保持架间隙对滚动轴承性能的影响_郑伯伟
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多孔聚酰亚胺保持架对轴承贫油润滑性能研究赵华俊;王晓雷;黄巍【摘要】采用冷压烧结工艺制备了致密及孔隙率为33.5%的两种聚酰亚胺(PI)材料,探究了多孔PI材料的储油、出油性能及摩擦性能并加工成角接触球轴承保持架形态,研究其对轴承润滑性能影响.结果表明,多孔PI表面及内部分布均匀孔洞,具备良好的吸油储油能力,在受热时能稳定输出油液,极大改善了摩擦副的摩擦性能.贫油润滑情况下,致密PI保持架轴承在运行45 min后润滑失效,而多孔PI保持架轴承能平稳运行12 h,减摩、降温效果明显.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2018(047)003【总页数】4页(P31-34)【关键词】多孔聚酰亚胺;轴承;保持架;角接触球轴承;贫油润滑【作者】赵华俊;王晓雷;黄巍【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH133.30 引言在特殊情况下,直升机传动系统常面临润滑失效从而进入贫油润滑乃至干运转状态。
传动系统中轴承进入干运转状态后,保持架最容易遭受破坏[1]。
采用多孔材料应用于轴承保持架,被认为是一种有效提高轴承干运转能力的途径。
多孔聚合物材料由于多孔结构的存在而具有优越的自润滑性能,在正常状态下,聚合物内部的多孔结构能够吸入并存储油液。
而在需要的情况下,因为温度或压力的作用能够连续稳定地向摩擦副表面提供油液,可以在传动系统贫油状态下发挥良好的润滑作用[2]。
聚酰亚胺(PI)是一类主链上含有酰亚胺环的高分子材料,不但具有良好的力学性能、耐辐照性、耐磨性和自润滑性,而且具有优异的耐热性和抗热氧化性。
因此,越来越受到航空、航天等领域的关注[3-4]。
目前,国内外关于多孔聚酰亚胺的制备及其摩擦磨损性能已有较多报道[5-6],北京理工大学浦玉萍等[7]采用模压法制备PI多孔材料,孔隙率在17%~18%之间,发现随着添加剂MoS2含量的增加,摩擦系数从0.3降到0.25,减摩效果明显。
表征滚动轴承工作性能的要素滚动轴承的结构包括:外圈、内圈、滚动体、保持架、润滑脂和密封件。
内圈和外圈之间的对应面上设有供滚动体滚动的凹槽,根据设计要求可以有密封圈安装槽和外挡圈安装槽。
滚动轴承保持架的主要作用是将滚动体等距离分开,并引导其转动,以防止轴承运行时滚动体之间的碰撞和摩擦。
滚动体通过保持架均匀分布在内圈和外圈之间,滚动摩擦转化为滑动摩擦。
影响滚动轴承性能的主要有五个方面:轴承材料、游隙、润滑、密封条件和加工工艺。
1)轴承材料对性能的影响轴承材料是影响轴承寿命最重要的因素。
轴承的套圈和滚动体一般使用高碳铬轴承钢GCr15,不同品质的钢材原料区别主要在于氧含量和钛含量,其次为磷硫含量。
钢材中的这些非金属元素会形成非金属夹杂物,在轴承受到大载荷时会促进萌生裂纹。
其中氧含量的影响最大并且已经被证明与滚动接触疲劳寿命具有相关性,氧含量从0.0028%降低到0.0005%,其疲劳寿命可以延长一个数量级。
因为氧原子在金属中多以氧化物形式存在,氧含量高时夹杂物的颗粒大,而滚动接触疲劳寿命与最大夹杂物有关,所以控制氧含量是有效延长疲劳寿命的措施。
钢材热处理工艺对材料的组织产生影响,从而影响材料的性能。
常见的热处理质量问题有表面脱碳超标、硬度不合格、淬火裂纹以及尺寸变形等。
目前国内热处理工艺与国外的主要差距在于网状碳化物的含量、组织晶粒度大小和均匀性。
淬火温度过高(880℃)或不回火处理,会导致材料脆性较大,显微组织中的碳化物不均匀。
碳化物颗粒粗大时,基体组织中的碳化物浓度差就大,反之浓度差小,若浓度差大则浓度高和低处的寿命较低,所以平均寿命就低;碳化物的外形,细小的碳化物外形较为圆滑,粗大的碳化物外形容易有尖锐或凹凸的边缘,容易与基体产生应力集中,在受到外力作用时会成为疲劳源产生裂纹,降低使用寿命。
国外常采用电磁搅拌、均匀化退火、可控气氛连续球化退火等措施来细化均匀碳化物。
同时注意热处理后的套圈与滚动体表面硬度匹配的问题,一般滚动体的硬度控制在范围上限,而套圈的硬度控制在范围下限,保证滚动体的硬度高于套圈1~2HRC,从而达到运转过程中的“冷辗整形”作用。
轴承保持架兜孔间隙是指轴承内部保持架和兜孔之间的间隙,它对于轴承的运转和寿命有着很大的影响。
在使用轴承的过程中,的大小必须保持在规定的范围内,否则会影响轴承的精度、承载能力和耐久性。
一、轴承保持架的作用轴承保持架是轴承中的一个重要部件,它主要用于固定滚动体和保持滚子的相对位置,同时还可以保护轴承内部的滚动体和其他重要部件,使得轴承能够平稳地运转。
二、兜孔的作用兜孔是一种加工工艺,用于在轴承内部挖出一个或多个孔,在孔内放置保持架,固定滚子的位置,使得轴承能够承载更大的负荷。
三、的影响1、轴承精度过大或过小都会影响轴承的精度。
如果间隙过大,轴承的精度会降低,导致轴承的运转不稳定,并且轴承的承载能力也会受到影响。
如果间隙过小,则会影响轴承的运转和寿命。
2、轴承承载能力过大会影响轴承的承载能力。
当轴承受到负荷时,轴承内部的保持架会挤压滚动体,使得滚子之间的间隙变小,从而能够承受更大的负荷。
如果间隙过大,保持架就不能很好地固定滚子,导致轴承承载能力下降。
3、轴承耐久性过大或过小都会影响轴承的耐久性。
当轴承内部的保持架兜孔间隙过大时,轴承搬运的滚子容易从保持架中滑出来,导致轴承失效。
如果间隙过小,则会使得轴承内部的滚子间隙变小,轴承的运转变得更加困难,导致轴承密封处磨损加剧。
四、如何确定大小根据轴承类型和使用条件,可以通过以下几种方法来确定:1、规范和标准对于不同类型的轴承,都有相应的规范和标准规定了的大小,使用时应该按照规范和标准要求进行。
2、实验测定可以通过实验测定的方式来确定轴承的保持架兜孔间隙大小,这需要特殊的设备和工具才能完成,对于一些特殊使用条件下的轴承来说,这是一种比较有效的确定方法。
3、工厂设置一些高精度轴承在出厂前会根据使用条件设置好保持架兜孔间隙的大小,用户在使用时应该尽量保持轴承的原始状态。
五、总结是轴承内部最重要的一个参数之一,在选择和使用轴承时应该充分考虑它的重要性,并且根据具体使用条件来确定合适的间隙大小,从而保证轴承的精度、承载能力和耐久性。
高速圆柱滚子轴承保持架运行稳定性分析王自彬;邓四二;张文虎;黄晓敏【摘要】基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对其进行求解,使用盒维数评价保持架质心轨迹的混乱程度,研究了保持架间隙比、轴承转速、轴承径向载荷、轴承径向游隙以及滚子个数等因素对保持架运行稳定性的影响.研究结果表明:盒维数能够发现相似保持架心轨迹之间的差别,并对保持架稳定性进行量化描述;较大的保持架间隙比不利于保持架的稳定运行,存在最佳间隙比使保持架质心轨迹涡动效果最好,保持架运行最稳定;内圈转速较低时,保持架质心不发生涡动,质心轨迹非常混乱,保持架运行不稳定;随着转速、滚子个数的增加,保持架运行稳定性增加;随着径向载荷、径向游隙的增加,保持架运行稳定性先增大后减小.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)009【总页数】9页(P100-108)【关键词】圆柱滚子轴承;保持架运行稳定性;动力学;盒维数;保持架质心轨迹【作者】王自彬;邓四二;张文虎;黄晓敏【作者单位】河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;辽宁重大装备制造协同创新中心,辽宁大连116024;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;重庆工业职业技术学院机械工程学院,重庆401120【正文语种】中文【中图分类】TH133高速圆柱滚子轴承以其优越的高速性能被广泛应用于航空发动机主轴。
高速圆柱滚子轴承保持架动态性能及可靠性直接影响着轴承的工作性能,其运动不稳定性会引起轴承早期失效[1]。
因此,有必要对影响高速圆柱滚子轴承保持架稳定性的关键因素进行分析,这对提高圆柱滚子轴承寿命及稳定性具有重要意义。
Ghaisas等[2]建立了六自由度圆柱滚子轴承动力学模型,通过保持架质心速度标准偏差比评价保持架稳定性,分析了保持架设计参数、内圈转速、滚子直径以及保持架不对称性对保持架运行稳定性的影响;Gupta[3-5]研究了保持架兜孔间隙、轴承动载荷、润滑剂、保持架不平衡量对保持架动态稳定性的影响;Meeks[6]建立了保持架的6自由度动力学模型,对保持架的设计参数进行了优化,改善了保持架的稳定性;Rivera[7]建立了简化的保持架分析模型,并指出滚动体与保持架之间的相互作用力是导致保持架运动不稳定的主要原因;Tada[8]发现减小保持架兜孔间隙和引导间隙可以有效降低由于保持架运动不稳定引起的噪声;Takafumi 等[9]考虑了润滑油非牛顿流体特性和滚子与滚道间热效应,分析了转速、载荷对保持架打滑率的影响;Zhang等[10]建立了高速圆柱滚子轴承动力学模型,研究了四种航空润滑油对保持架质心轨迹的影响,并使用庞加莱图分析了保持架运行稳定性;邓四二等[11]建立了高速圆柱滚子轴承动力学微分方程,对保持架动力学特性进行了理论分析,研究了保持架引导方式、间隙比对保持架质心轨迹及其打滑率的影响;刘秀海等[12]建立了高速圆柱滚子轴承动力学模型,研究了轴承转速、载荷、游隙等对保持架质心运动轨迹的影响;姜维等[13]针对电机专用轴承进行了试验研究,通过电机电流和声音判断保持架稳定性;黄迪山[14]针对微型轴承实体保持架,研究其质心轨迹的检测信号时域分析特点,分析了载荷大小及加载方式对其质心轨迹的影响及时变特征,并讨论了盒维数、滤波、保持架变形对涡动描述的影响。
轴承保持架与其性能的关联关系对于电机的机械故障和电气故障,轴承是与两种问题都直接关联的零部件,Ms.参多年来对故障电机的统计和分析发现,两类故障基本呈正相关性,要想电机性能更优,不能忽视与其相关的任何环节,经验告诉我们,对于电机产品,选择轴承很重要,维护和保养好轴承很必要。
轴承是非常精密的零部件,轴承的维护和保养又直接决定了电机的安全性和使用寿命。
任何一个电机生产厂家应特别关注使用轴承的性能符合性,一方面应在轴承型号的选择上做文章,另一方面应对与轴承配合零部件的公差进行评价和控制。
轴承保持架又称轴承保持器,指部分地包裹全部或部分滚动体,并随之运动的轴承零件,用以隔离滚动体,通常还引导滚动体并将其保持在轴承内。
保持架在滚动轴承中起着等距离隔离滚动体并防止滚动体掉落,引导并带动滚动体转动的作用。
轴承最先损坏的部件往往就是保持架,保持架可以说是轴承“肋骨”,均匀有序地分布好滚动体,使滚动体自由、均匀地游动在内圈和外圈之间,同时将载荷匀速作用在内圈、外圈各部位。
保持架受损致滚动体卡死或其表层被腐蚀使滚动体转动不灵,就容易使轴承的使用寿命大大缩短或噪音增大,甚至损坏。
保持架的材质的类型有低碳钢不锈钢保持架,胶木、尼龙保持架,黄铜、青铜和铝合金保持架等。
●钢质保持架有冲压和实体两种;采用钢板或钢锻件;此保持架强度高,材质较轻;多用于深沟球轴承、调心滚子轴承和大多数圆锥滚子轴承,一般不受滚动轴承的矿物油基或含碱油基润滑剂的影响;但这种保持架易受水,水蒸汽的影响而生锈;保持架运行温度可达300℃。
●黄铜保持架也有冲压和实体两种,冲压件仅适合于小型和中型轴承;材质包括黄铜板、黄铜铸件或黄铜锻件;与钢板冲压保持架相当,但密度相对小,极限转速高;该保持架不受润滑剂的影响,包括合成油和脂;但黄铜保持架不能用于300℃以上的场合(工作温度低于300℃),不适用于采用氨冷却,因为氨会引起黄铜季节性破碎;●聚酰胺保持架为实体保持架(注射成型法);缘于聚酰胺尼龙材料弹性大和重量轻的优势,这种保持架有非常好的滑动和自润滑性能。
轴承保持器作用详解保持架(又称保持器和隔离器)将轴承中的滚动体均匀的相互隔开,使每个滚动体在内圈和完外圈之间正常的滚动。
此外,保持架具有引导滚动体运动,改善轴承内部润滑条件,以及防止滚动体脱落等作用。
轴承保持架(器)的作用具体表现在:1.引导并带动滚动体在正确的滚道上滚动;2.保持架将滚动体等距离隔开,均布在滚道得圆周上以防止工作时滚动体间互相碰撞和摩擦;3.在分离型轴承中,将滚动体和一个套圈组合在一起,以防止滚动体脱落。
4.使滚动体之间保持适当的距离,防止相邻滚动体直接接触,以便将摩擦和发热保持在最低水平。
5.使滚动体均匀地分布在整个周边,提供均匀的负荷分布和安静、等速的运行,6.在无负荷区引导滚动体,改善轴承内的滚动条件,防止具有破坏性的滑动,7.分离型轴承在安装或拆卸过程中一个轴承套圈被取下的情况下,保持滚动体。
轴承保持器之所以能够起到这么多的重要作用,与其材质是分不开的。
就拿滚动轴承来说吧,它在工作时,由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损,特别是在高速运转的条件下,由于离心力、惯性力的作用,加速了轴承内部滚动体、内外圈与保持架的碰撞、摩擦磨损与发热,严重时会造成保持架烧伤和断裂,致使轴承不能正常使用,保持架损坏在轴承失效形式中占很大的比例,而在保持架损坏的原因中,保持架材质好坏又是主要原因之一。
因此,要求轴承保持架(器)的材质应具有良好的机械强度;尺寸的稳定性;良好的可塑性和可加工性等多方面性能,才能发挥至关重要的作用。
富海合精工机械轴承保持架按其制造工艺和所使用的材料保持架可分为:以低、中碳钢为材质的冲压保持架;以高强度铜合金(铅黄铜、镍、硅青铜等)、锌铝合金、球墨铸铁等为材质的合金实体保持架;以聚酰胺树脂为材质的工程塑料保持架;以酚醛层压布管为材质的酚醛胶木实体保持架。
其中冲压保持架以其生产效率高,材质轻,强度好,覆盖范围广而得到广泛的应用。
一代轮毂轴承游隙对轴承寿命的影响作者:于辉苗仲亮赵小威来源:《中小企业管理与科技·下旬刊》2016年第03期摘要:一代轮毂轴承总成售后市场失效模式主要表现为外圈沟道点状剥落,沟道清洁度不良、游隙设计不良、材质不佳及进水失效等均能造成轴承沟道点状剥落问题产生。
本文重点研究轴承游隙设计与轴承外圈点状剥落之间关系。
关键词:一代轮毂轴承总成;预紧力;负游隙;力矩轿车所使用一代轮毂轴承采用双列角接触轴承结构,其工作环境要求钢球在一定的压力下运转,即轴承装配整车后应始终保持在负游隙状态。
一代轮毂轴承主机厂装配传动轴进行动力传输,需使用锁紧螺母进行连接,锁紧螺母所带来的夹紧力会对轴承预紧使其形成负游隙,锁紧螺母拧紧过程通常通过扭矩法控制。
1 失效模式对某车型一代前轮毂轴承总成进行特返分析汇总失效模式。
共计收集25例故障件,故障模式主要表现为点状剥落、超精不良、异常冲击及误判等,故障分布图如图1所示,主要故障原因为外圈点状剥落其占比48%,下文主要针对点状剥落问题进行探讨。
2 失效原因沟道清洁度不良、游隙设计不良、材质不佳及进水失效等均能造成轴承沟道点状剥落问题产生,针对故障件拆解现象对其失效机理予以具体分析,三种典型故障如下:2.1 材质不佳如确定材质不佳导致轴承点状剥落,其剥落处材质在SEM扫描电镜下会显示金属夹杂物等,该批故障件电镜扫描结果未见材质夹杂物。
2.2 进水失效如确定进水失效导致轴承点状剥落,其内部油脂含水量会高于PPM2000(0.2%),通过检测故障件油脂含水量能判定其是否存在进水痕迹,该批检测油脂含水量均小于PPM2000,未见进水失效痕迹。
2.3 游隙设计参数不良游隙设计不良导致轴承沟道点状剥落问题,检测轴承内部油脂含水量及点状剥落材质均不能发现异常。
轮毂轴承使用过程中只有负游隙偏紧能造成沟道剥落问题,负游隙需要锁紧螺母锁紧来实现(如图2所示)。
因故障件已拆解分析,故只能检测轴承正游隙数据来验证是否存在质量问题,一代轮毂轴承正游隙设计参数为65-90um。
保持架轴承承载能力较差的原因说起保持架轴承,估计大多数人都不太清楚它到底是干啥的。
简单来说,保持架轴承就是机械里头那一小块“挡路”的东西,帮助保持滚动体的位置和稳定性。
说白了,就是它让那些滚动体不至于东倒西歪,确保轴承能够平稳工作。
但,嘿,它的承载能力可是相当“软弱”的,简直比一块豆腐还脆弱。
到底是什么原因呢?说白了,问题就在那点小小的“框框”里。
保持架轴承的材料大多数是用钢板或者塑料做的,这些材料虽然轻便,但是承受的压力真的不咋地。
想象一下,假如你用一个纸壳做的箱子来装一堆重东西,那纸壳很快就会被压垮了。
这不就是保持架轴承的写照吗?尽管它的设计是为了分散和支撑滚动体的负载,但因为材料的局限性,它自己就像个不堪重负的小伙伴,稍微有点压力就会“弯腰”或者变形。
所以,一旦超出了它的承载极限,整个轴承就会失效,连带着整个机器的稳定性也会受到影响。
保持架轴承里有一堆滚动体,它们负责“转”来“转”去,虽然挺忙的,但其实它们对保持架的要求相当高。
如果滚动体过于密集,或者转速过快,保持架就会被压得喘不过气来,甚至会出现磨损、损坏的情况。
你想想,机器在高速运转的时候,保持架要在那些滚动体之间来回穿梭,这就好像你穿着高跟鞋在泥地里走,一脚下去全是泥巴,肯定步履维艰。
滚动体一多,保持架就难以应对这么高强度的运动。
压力大了,保持架也容易磨损,损伤之后就没法继续保持那些滚动体的稳定位置了。
保持架轴承的结构相对简单,设计也没有那么复杂。
它要做的就是把滚动体“隔开”并确保它们不会互相撞击。
听起来好像没什么大不了的,但是问题就在这“简单”二字上。
设计越简单,能承受的压力就越有限。
尤其是当机器工作环境极为复杂,比如温度变化大、湿气重或者是负荷过重时,保持架就像个站不住的孩子,轻轻一推就可能倒下。
保持架轴承要承受的负荷不仅仅是垂直压力,还是一个横向的压力,一旦方向不对劲,保持架的负载能力就会大打折扣。
它可不像那些承载力强的金刚不坏的东西,稍微有点外力就容易被“压弯了腰”。