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轴承内部游隙

(时间:2007-11-15 1:01:31)
所谓内部游隙是轴承外轮、内轮、钢球间的游隙量。一般固定内轮把外轮上下方向运动时的运动量称为径向游隙,左右方向运动时的运动量称为轴向游隙。在轴承运转中,内部游隙的大小是左右振动、发热、疲劳寿命等性能的主要因素。
深沟球轴承用普通径向内部游隙表示,在实际测定中,为了得到稳定的测定值,加上了规定的负载,因轴承的弹性变形,此时的测定值比实际值大,所以经过修正可求得真正的游隙。
轴承内部游隙
 
小孔径轴承、微型轴承的径向内部游隙 (单位:um)
游隙记号 MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6
游隙 最小 0 3 5 8 13 20
最大 5 8 10 13 20 28
备注: 1.标准的游隙是MC3。
2.在用测定游隙时,用下表的修正量修正。
  (单位:um)
游隙记号 MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6
修正量 1 1 1 1 2 2
备注: 另外,测定负荷如下
微型轴承时····2.5N(0.25kgf)
小孔径轴承时···4.4N(0.45kgf)

一般深沟球轴承的径向内部游隙 (单位:um)
轴承公称内径d(mm) 径向内部游隙
C2 C0 C3 C4 C5
以上 以下 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大
2.5 6 0 7 2 13 8 23 14 29 20 37
6 10 0 7 2 13 8 23 14 29 20 37
10 18 0 9 3 18 11 25 18 33 25 45
18 24 0 10 5 20 13 28 20 36 28 48
24 30 1 11 5 20 13 28 23 41 30 53
30 40 1 11 6 20 15 33 28 46 40 64
40 50 1 11 6 23 18 36 30 51 45 73
50 65 1 15 8 28 23 43 38 61 55 90
65 80 1 15 10 30 25 51 46 71 65 105

轴承公称内径d(mm) 测定负荷 游隙的修正量
C2 C0 C3 C4 C5
以上 以下 N (kgf) 最小 最大 通用 通用 通用 通用
2.5 18 24.5(2.6) 3 4 4 4 4 4
18 50 49(5) 4 5 6 6 6 6
50 80 147(15) 6 8 8 9 9 9
备注: 1.标准的游隙是C0。
2.在用测定游隙时,用上表的修正量修正。
3.C2游隙的修正值因最大与最小不同,注意不要误用。


径向内部游隙和轴向内部游隙的关系

轴向内部游隙由钢球直径、内外轮沟道半径、径向内部游隙的值决定,是普通径向游隙的10倍左右。作为想减小安装后的轴向内部游隙,选择小的径向游隙和大的过盈量配合是危险的。



△a=2*(△ r*(ro+ri-Da))0.5
△a=轴向内部游隙(mm)  
△r=径向内部游隙(mm)  
Da=钢球直径(mm)  
ro=外轮沟道半径(mm)  
ri=内轮沟道半径(mm)


轴承游隙的选择

理论上,轴承运转中的游隙仅在负时,寿命变成最长,但我们都知道即使是微量的负游隙比这大也会迅速降低寿命。一般初期游隙选用比0大的。在微型轴承、小孔径轴承大多选择MC3,一般轴承选择C0。

径向内部游隙的选定基准
使用条件 选定的游隙
内外轮都是游隙配合。轴向负荷小。不要轴向刚性。不预压,想要减小游隙。想要控制振动和音响。低速回转。 MC1?AMC2?AC2
想要减小摩擦扭矩。普通的轴向负荷。普通的轴向刚性。内轮仅一些紧配合,外轮游隙配合。中低速回转。 MC3?AMC4?AC0
特别想要减小摩擦扭矩。轴向负荷大。要轴向刚性。重负荷、冲击负荷时,需要过盈。内轮高温或外轮低温,轴的弯曲大。 MC5?AMC6?AC3?AC4?AC5



径向内部游隙和角游隙的关系

实际使用轴承时,因负荷轴的弯曲和外壳圆柱度,有时轴承承受力矩负荷,此时内外轮发生称作为角游隙的倾斜,因各轴承一旦超过规定的允许角,沟道和钢球间发生异常应力,造成高温和表面剥落。
所谓角游隙,内外轮不管哪一方固定,非固定侧的沟道向左右倾斜了时,自由倾斜得到的角度,有轴承中心点回转的倾斜···θ1,最下部钢球中心点回转的倾斜···θ2, θ1一方比θ2大得多,装置的设计及轴承装着时,需考虑角游隙。
轴承径向内部游隙和角游隙的关系

θ1=2*tom-1(2*(△r*(ro+ri-Da))0.5/dm)
θ2=2*tom-1((△r*(ro+ri-Da))0.5/dm)
θ1=轴承中心的角游隙
θ2=最下部钢球中心的角游隙
dm=节圆直径、一般 dm=(D+d)/2





游隙的计算

轴承游隙的计算
(1) 运转游隙

轴承运转在一定温度条件下,因负荷和配合而产生的弹性变形的间隙称为回转游隙。

△=△1-(t+f)+w (mm)

(2) 因内外轮的温度差造成的游隙减少量
在一般的运转条件下,温度按钢球、内轮、外轮的顺序变低。钢球的测定很难,故实际上考虑同内轮一样。

t a*△T*Da (mm)

(3) 因配合游隙造成的减少量
轴承使轴和外壳带上过盈量安装,外轮收缩内轮膨胀,故轴承内部的游隙减少。

f=fi+fo
=△db*d/db*((1-(do/d)2)/(1-(do/db)2))+
△Da*Da/D*((1-(D/Dh)2)/(1-(Da/Dh)2)) (mm)

(4) 因负荷游隙造成的增加量
轴承上加上负荷,因弹性变形,内部的间隙增加。

w=C*((0.51*Fr)/(Z*cosα))(2/3)*(1/Dw)(2/3) (mm)
且,此时的接触角α由下式求得
cosαo/cosα=1+C/(2*m-1)*(Fa/(9.8*Z*Dw2*sinα))(2/3)
1-cosαo=△r/(2*Dw*(2*M-1))

记号的意思
△T=内外轮温度差(℃)、一般△T=5~11℃ Z=钢球个数 △r=径向内部游隙(mm)
Da=外轮沟道径(mm)、一般Da=((4*D+d)/5) Dw=钢球直径(mm) Fa=轴向负荷(N)
△db=内轮的有效过盈量(mm) α=接触角(°) Fr=径向负荷(N)
do=中空轴的内径、实心轴时do=0 αo=初期接触角(°) m=内外轮沟道半径和(mm)
△Da=外轮的有效过盈量(mm) C=接触弹性系数
db=内轮沟道径(mm)、一般db((D+4*d)/5)
用途区分 C m
一般轴承 0.00218 0.525
计器用轴承 0.00287 0.560
d=轴承公称内径(mm)
D=轴承公称外径(mm)
Dh=外壳外径(mm)
a=线膨胀系数(1/℃)、轴承钢时a=12.5*10-6、不锈钢时a=10.1*10-6



轴向负荷和轴向变位、接触角的变化

球轴承一受到轴向负荷,因弹性变形向轴向变位,且接触角比初期接触角还大。

(1) 轴向负荷

Fa=9.8*Z*sinα*Da2*(cosαo/cosα-1)(3/2)*((2*m-Da)/(C*Da))(3/2) (N)

(2) 轴向变位
a=C/sinα*(1/Da)(1/3)*(Fa/(Z*sinα))(2/3) (mm)







径向游隙和轴承疲劳寿命

通常使用在寿命计算的径向游隙,△r=0时,轴承内部的负荷发布是负荷率ε=0.5的状态。这是受负荷钢球的大约一半,径向游隙一变化,负荷率也变化,轴承疲劳寿命也变化。
深沟球轴承时,径向游隙△r和负荷率ε=0.5的关系F(ε)间成立着下面的关系,从F(ε)和寿命比Lε/L关系可求得Lε。
轴承疲劳寿命

F(ε)=△r*Dw(1/3)/(C*(Fr/Z)(2/3))
Lε=径向游隙△r时的寿命
L=径向游隙△r=0时的寿命

如下图例,在若干负的游隙时是最大寿命,另外游隙变大,受负荷钢球数减少,通常寿命变短。



ε 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
F(ε) 33.7 10.2 4.05 1.41 0 -0.86 -1.44 -1.86 -2.2 -2.49
Lε/L 0.29 0.55 0.74 0.89 1 1.07 1.1 1.09 1.04 0.95

ε 1.2 1.5 1.8 2 2.5 3 4 5 7 10
F(ε) -3.1 -3.88 -4.6 -5.05 -6.11 -7.09 -8.87 -10.5 -13.3 -17.2
Lε/L 0.64 0.37 0.22 0.16 0.078 0.043 0.017 0.008 0.004 0.001


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