部设计、负荷、润滑方式和冷却条件、以及保持架设计、精确度和内部游隙等等，都会影响转速能力的确定。

在产品表中，一般列出两种速度：

（热）参考速度和（运动）极限速度，这两个速度的数值取决于所考虑的标准。

参考速度

在产品表中列出的（热）参考速度是一种速度参考值，用来决定在一定负荷和润滑剂粘度的条件下轴承的可允许运行速度。

一个给定轴承的参考转速代表了其在某种特定运行条件下的速度。

在这个速度时，轴承产生的热量与从轴承散发到轴杆、轴承座和润滑剂的热量达致平衡。

根据ISO15312：

2003标准，达到这种热量平衡的参考条件是：

–

在摄氏20度的环境温度上再增加50度，即轴承温度为摄氏70度，测量点是轴承的固定外圈或轴承座垫圈;

–

径向轴承：

一个稳定的径向负荷，占基本静负荷额定值的C0的5%

–

推力轴承：

一个稳定的轴向负荷，占基本静负荷额定值的C0的2%

–

具常规游隙的开放式轴承

用于油润滑轴承：

–

润滑剂：

无EP添加剂的矿物油，在摄氏70度时的运动粘度

ν=12mm2/s（ISO VG 32）（用于径向轴承）

ν=24mm2/s（ISO VG 68）for（用于推力滚子轴承）

–

润滑方法：

油浴，润滑油达到滚动体处于最低位置时的中部。

用于油脂润滑轴承：

–

润滑剂：

含有矿物基油的常规锂皂油脂润滑，在摄氏40度时粘度从100到200mm2/s（例如ISO VG 150）

–

油脂量：

大约是轴承内部自由空间的30%。

在油脂润滑轴承启动时，可能出现一次温度峰值。

因此，轴承可能需要运行10至20小时方可达到正常运行温度。

在这些特定的条件下，油润滑和油脂润滑的参考速度相等。

在轴承外圈旋转的情况下，可能有必要降低额定值。

对于某些轴承，它们的速度极限不是由滚动体／轴承滚道接触面决定，轴承表只提供它们的限速值。

这些轴承包括带接触密封件之类的轴承。

参考速度-负荷和油粘度对参考速度／允许速度的影响

当负荷和粘度高于参考值时，摩擦阻力将增大。

除非允许更高的温度，否则轴承无法在建议的参考速度下运行。

负荷和运动粘度对参考速度的影响可从以下图解中查到：

图解1：

径向球轴承

图解2：

径向滚子轴承

图解3：

推力球轴承

图解4：

推力滚子轴承

油润滑调节系数值

fP：

当量轴承动负荷P的影响，和

fv：

而粘度的影响，

可以从图解1至4查到，作为P/C0和轴承平均直径dm的一个函数。

其中

当量轴承动负荷，kN

基本静载荷定值，kN

轴承平均直径，0,5（d+D），mm

图解中的粘度值用ISO型号表示，如ISO VG 32，其中32是指油在摄氏40度时的粘度。

参考速度–高于参考速度

如果能减小摩擦，就可能让轴承以高于参考速度的速度运行。

减小摩擦的途径是采用能精确量度润滑剂用量的润滑系统，或者通过以下方法之一散热：

使用循环油润滑系统、轴承座冷却拱肋、或导入冷却气流等

在没有以上预防措施的情况下，任何高于参考速度的运行都会引起轴承过热。

轴承温度上升意味着润滑剂粘度降低，使得油膜形成更为困难，从而导致更大的摩擦，使温度进一步升高。

如果与此同时轴承的运行游隙因内圈温度增加而减小，最终后果将是轴承被卡死。

任何速度的增加若超过参考速度，都意味着内外圈的温度差大于正常值。

因此，通常要求使用内游隙为C3的轴承，其游隙大于标准值，同时有必要更密切观察轴承内的温度分布。

限制速度

速度限制是由一定的标准决定的。

这些标准包括轴承保持架的外形稳定性和坚固性、保持架导轨面的润滑性、滚动体承受的离心及回旋力，以及其它限制速度的因素。

轴承有可能在高于表中所列的速度下运行，但这样做必须考虑到运转精确度，以及保持架设计、润滑和散热等问题。

另外还有其它因素需要考虑，例如保持架导轨面的润滑以及润滑剂的剪切强度，这些都由基油和增稠剂所决定

对于某些轴承，由于它们的转速极限不是由滚动体／轨道接触面上的热量决定的，所以轴承表只列有它们的限速值。

这些轴承包括满滚子轴承和带有接触密封件的轴承。

必须记住，如果想要在高速运转时达到满意状态，轴承必须承受一个最小的负荷。

特殊情况

在某些应用中，更有比极限速度更为重要的因素需要考虑。

低速度

在非常低的速度下，弹性流体动压润滑膜不可能在滚动体和滚道的接触面上形成。

在这些应用中，一般应使用包含EP添加剂的润滑剂

往复摆动

在此运行状态下，旋转方向在轴承未转满一圈时就已改变。

由于旋转速度在旋转方向刚反转时为零，所以润滑剂完全的流体动压润滑膜无法维持。

在这种情况下，为了获得能承受负荷的边界润滑油膜，使用含有有效EP添加剂的润滑剂是很重要的。

要为这种往复摆动设定一个极限速度或额定速度是不可能的，因为它的速度上限并非受制于热量平衡，而是由有关的惯性力决定。

在每次方向反转时，就会有一种危险出现，那就是惯性力会引起滚动体小距离滑行，并使滚道脏污。

可允许的加速度和减速度取决于滚动体和保持架的形体重量、润滑剂的种类和剂量、运行游隙以及轴承的负荷。

例如，在连杆轴承配置中，使用的便是滚动体相对较小、量轻的预加载轴承。

轴承中振动的产生

一般来说，滚动轴承本身不产生噪音。

通常感觉到的“轴承噪音”事实上是轴承直接或间接地与周围结构产生振动的声音效应。

这就是为什么许多时候噪音问题可被视为涉及到整个轴承应用的振动问题。

因加载滚动体数量变化而产生的激振

当一个径向负荷加载于某个轴承时，其承载负荷的滚动体数量在运行中会稍有变化，即：

2-3-2-3....这引起了负荷方向的偏移。

由此产生的振动是不可避免的，但可通过轴向预加载来减轻，加载于所有滚动体（不适用于圆柱滚子轴承）。