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轴承选择标准

轴承类型特点

有广泛的轴承类型可供选择

有多种轴承类型可供选择,设计师可以从中选择最适合自己需求的轴承,然而,由于应用的多样性以及对轴承位置的不同影响,不可能在这里给出轴承类型选择的一般适用规则,在决定特定轴承类型时,通常需要权衡几个标准。

轴承选择中通常很重要的因素

以下描述旨在帮助设计者。参考了在轴承类型选择中起主要作用的因素。有关各个轴承类型、特性和可用设计的更精确数据,请参阅具体的产品章节。

轴承类型选择标准

可在轴承类型选择中发挥作用的产品特性参见左边列表

轴承类型设计比较

在许多应用中,滚动轴承的主要尺寸通常由机器或设备的整体设计来确定。

用于小直径和大直径轴的轴承

对于小直径轴,最合适的轴承是滚珠轴承,尤其是深沟球轴承和滚针轴承,在大直径的情况下,可用的轴承有圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和环形滚子轴承,以及深沟球轴承及滚针轴承等。

圆柱滚子轴承的比较

窄且外径大的轴承以及宽且外径小的轴承都可以实现大致相同的承载能力。

三组圆柱滚子轴承的基本额定载荷C0大致相当
其中SL183026是满装型圆柱滚子轴承

截面高度小的轴承

低截面高度和高承载能力

如果轴承载荷在径向方向上受到限制,例如在车辆的高性能齿轮箱中,可优先使用具有较小横截面高度的轴承,如滚针和保持架组件,冲压外圈滚针轴承等,由于线接触的截面高度较低,这些轴承具有较高的径向承载能力。

截面高度较小的轴承,径向截面高度比较
①滚针和保持架组件
②开式冲压外圈滚针轴承
③无内圈滚针轴承
④带内圈滚针轴承

轴向空间小,承受组合载荷的轴承

如果轴承设计在轴向方向上较小,则适使用一些系列的圆柱滚子轴承,如NJ系列半定位轴承与深沟球轴承或组合滚针轴承配合使用

与深沟球轴承配合使用,可支撑一个方向上的轴向力的半定位轴承
①圆柱滚子轴承NJ系列(半定位轴承)
②深沟球轴承(定位轴承)
组合滚针轴承,用于支撑一个或两个方向上的高径向力和轴向力
①滚针/轴向深沟球轴承,不带内圈,不带用于单向轴向力的端盖
②滚针/带内圈的角接触球轴承,用于两个方向的轴向力

具有纯轴向承载能力的轴承

如果轴承仅承受轴向载荷,则合适的轴承为轴向滚针和轴向圆柱滚子及保持架组件、轴向滚针和径向圆柱滚子轴承以及轴向截面高度较小的轴向深沟球轴承。

轴向轴承——横截面比较
①轴向滚针和保持架组件
②轴向滚针轴承
③轴向深沟球轴承
④轴向圆柱滚子轴承

载荷值和载荷方向

载荷对轴承类型和轴承尺寸的影响

载荷决定了轴承的类型和尺寸

轴承尺寸通常由外部载荷决定,在选择轴承时,必须注意的是,与相同尺寸的滚珠轴承相比,由于线接触,滚子轴承可以承受更高的载荷。

径向承载能力——深沟球轴承/圆柱滚子轴承的比较
①深沟球轴承–径向承载能力较低
②圆柱滚子轴承NU系列–径向承载能力更高

主要用于径向载荷的轴承

在径向载荷的情况下,力垂直于轴承轴线

如果存在径向载荷(即所谓的横向力),这些力是垂直于纵轴的力,则使用专门或主要支撑径向力的轴承,如径向滚珠轴承和径向滚子轴承。

圆柱滚子轴承N和NU系列、滚针和保持架组件、带开口端的冲压外圈滚针轴承、滚针轴承和环形滚子轴承只能承受径向力。

径向轴承,即主要用于承受径向负载的轴承
①开式深沟球轴承
②角接触球轴承
③圆柱滚子轴承NU系列
④圆锥滚子轴承
⑤调心滚子轴承

主要用于轴向载荷的轴承

如果主要存在轴向力(沿轴方向的力)——则使用主要支撑轴向力的轴承。

低至中等轴向载荷

如果存在低到中等的纯轴向载荷,合适的轴承是轴向深沟球轴承和四点接触轴承,如果存在一个方向的轴向载荷,则可以使用单向轴向深沟球轴承。

中等至高轴向载荷

如果在一个方向上存在中等到高的轴向载荷,可用的轴承有轴向滚针轴承、轴向圆柱滚子轴承、轴向圆锥滚子轴承和轴向调心滚子轴承。成对相邻布置的轴向圆柱滚子轴承或轴向调心滚子轴承适用于交替方向的高轴向载荷。

主要用于轴向负载的轴承
①轴向深沟球轴承,单向
②轴向角接触球轴承,双列,双向
③轴向滚针轴承,单向
④轴向圆柱滚子轴承,单向
⑤轴向调心滚子轴承

用于组合负载的轴承

某些滚动轴承可能承受组合载荷(径向和轴向)。

轴承的轴向承载能力由标称接触角α决定。该角度越大,轴承的轴向承载能力就越高。其轴向承载能力也由产品表中的轴承特定轴向载荷系数Y标识,该系数越小,轴向承载能力就越高。

适用于组合负载的轴承

适用的轴承有深沟球轴承、四点接触轴承、单列和双列角接触球轴承、调心滚子轴承和单列圆锥滚子轴承,调心球轴承和圆柱滚子轴承NJ(半定位轴承)和NU(定位轴承)+L型环HJ(=半定位轴承单元)也可以使用。

一个方向上存在的轴向载荷只能由单列角接触球轴承和圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承NJ以及NU+HJ和轴向调心滚子轴承支撑。对于交替的负载方向,这些轴承必须始终与第二个轴承一起安装(第二个轴承必须在相反的方向上提供支撑)。对于成组安装,可使用配对的单列角接触球轴承或由两个单个轴承组成的匹配圆锥滚子轴承组。

组合负载轴承
①深沟球轴承
②四点接触球轴承
③单列角接触球轴承
④双列角接触球轴承
⑤圆锥滚子轴承
⑥调心滚子轴承
组合负载轴承
①调心球轴承(定位轴承)
②圆柱滚子轴承NJ(半定位轴承)
③圆柱滚子轴承NUP(定位轴承)
④圆柱滚子轴承NJ+HJ(定位轴承)
⑤圆柱滚子轴承NU+HJ(半定位轴承)

轴向载荷也可以通过单独的轴承来支撑

如果轴向载荷分量过高,也可以通过单独的轴承来支撑轴向载荷。除了纯轴向轴承外,使用径向轴承(如深沟球轴承和圆柱滚子轴承或四点接触轴承)可以在两个方向上支撑轴向力。

如果四点接触轴承仅用作轴向轴承,则外圈在壳体中必须具有径向间隙。

用于支撑组合载荷的圆柱滚子轴承和四点接触球轴承
①圆柱滚子轴承NU,径向轴承
②四点接触球轴承,轴向轴承(如果轴承承受纯轴向载荷,则径向不得保留外圈)

用于支撑倾斜力矩的轴承

偏心力作用下的力矩载荷

如果负载偏心,轴承会受到倾斜力矩的作用。除了双列深沟球轴承和角接触球轴承外,在这种情况下,适合使用面对面或背对背配对的单列角接触球或圆锥滚子轴承

用于支撑倾斜力矩的轴承
M=倾斜力矩
①双列角接触球轴承
②角接触滚珠轴承组,包括两个匹配的单列角接触滚珠,O型配对
③圆锥滚子轴承组,包括两个匹配的单列圆锥滚子轴承,X型排列

双列深沟球轴承

偏心作用力F产生的倾斜力矩由双列深沟球轴承支撑。

单向轴承布置
M=倾斜力矩
F=偏心作用的径向力
①双列深沟球轴承

转速

高转速和极高转速轴承

允许转速受工作温度的限制

一般来说,滚动轴承可达到的最高速度由允许的工作温度决定。这取决于轴承中产生的摩擦热、从外部来源的热量以及从轴承装置散发的热量。当条件处于平衡状态时,轴承温度是恒定的。

高转速轴承

最高转速是通过具有特别低摩擦的单列轴承实现的。在纯径向载荷下,使用开式深沟球轴承,而在组合载荷下,使用角接触球轴承

由于其设计,轴向轴承的允许转速通常低于径向轴承的允许转速。

高转速和极高转速轴承
①深沟球轴承,单列,开式
②角接触球轴承,单列,开式

精度

提高精度的轴承

对于大多数应用,滚动轴承的正常尺寸和运行精度是足够的(正常公差等级)。在对运行精度和具有非常高转速的轴承布置有更高要求的情况下,例如在机床主轴的情况中,需要使用具有更高精度的轴承。

轴向位移

轴承内补偿

轴承内发生轴向位移

轴通常使用定位轴承和非定位轴承进行支撑。定位轴承可在两个方向上为轴提供紧密的轴向导向。非定位轴承可沿轴向移动,从而防止定位轴承和非定位轴承相互支撑。通过这种方式,非定位轴承可以补偿轴向长度和热胀冷缩的变化

圆柱滚子轴承NU,非定位轴承,轴承内位移补偿
s=轴向位移距离

适用于轴承内补偿的非定位轴承

适合作为与轴承补偿的非定位轴承配对的轴承有很多,包括具有一个无肋环(内圈或外圈)的圆柱滚子轴承NU和N、圆柱滚子轴承NJ、一些设计的满装圆柱滚子轴承(SI轴承)、滚针轴承和环形滚子轴承等。

用于轴承内补偿的非定位轴承
①滚针轴承
②圆柱滚子轴承NU
③圆柱滚子轴承N
④圆柱滚子轴承SL0248
⑤环形滚子轴承

通过轴承环上的滑动座进行补偿

深沟球轴承和调心滚子轴承等不可分离轴承也可以用作非定位轴承。两个轴承套圈中的一个必须松动配合,并且不得轴向接触,这样相关的轴承环才能在阀座表面上移动

通过滑动座进行长度补偿
s=轴向位移距离(轴承套圈松配合)
①调心滚子轴承,内圈可移动(松配合)
②深沟球轴承,外圈可移动(松配合)

错位补偿

偏斜会对轴承功能产生负面影响,并缩短轴承的使用寿命

如果轴和壳体之间发生偏斜,例如,如果轴承座未对齐,轴在负载下变形,或者轴承位置相距相当大的距离,则必须通过适当的轴承(自对准轴承)进行补偿。如果使用了单独的外壳,如轴承座或法兰外壳,也应预计会出现错位。类似的影响(轴承位置的对准不准确性)是由滚动轴承环的径向座表面和横向接触表面之间的角度缺陷引起的。

自对准滚动轴承

错位和角度缺陷的动态和静态补偿

错位和角度缺陷可以通过自对准滚动轴承在一定范围内进行补偿(见产品章节)。这些轴承包括圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、自对准滚珠轴承、环形滚子轴承和轴向调心滚子轴承。这些轴承有一个凹形外圈滚道,内圈和滚动元件组可以在其中旋转。

套圈只能在同时旋转的同时旋转,否则会损坏滚道。

用于静态和动态错位补偿的轴承
①滚子轴承(非定位轴承)
②调心滚子轴承(定位轴承)
③调心球轴承(定位轴承)
④环形滚子轴承(非定位轴承)

用于补偿静态角度错位的轴承

径向插入滚珠轴承和调心滚针轴承适用于静态错位调整

径向插入式滚珠轴承和调心滚针轴承具有冠状(球形)外圈外表面,安装后可在凹形配合面上对齐。这些轴承适用于静态错位调整。但是,它们不得用于动态错位调整、摆动错位调整等。

轴向深沟球轴承

轴向深沟球轴承不能支持轴的翻滚运动,因此对角度错位的反应非常敏感。

带球形壳体定位垫圈的轴承

如果壳体中的接触面不垂直于轴承的旋转轴线,则可以通过带有球形壳体定位垫圈和支撑垫圈的轴向深沟球轴承来补偿角度错位

静态角度错位补偿轴承
①径向嵌入滚珠轴承(径向轴承)
②对齐滚针轴承(径向轴承)
③带球面壳体定位垫圈和支撑垫圈的轴向深沟球轴承

运行噪音

深沟球轴承运行噪音很低

在小型电气设备中,如办公设备或家用电器,通常需要非常低的运行噪音。深沟球轴承可以满足这种要求。

刚性

滚子轴承比滚珠轴承更坚硬

滚动轴承的刚度由轴承类型、轴承尺寸和运行间隙决定。刚性随着支撑负载的滚动元件的数量而增加。在机床中的主轴轴承布置和转盘轴承布置以及在小齿轮轴承布置中,需要更高的刚性。

由于滚动元件和滚道之间的接触条件(线接触),滚子轴承的刚度高于滚珠轴承。

摩擦

摩擦小的轴承

轴承装置工作温度的决定性因素是轴承摩擦水平。具有特别低摩擦的轴承包括开式深沟球轴承、单列角接触球轴承和在径向载荷下带有保持架的圆柱滚子轴承。在带有接触密封的轴承、满装圆柱滚子轴承和轴向滚子轴承中会产生相对较高的摩擦。

安装和拆卸

可分离(非自保持)和不可分离轴承

在可分离轴承的情况下,轴承套圈可以相互独立安装

非自保持轴承简化了轴承的安装和拆卸,因为轴承零件可以单独安装。如果两个套圈都紧密配合,这也是一个优势。可分离轴承包括四点接触轴承、带开口内圈的双列角接触球轴承、某些圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、轴向深沟球轴承、轴向调心滚子轴承、轴向圆柱滚子轴承和某些滚针轴承。

可分离轴承
①圆柱滚子轴承NU
②圆锥滚子轴承
③轴向深沟球轴承

不可分离轴承

深沟球轴承、单列角接触球轴承、自调心球轴承、圆柱滚子轴承和调心滚子轴承通常不可分离。

带锥形孔的轴承

对于锥形轴座,轴承中的径向内部间隙可以设置为定义值

带有锥孔的轴承可以直接安装在锥形轴座上,例如在高精度变体的单列和双列圆柱滚子轴承的情况下。在安装这些轴承的过程中,径向内部间隙可以设置为定义的值。

轴承的安装和拆卸可以通过紧定套和退卸套筒来辅助安装

在运行精度要求较低的情况下,紧定套和退卸套可用于定位自对准滚珠轴承、滚子轴承和调心滚子轴承,尤其是在圆柱形轴座上的锥形孔。这种轴承装置的安装和拆卸特别简单。

带锥形孔、紧定套和退卸套的轴承
①双列圆柱滚子轴承
②带紧定套的自调心球轴承
③带退卸套的调心滚子轴承
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