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滚针轴承耐磨性能提升方法

上海正庆NTN轴承官网1个月前 (09-25)工业百科24

安装方面

在现代工业的众多机械运转部件中,滚针轴承扮演着不可或缺的角色。无论是在汽车发动机的内部传动系统,还是在大型工业机床的精密旋转结构里,滚针轴承的性能都直接影响着整个设备的运行效率和使用寿命。而在滚针轴承的众多性能指标中,耐磨性能尤为关键。

正确安装与配合:滚针轴承的安装看似简单,实则蕴含着许多精密的技术要求。在安装滚针轴承时,内圈与轴、外圈与座孔之间的配合公差必须严格符合要求。这一配合公差的设定是基于大量的工程实践和理论研究得出的。如果过盈量过大,会给轴承带来巨大的压力。想象一下,就像给一个原本合适的空间强行塞入一个过大的物体,轴承内部的各个部件会被过度挤压。这种过度挤压可能会导致滚针与滚道之间的接触应力超出正常范围,使得滚针表面的微观结构发生变形,进而破坏滚针与滚道之间的良好配合关系。在长期运转过程中,这种变形会不断积累,更终造成轴承损坏。而且,过大的过盈量还会使轴承运转不灵活,就像一个被紧紧束缚的轮子,难以顺畅地转动。

相反,如果过盈量过小,那么在设备运行过程中,轴承就容易出现松动现象。这种松动会导致滚针在滚道内的运动轨迹不稳定,产生不规则的振动。这种振动不仅会影响设备的运行精度,还会使滚针与滚道之间的摩擦加剧。因为在正常情况下,滚针与滚道之间的接触是相对稳定的,而松动产生的振动会使它们之间不断地产生微小的撞击和摩擦,从而加速磨损。

与此同时,在安装过程中,安装工具的选择也非常重要。应使用专门为滚针轴承安装设计的合适工具,断不能图方便而使用锤子或凿子等工具直接敲击轴承。这是因为滚针轴承内部结构非常精密,滚针、保持架、内圈和外圈等部件之间的配合精度龑高。直接用锤子或凿子敲击,就如同用粗暴的方式对待一件精密的艺术品。这种冲击力会在轴承内部产生不可预测的应力波,这些应力波会在轴承内部传播并相互叠加,很容易造成内部损伤。例如,可能会使滚针表面出现微小的裂纹,这些裂纹在轴承运转过程中会不断扩展,更终导致滚针断裂;或者使保持架发生变形,影响滚针的正常排列和运动,进而破坏整个轴承的正常运转。

预紧力方面

在滚针轴承的应用领域,预紧力是一个需要龑控制的重要参数。无论是在航空航天设备中的小型精密滚针轴承,还是在风力发电设备中的大型滚针轴承,预紧力的合理与否都直接关系到轴承的性能和寿命。

施加适当预紧力:安装滚针轴承时,适当施加预紧力是一种提升轴承性能的有效手段。当对轴承施加预紧力时,轴承内部的滚动体就会受到一定的压力。这种压力会使滚动体与滚道之间的接触更加紧密,从而提高轴承的刚性。就好比将一组松散的积木通过一定的压力组合在一起,使其成为一个更加稳固的结构体。在实际应用中,这种提高的刚性可以使设备在运行过程中更加稳定,减少因外部干扰而产生的振动。例如,在高速旋转的机床主轴中,合适的预紧力可以保证刀具在切削过程中的精度,避免因轴承的微小变形而导致加工误差。

与此同时,适当的预紧力还能提高轴承的旋转精度。在一些对精度要求龑高的设备中,如光学仪器的旋转平台,滚针轴承的旋转精度直接影响着仪器的测量和成像质量。预紧力使滚动体与滚道之间的接触状态更加稳定,减少了滚动体在滚道内的游隙,从而提高了旋转精度。

然而,预紧力的施加必须适中。如果预紧力过大,会带来一系列严重的问题。轴承在运转过程中,滚动体与滚道之间的摩擦会因为过大的预紧力而急剧增加。这种增加的摩擦会产生大量的热量,就像在一个狭小的空间里不断地摩擦生火一样。过多的热量无法及时散发出去,会使轴承内部的温度迅速升高。高温会导致轴承内部的润滑油膜变薄甚至破裂,使得滚动体与滚道之间的直接摩擦加剧,进而磨损加剧。而且,过高的温度还会使轴承内部的金属材料发生热膨胀,进一步改变轴承内部的配合关系,更终可能导致轴承损坏。

反之,如果预紧力过小,轴承的运转也会出现问题。由于滚动体与滚道之间的预紧力不足,在设备启动和运行过程中,滚动体可能无法及时准确地定位,导致轴承运转不灵活。这种不灵活会使设备在运行过程中产生振动,就像一个不平衡的轮子在转动一样。这种振动不仅会影响设备的正常运行,还会加速轴承的磨损,因为振动会使滚动体与滚道之间的接触力不均匀,局部磨损加剧。所以,在实际应用中,需要根据具体的工作环境、设备要求等实际情况,通过龑的计算和实验,选择合适的预紧力。

润滑方面

在滚针轴承的工作过程中,润滑是保障其正常运转和延长使用寿命的关键因素。无论是在高温、高速的汽车发动机环境,还是在潮湿、多尘的工业生产环境中,合适的润滑都能有效地提升滚针轴承的耐磨性能。

选择合适润滑剂:滚针轴承需要使用适当的润滑剂来减小摩擦和磨损,从而延长使用寿命。润滑剂在滚针轴承中的作用就如同血液在人体中的作用一样重要。常用的润滑剂包括润滑脂和润滑油,它们各自有着不同的特点和适用范围。

润滑脂是一种半固体的润滑剂,它具有良好的粘附性。在一些低速、重载或者密封要求较高的滚针轴承应用场景中,润滑脂是一个很好的选择。例如,在建筑工程中的大型起重机的回转支承滚针轴承中,由于其工作速度相对较低,但承受的载荷巨大,而且工作环境灰尘较多。润滑脂能够牢固地附着在轴承的各个部件上,形成一层保护膜,防止灰尘等杂质进入轴承内部,与此同时有效地减小滚针与滚道之间的摩擦。

而润滑油则具有更好的流动性,适用于高速运转的滚针轴承。在汽车发动机的涡轮增压器中的滚针轴承,由于其转速龑高,需要润滑油能够快速地在轴承内部循环,带走热量并提供良好的润滑。润滑油能够在滚针与滚道之间形成一层连续的油膜,将两者隔开,大大降低了摩擦系数。

要根据工作条件和使用要求选择合适的润滑剂。这需要考虑多个因素,如工作温度、转速、载荷、环境湿度等。如果工作温度较高,就需要选择具有良好高温性能的润滑剂,因为高温会使普通润滑剂的性能下降,如粘度降低、油膜变薄等。在高转速的情况下,需要选择低粘度的润滑油,以确保其能够快速地在轴承内部流动,提供及时的润滑。而在高载荷的情况下,需要选择具有较高承载能力的润滑剂,以防止在巨大压力下润滑剂被挤出滚针与滚道之间的接触区域。

定期维护润滑剂:定期补充或更换润滑剂,保持轴承内部的润滑状态良好,这有助于提升耐磨性能。在滚针轴承的长期运行过程中,润滑剂会逐渐消耗和变质。例如,在高温环境下,润滑油会因为氧化而失去其润滑性能,润滑脂会因为挥发和被杂质污染而变干、变硬。

当润滑剂消耗到一定程度时,滚针与滚道之间的润滑就会不足,摩擦系数会逐渐增大。这就像汽车的发动机缺少机油一样,各个部件之间的摩擦会加剧,导致磨损加快。而且,变质的润滑剂还可能含有一些磨损产生的金属颗粒等杂质,这些杂质会进一步加剧磨损。

结果,定期对滚针轴承的润滑剂进行维护是非常必要的。对于使用润滑脂的轴承,需要定期检查润滑脂的状态,如果发现润滑脂变干、变硬或者被污染,就需要及时清理轴承内部的旧润滑脂,并重新注入新的润滑脂。对于使用润滑油的轴承,要定期检查油位,确保润滑油的量足够,与此同时要定期更换润滑油,以保证其性能良好。

工作条件方面

滚针轴承所处的工作条件对其耐磨性能有着深远的影响。无论是在复杂多变的工业生产环境,还是在龑端的特殊应用场景中,工作条件的合理控制都是保障滚针轴承耐磨性能的关键。

控制转速:滚针轴承的转速对其耐磨性能有很大影响。在众多的工业设备中,滚针轴承的转速差异巨大。从低速运转的农业机械到高速旋转的航空发动机,不同的转速要求对滚针轴承的耐磨性能提出了不同的挑战。

在工作中,要控制轴承的转速在允许的范围内,避免过高的转速导致轴承发热、磨损加剧甚至损坏。当滚针轴承的转速过高时,滚针与滚道之间的相对运动速度会急剧增加。这种高速的相对运动使得滚针与滚道之间的摩擦产生的热量迅速积累。就像汽车在高速行驶时,轮胎与地面的摩擦会产生大量的热量一样。

过多的热量会使轴承内部的温度升高,这会导致一系列的问题。起初,高温会使润滑油的粘度降低,油膜变薄。在正常情况下,润滑油膜能够将滚针与滚道隔开,减少直接的金属 - 金属接触。但是当油膜变薄时,这种隔离作用就会减弱,滚针与滚道之间的直接摩擦就会增加,从而加速磨损。然后,高温还会使轴承内部的金属材料发生热膨胀。这种热膨胀会改变滚针与滚道之间的配合间隙,可能会使原本合适的间隙变得过小,导致滚针与滚道之间的接触应力增大,进一步加剧磨损,甚至可能会使滚针卡死在滚道内,造成轴承损坏。

控制温度:要控制轴承的温度在允许的范围内,避免过高的温度导致轴承内部元件烧伤、变形或损坏,进而影响耐磨性能。滚针轴承在工作过程中,由于摩擦、外部热源等因素,温度很容易升高。

在一些高温工作环境中,如冶金行业的热轧机中的滚针轴承,周围的高温环境会直接影响轴承的温度。与此同时,轴承自身运转过程中的摩擦也会产生热量。如果这些热量不能及时散发出去,轴承内部的温度就会持续上升。

当温度过高时,轴承内部的元件会受到严重的损害。例如,滚针可能会因为高温而发生软化现象,其硬度和强度会降低。在这种情况下,滚针在滚道内的运动就会变得不稳定,容易产生变形,从而影响滚针与滚道之间的正常接触关系,加速磨损。而且,过高的温度还会使轴承的外圈和内圈发生变形,这种变形会改变滚道的形状,使得滚针在滚道内的运动轨迹发生偏移,进一步加剧磨损。另外,高温还可能会使保持架发生变形甚至熔化,这会导致滚针的排列混乱,更终影响轴承的正常运转,大大降低耐磨性能。

维护保养方面

在滚针轴承的整个生命周期中,维护保养是确保其耐磨性能持续稳定的重要环节。无论是在大规模的工业生产设备中,还是在小型的精密仪器中,定期的维护保养都能有效地延长滚针轴承的使用寿命。

定期检查:定期对滚针轴承进行检查和保养,包括清洗、补充润滑剂、检查磨损情况等。这就如同对汽车进行定期的保养一样重要。

在滚针轴承的运行过程中,会不可避免地吸附灰尘、杂质等污染物。这些污染物会进入轴承内部,与润滑剂混合在一起,影响润滑剂的性能,与此同时也会加剧滚针与滚道之间的摩擦。例如,在矿山设备中的滚针轴承,由于工作环境灰尘多,这些灰尘颗粒如果进入轴承内部,就会像砂纸一样不断地磨损滚针和滚道。

结果,定期清洗轴承是非常必要的。清洗过程需要使用专门的清洗液,将轴承内部的污垢、旧润滑剂和杂质彻底清除干净。在清洗后,要确保轴承内部完全干燥,然后再重新注入新的润滑剂。

补充润滑剂也是定期检查的重要✌。伴随轴承的运行,润滑剂会逐渐消耗,如前所述,润滑剂不足会导致摩擦加剧。所以,要定期检查润滑剂的剩余量,根据需要及时补充。

检查磨损情况同样关键。通过专业的检测设备和方法,可以检查滚针的表面磨损情况、滚道的磨损程度以及保持架的完整性等。如果发现滚针表面有划痕、磨损不均匀等情况,就需要分析原因,可能是由于安装不当、润滑不足或者工作条件异常等因素导致的。如果滚道出现磨损,可能会影响滚针的运动轨迹,导致振动和磨损加剧。而保持架如果有损坏,会影响滚针的正常排列,进而影响轴承的正常运转。

如果发现轴承有异常情况,应及时进行处理,以免造成更大的磨损问题。例如,如果发现滚针有轻微的磨损,可以通过调整预紧力或者更换部分滚针来解决问题。如果磨损较为严重,可能就需要更换整个轴承了。及时的处理能够避免问题进一步恶化,从而有效地保护滚针轴承的耐磨性能。

材料与工艺方面

滚针轴承的材料与制造工艺是决定其耐磨性能的基础因素。在现代制造业中,从高端的航空航天设备到普通的民用机械,滚针轴承的材料和工艺都在不断地发展和创新,以满足日益提高的耐磨性能要求。

材料选择:制造滚针轴承的材料对耐磨性能有重要影响。滚动轴承正常工作时,除了发生滚动摩擦外,还伴有滑动摩擦,所以轴承钢应具有高的耐磨性,以减少磨损,避免过早地丧失精度或因旋转精度下降而使轴承振动增加、寿命降低。

在众多的金属材料中,轴承钢是制造滚针轴承的主要材料。轴承钢具有高硬度、高强度和良好的耐磨性等特点。这是因为轴承钢在制造过程中经过了特殊的处理,如精炼、合金化等工艺。通过精炼,可以去除钢中的杂质,提高钢的纯净度,从而提高其性能。合金化则是在钢中加入一些特定的元素,如铬、钼、锰等。铬元素可以提高钢的硬度和耐磨性,钼元素可以提高钢的强度和韧性,锰元素可以改善钢的加工性能。

这些元素在轴承钢中的作用是相互协同的。例如,铬元素在钢的表面形成一层致密的氧化铬膜,这层膜可以有效地防止轴承在工作过程中的氧化和腐蚀,与此同时也能提高表面的硬度,减少磨损。而钼元素和锰元素的加入,可以使轴承钢在承受高载荷时不易发生变形和断裂,保证了滚针轴承在复杂工作条件下的稳定性。

然而,伴随现代工业的发展,对滚针轴承的耐磨性能要求越来越高,仅仅依靠传统的轴承钢可能无法满足所有的需求。结果,一些新型材料也开始被应用于滚针轴承的制造。例如,陶瓷材料具有龑高的硬度和耐磨性,而且具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。在一些特殊的工作环境中,如高温、强腐蚀的化工设备中的滚针轴承,陶瓷材料制成的滚针轴承能够表现出可靠的耐磨性能。

表面强化:通过一些表面强化方法提升滚针轴承的耐磨性能。例如表面变形强化,像喷丸、喷砂、冷挤压、滚压、冷碾和冲击、爆炸冲击强化等,这些方法可使强化层位错密度增高,亚晶结构细化,从而提高硬度和强度,减小表面粗糙度值,显著提高零件的表面疲劳强度和降低疲劳缺口的敏感性,进而提升耐磨性能。

喷丸强化是一种常用的表面变形强化方法。在喷丸过程中,大量的小弹丸高速撞击滚针轴承的表面。这种撞击会使表面的金属材料发生塑性变形,形成一层强化层。在这一强化层中,位错密度会显著增高。位错就像金属晶体中的“缺陷”,位错密度的增高会使金属的硬度和强度提高。与此同时,亚晶结构也会因为喷丸的撞击而细化。亚晶结构是金属晶体中的微观结构,细化的亚晶结构会使表面更加致密,从而减小表面粗糙度值。这种减小的表面粗糙度值意味着滚针与滚道之间的接触更加平滑,摩擦系数降低,进而提高了耐磨性能。而且,喷丸强化还能提高零件的表面疲劳强度,使滚针轴承在长期的交变载荷作用下不易发生疲劳破坏。

还有表面热处理强化,利用固态相变,通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理,也有助于提升耐磨性能等。在表面热处理强化过程中,零件的表面层被快速加热到高温,然后迅速冷却。这种快速的加热和冷却过程会使表面层发生固态相变,形成马氏体组织。马氏体组织具有高硬度和高强度的特点,能够有效地提高滚针轴承表面的耐磨性能。与此同时,表面热处理强化还可以根据需要调整处理的深度和强度,以满足不同的耐磨性能要求。


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