如何通過安裝優(yōu)化轉(zhuǎn)盤軸承性能？

本文刊登于中國軸協(xié)會刊《軸承工業(yè)》2022年第9期“專業(yè)知識”欄目

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將轉(zhuǎn)盤軸承安裝在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)上，對合理分配支承載荷和應(yīng)力至關(guān)重要。如果沒有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，軸承性能可能會受到影響。密封件、小齒輪、齒輪和螺栓的性能也是如此。因此，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡早考慮安裝。

軸承挑選的因素

當(dāng)然，設(shè)計(jì)師的首要任務(wù)是為轉(zhuǎn)盤軸承規(guī)定尺寸。軸承制造商可根據(jù)所施加的載荷和理想的安裝情況推薦尺寸。例如，在重型設(shè)備中，轉(zhuǎn)盤軸承及其安裝結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)是處理翻轉(zhuǎn)力矩載荷。此外，帶有整體齒輪裝置的轉(zhuǎn)盤軸承的尺寸必須具有足夠的齒輪強(qiáng)度和小齒輪驅(qū)動位置。另一個因素是軸承鏜孔中的中心開口應(yīng)多大.....這對軸承尺寸的影響可能與應(yīng)用載荷一樣大。

護(hù)罩是另一個考慮因素。雖然大多數(shù)轉(zhuǎn)盤軸承都是由制造商密封的，但通常建議使用護(hù)罩，以避免密封損壞以及灰塵等污物進(jìn)入。如果使用高壓水清洗，這一點(diǎn)更為重要。圖1顯示了一個典型的布局。

安裝結(jié)構(gòu)完整性

安裝結(jié)構(gòu)中對剛性的需求怎么強(qiáng)調(diào)也不為過。經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師知道，他們應(yīng)該避免使用更高承載力的軸承來抵消脆弱的安裝表面的捷徑。如果承重結(jié)構(gòu)不夠堅(jiān)固，無法在均勻支撐軸承的同時將增加的荷載均勻地轉(zhuǎn)移到軸承上，則更大的承載力將無法彌補(bǔ)。其后果可能一目了然，比如過度偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)阻力。有時，由于集中載荷導(dǎo)致齒輪不均勻磨損或性能降低，盡管這種情況出現(xiàn)的時間較晚。

在許多情況下，設(shè)計(jì)者可以遵循軸承制造商推薦的鋼板安裝厚度。此類建議基于滾動元件或套圈截面的尺寸。只要加固均勻且通過試驗(yàn)驗(yàn)證，用角撐板或槽鋼加固薄鋼板是一種替代方法（圖2）。應(yīng)避免在軸承下使用薄的“座板”。它們往往只在局部區(qū)域提供剛性支撐，使固定螺栓和滾動體承受更大的壓力。

安裝結(jié)構(gòu)撓度是另一個重要因素。有限元分析（FEA）是一種很好的評估方法，但應(yīng)通過測試（如千分表）確認(rèn)結(jié)果，以確保其在軸承制造商的限制范圍內(nèi)。還應(yīng)測試軸承在載荷下的撓度。圖3顯示了四點(diǎn)、八點(diǎn)球軸承的典型容許安裝結(jié)構(gòu)撓度，作為軸承變槳和球體直徑的函數(shù)。有關(guān)替代設(shè)計(jì)，可請咨詢軸承制造商。

安裝面，如軸承，應(yīng)按照精確的規(guī)格制造。安裝在非平面上的轉(zhuǎn)盤軸承即使在施加外部載荷之前，也會在滾動體上產(chǎn)生應(yīng)力集中。軸承通常在工廠組裝，內(nèi)部游隙很小，可以補(bǔ)償安裝表面的一點(diǎn)不平整。

圖4顯示了四點(diǎn)、八點(diǎn)球軸承的典型允許安裝面不平整度與軸承節(jié)圓直徑、球體直徑的函數(shù)關(guān)系。超出制造商規(guī)定的平面度會導(dǎo)致高摩擦扭矩，并相應(yīng)縮短軸承壽命。

緊固軸承

軸承與結(jié)構(gòu)接觸的臨末一步是安裝軸承。不言而喻，結(jié)構(gòu)中安裝孔的位置公差必須與軸承圈中的孔及其位置公差相關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)設(shè)備中的大多數(shù)孔都鉆得略大于螺栓，然后正確定位，以便正確對齊。內(nèi)圈或外圈上的導(dǎo)向直徑有助于定位軸承和提高齒輪嚙合精度。

內(nèi)外圈上的一整圈螺栓是固定轉(zhuǎn)盤軸承的佳方法。通常，螺栓應(yīng)為SAE J429 8級或ISO 898-1 10.9級。假設(shè)遵循了正確的安裝和結(jié)構(gòu)支撐指南，軸承中的孔型將適合其額定載荷。然而，由于安裝結(jié)構(gòu)的變化會顯著影響螺栓荷載分布，設(shè)計(jì)師應(yīng)始終驗(yàn)證螺栓是否適合其特定應(yīng)用。

不均勻載荷不僅會導(dǎo)致螺栓載荷高于預(yù)期值，而且會導(dǎo)致軸承的某些區(qū)域支撐和約束不足。這會導(dǎo)致滾動體載荷分布不良，應(yīng)力增大，影響軸承性能。

所有螺栓應(yīng)按照設(shè)備設(shè)計(jì)者的指示擰緊，以限度地減少過早磨損、設(shè)備損壞甚至受損的可能性。螺栓預(yù)緊力應(yīng)分三個階段進(jìn)行——設(shè)備設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)預(yù)緊力的30%、80%和100%——使用交叉緊固螺栓的“星形”技術(shù)（見圖5）。定期檢查螺栓預(yù)緊力。

所有螺栓應(yīng)使用校準(zhǔn)設(shè)備精確擰緊。兩個常見的例子是扭矩扳手或液壓螺栓擰緊器，以避免過度擰緊。例如，SKF的Hydrocam螺栓擰緊器（圖6）專門設(shè)計(jì)用于將螺栓安裝在轉(zhuǎn)盤軸承上。它確保所有螺栓上的預(yù)緊均勻，優(yōu)化屈服強(qiáng)度，有四種不同的設(shè)計(jì)可供選擇。

通過增加緊固件的“拉伸”部分，使螺栓接頭更不易松動；即從螺栓或螺絲頭下方到第一個嚙合螺紋的螺栓長度，如圖7的內(nèi)圈所示。通過朝孔底部攻絲安裝孔，可以獲得額外的拉伸長度。

結(jié)論

安裝結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)盤軸承的性能起著關(guān)鍵作用，應(yīng)在設(shè)計(jì)過程的早期予以考慮。適當(dāng)適宜的軸承，安裝在具有適當(dāng)撓度和緊固強(qiáng)度的平坦、剛性表面上，應(yīng)容易達(dá)到其全部承載力，并有助于成功應(yīng)用。

（來源：《Kaydon Bearings》 翻譯：洛陽LYC軸承有限公司技術(shù)中心 侯俊）