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NTN轴承游隙变化的原因分析

上海正庆NTN轴承官网1个月前 (09-25)工业百科26

安装配合因素

紧配合影响

在机械工程领域,轴承是一个非常重要的部件,它在各种机械设备中承担着支撑旋转轴、减少摩擦等关键功能。NTN轴承作为一种广泛应用的轴承类型,其游隙的稳定性对于设备的正常运行有着不可忽视的影响。而安装配合因素是影响其游隙的一个重要方面。

当我们探秘轴承内圈与轴的配合时,紧配合是一种常见的安装方式。在这种情况下,内圈与轴之间存在着较大的过盈量。从微观角度来看,当内圈被安装到轴上时,由于轴的外径略大于内圈的内径,内圈会受到来自轴的挤压力。这种挤压力会使内圈的金属材料发生弹性变形,进而产生膨胀量。就像一个被紧紧箍住的圆环,它会在径向上向外扩张。而这种膨胀直接导致了轴承内部空间的减小,从而使得轴承游隙减小。

再看轴承外圈与外壳的配合,如果是紧配合,同样会产生类似的情况。外壳对轴承外圈施加压力,外圈的金属材料在这种压力下会产生压缩量。这就好比把一个原本宽松的圆环强行塞进一个略小的空间里,圆环会被挤压变形。这种压缩使得外圈的尺寸在径向上变小,进而影响到轴承内部的空间布局,更终导致轴承游隙减小。

当内外圈都是紧配合时,这两种变形量会叠加起来。内圈的膨胀和外圈的压缩与此同时作用于轴承内部,使得轴承内部原本的游隙空间被进一步压缩。这就像一个原本就狭小的房间,两边的墙壁又与此同时向中间挤压,房间内的空间就变得更小了。

而松配合则与紧配合形成鲜明对比。在松配合的情况下,内圈与轴、外圈与外壳之间的间隙相对较大,它们之间的相互作用力非常小。从实际效果来看,这种松配合对轴承内部游隙的影响龑小,几乎可以忽略不计。在正常的机械运行环境中,几乎不会出现因为松配合而使游隙增加的情况。这是因为松配合状态下,各部件之间的相对运动较为自由,不会产生足以改变游隙的变形或位移。

温度因素

工作温度变化

在现代工业生产中,机械设备的运行环境复杂多样,温度变化是一个不可避免的因素。无论是大型的工业生产设备,还是小型的精密仪器,温度都会对其内部的NTN轴承产生影响。

在未安装时,轴承处于一种相对稳定的状态。此时,轴承内圈和外圈的温度相同,它们的尺寸也处于一种初始的稳定状态,这个时候所测量到的游隙就是初始游隙。这个初始游隙是轴承在理想的常温状态下的固有属性,它是由轴承的制造工艺和设计参数所决定的。

当轴承被安装到设备中后,如果内圈温度保持不变,那么此时的游隙就是安装后游隙。这个游隙与初始游隙可能会因为安装过程中的一些因素(如安装力、安装精度等)而存在一定的差异,但总体上仍然处于一个相对稳定的范围内。

然而,当设备开始运行时,情况就变得复杂起来。设备运行过程中会产生热量,导致温度升高,这就是所谓的温升。由于轴承在设备中的位置、散热条件以及与其他部件的接触关系等因素的不同,内圈和外圈的温度可能会出现差异。

例如,在一些设备中,轴承内圈与轴紧密配合,热量更容易从轴传递到内圈,而外圈由于与外壳的接触方式或者散热结构的不同,散热速度可能较慢。这样就会在内圈和外圈之间产生温差。当这种温差出现时,根据热胀冷缩的原理,内圈和外圈的热膨胀量就会不同。内圈由于温度升高较快,膨胀量较大,而外圈膨胀量相对较小,这就会导致轴承内部的空间布局发生变化,从而使游隙值下降。

另外,轴与外壳材料的膨胀系数不同也会对游隙产生影响。不同的材料在温度变化时,其尺寸的变化率是不同的。如果轴的材料膨胀系数较大,而外壳材料膨胀系数较小,在温度升高时,轴的膨胀量会比外壳大。这种差异会对轴承产生一种额外的作用力,可能会使轴承内圈相对于外圈产生位移,进而导致游隙值增加或减少。这取决于轴和外壳的具体结构、安装方式以及轴承的初始状态等多种因素。

载荷因素

承受负荷影响

在机械系统中,NTN轴承承担着支撑和传递载荷的重要任务。无论是旋转设备中的径向载荷、轴向载荷,还是两者的组合载荷,都会对轴承产生作用。

当轴承承受负荷时,从力学原理上讲,轴承内部的各个部件会发生弹性变形。以滚动轴承为例,滚动体与滚道之间在负荷的作用下会产生微小的变形。这种变形是一种弹性范围内的变化,就像一个弹簧在受到压力时会被压缩一样。

在安装游隙的基础上,当轴承开始承受负荷时,由于这种弹性变形量的产生,轴承的游隙就会发生改变。此时的游隙就成为了工作游隙。工作游隙是轴承在实际工作状态下的游隙,它与安装游隙有所不同。

如果负荷过大,这种弹性变形量就会显著增加。过大的负荷会使滚动体与滚道之间的接触压力增大,从而导致更大的变形。不过,这种负荷对游隙的具体影响并不是简单的线性关系,而是与多种因素相关。

不同类型的轴承,其结构特点决定了它们在承受负荷时的变形特性。例如,深沟球轴承和圆锥滚子轴承,由于它们的滚动体形状、滚道结构以及接触角等方面的差异,在承受相同负荷时,其弹性变形量和游隙变化情况会有所不同。

轴承的结构也对游隙变化有着重要影响。一些复杂结构的轴承,内部可能存在多个滚动体列或者特殊的保持架结构,这些结构在承受负荷时的协同工作方式会影响到整体的弹性变形情况,进而影响游隙。

另外,初始游隙的大小也会在这个过程中起到作用。如果初始游隙较大,在承受一定负荷时,可能还有足够的空间来容纳弹性变形,游隙的变化相对较小;而如果初始游隙较小,相同的负荷可能会使游隙发生更显著的变化。

轴承自身因素

制造公差影响

在轴承的制造过程中,由于生产工艺的复杂性和各种不可避免的误差因素,制造公差是必然存在的。NTN轴承也不例外。

制造公差涵盖了轴承各个部件的尺寸精度,包括内圈、外圈、滚动体等。这些部件的尺寸公差会直接影响到轴承的初始游隙。例如,内圈的内径公差、外圈的外径公差以及滚动体的直径公差等。即使是在非常精密的制造工艺下,这些公差也难以完全消除。

由于存在制造公差,不同的轴承在初始游隙上就会存在差异。即使是同一批次生产的轴承,在相同的安装和工作条件下,它们的游隙变化情况也可能不同。这是因为初始游隙的不同会导致在后续的使用过程中,轴承对各种影响因素(如温度、载荷等)的响应有所差异。

从微观角度来看,制造公差可能是由于加工设备的精度限制、原材料的不均匀性或者生产过程中的操作误差等原因造成的。例如,在加工内圈内径时,由于刀具的磨损或者切削参数的微小变化,可能会导致内圈内径的实际尺寸与设计尺寸存在偏差。这种偏差虽然可能在公差范围内,但仍然会对轴承的初始游隙产生影响。

轴承内部结构部件的磨损影响

伴随轴承的使用,其内部结构部件的磨损是一个不可避免的过程。在NTN轴承中,滚动体与滚道之间的磨损是较为常见的情况。

在正常的工作过程中,滚动体在滚道上不断地滚动,由于摩擦的存在,会逐渐磨损滚动体和滚道的表面。这种磨损是一个渐进的过程,开始时可能只是表面的微小划痕或者材料的微量去除。

伴随磨损的加剧,滚动体与滚道之间的配合关系会发生改变。原本龑匹配的滚动体和滚道,由于磨损,它们之间的间隙会逐渐增大或者变得不均匀。例如,滚动体的直径可能会因为磨损而变小,滚道的表面也可能会变得不平整。

这种配合关系的改变会直接导致轴承游隙发生变化。如果滚动体与滚道之间的间隙增大,那么轴承的游隙就会增加。这就像一个原本紧密配合的齿轮组,伴随齿面的磨损,齿与齿之间的间隙增大,整个传动系统的精度和稳定性就会受到影响。

而且,磨损还可能会引发其他问题。例如,磨损产生的金属碎屑可能会进一步加剧磨损过程,或者进入到轴承的其他部位,影响轴承的正常运转,从而间接影响游隙的稳定性。

外部环境因素

异物侵入影响

在许多工业环境中,NTN轴承面临着异物侵入的风险。这些异物可能来自于周围的工作环境,例如在一些粉尘较多的车间,细小的灰尘颗粒可能会进入轴承内部。

当异物侵入轴承内部时,就像一颗石子掉进了精密的机械结构中,会对轴承内部的结构造成破坏。异物可能会卡在滚动体与滚道之间,改变它们之间的正常接触状态。

滚动体在滚道上滚动时,原本是平滑的接触表面,如果有异物存在,就会产生额外的阻力和干扰。这种干扰会使滚动体与滚道之间的间隙发生变化,进而影响游隙。

而且,异物还可能会划伤滚动体和滚道的表面。这些划痕会破坏表面的光洁度,增加摩擦系数,进一步影响轴承的正常运转,并且导致游隙的不稳定变化。在一些龑端情况下,较大的异物甚至可能会导致滚动体卡死在滚道上,使轴承完全失去正常功能。

腐蚀影响

在工业生产中,NTN轴承常常会接触到各种不同的物质,其中一些可能会对轴承造成腐蚀。水是一种常见的腐蚀源,无论是设备运行过程中的冷凝水,还是周围环境中的水分,一旦接触到轴承,都可能引发腐蚀。

除了水之外,还有一些腐蚀性物质,如漆、煤气等,也可能会对轴承产生腐蚀作用。当轴承接触到这些腐蚀性物质时,会发生化学反应。

以生锈为例,当轴承表面的金属与水和氧气发生反应时,就会生锈。生锈后的轴承,其滚动体或滚道表面会变得粗糙,产生锈斑。这些锈斑会改变轴承部件的尺寸,原本龑的尺寸会因为锈层的形成而发生变化。

与此同时,表面状态的改变也会影响滚动体与滚道之间的配合关系。锈斑会增加表面的粗糙度,使得滚动体在滚道上滚动时的摩擦力增大,并且会导致原本的游隙发生改变。这种游隙的改变可能会使轴承在运转过程中产生异常的振动和噪声,降低轴承的使用寿命和工作效率。

而且,腐蚀还可能会削弱轴承部件的强度。例如,锈层的存在可能会使金属材料的内部结构发生变化,降低其承载能力,在承受载荷时更容易发生变形,从而进一步影响游隙的稳定性。


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