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轴承知识普及:滚动轴承的正确使用和常见故障

机械技术 小编 973次浏览 0个评论 扫描二维码

汽车上有几十种轴承滚动轴承,大大小小几乎包括了所有常见的轴承类型,滚动轴承的故撞和损伤也较为常见。由于滚动轴承一般都是装在机构内部,所以不便直观检查,只能根据故障现象先作概略判断,然后再拆卸检查。

滚动轴承的正确使用是减少轴承故障、延长轴承寿命的可靠保证,其内容包括正确的安装和合理的润滑。

下面分别介绍滚动轴承的使用要求和常见故障、损伤。

一、滚动轴承的正确使用

1.轴承的拆装

轴承安装前应清洗干净。安装时,应使用专用工具将辅承平直均匀地压入,不要用手锤敲击,特别禁止直接在轴承上敲击。当轴承座圈与座孔配合松动时,应当修复座孔或更换轴承,不要采用在轴承配合表面上打麻点或垫铜皮的方法勉强使用。轴承拆卸时应使用合适的拉器将轴承拉出,不要用凿子、手锤等敲击轴承。

2.轴承的润滑

滚动轴承常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两种。当轴的圆周速度小于4-5m/s时,或汽车上不能使用润滑油润滑的部位,都采用润滑脂润滑。润滑脂润滑的优点是密封结构简单,润滑脂不易流失,受温度影响不大,加一次润滑脂可以使用较长的时间。

使用润滑脂要注意两个问题,一是要按汽车说明书的要求,选用合适牌号的润滑脂。例如,汽车水泵轴承就不宜选用纳基润滑脂,因其耐水性较差。二是加入轴承中的润滑脂要适量,一般只充填轴承空腔的1/2-l/3为宜,过多不但无用,还会增加轴承的运转阻力,使之升温发热。特别要注意的是汽车轮毂轴承,要提倡“空毂润滑”,即只在轴承上涂一层适量的润滑脂即可,否则,不但浪费和散热不良,还会使润滑脂受热外溢,可能影响制动性能。

润滑油润滑的优点是摩擦阻力小,并能散热,主要用于高速和工作环境温度较高的轴承。润滑油的牌号要按汽车说明书的要求选用,并接汽车保养周期及时更换,放出旧油后要对机构进行清洗后再加新油,加油应加到规定的标线,或与加油口平齐(视汽车具体结构、要求而定),不可多加。

二、滚动轴承常见故障

滚动轴承的故障现象一般表现为两种,一是轴承安装部位温度过高,二是轴承运转中有噪音。

1.轴承温度过高

在机构运转时,安装轴承的部位允许有一定的温度,当用手抚摸机构外壳时,应以不感觉烫手为正常,反之则表明轴承温度过高。

轴承温度过高的原因有:润滑油质量不符合要求或变质,润滑油粘度过高;机构装配过紧(间隙不足);轴承装配过紧;轴承座圈在轴上或壳内转动;负荷过大;轴承保持架或滚动体碎裂等。

2.轴承噪音

滚动轴承在工作中允许有轻微的运转响声,如果响声过大或有不正常的噪音或撞击声,则表明轴承有故障。

滚动轴承产生噪音的原因比较复杂,其一是轴承内、外圈配合表面磨损。由于这种磨损,破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系,导致轴线偏离了正确的位置,在轴在高速运动时产生异响。当轴承疲劳时,其表面金属剥落,也会使轴承径向间隙增大产生异响。此外,轴承润滑不足,形成干摩擦,以及轴承破碎等都会产生异常的声响。轴承磨损松旷后,保持架松动损坏,也会产生异响。

三、滚动轴承的损伤

滚动轴承拆卸检查时,可根据轴承的损伤情况判断轴承的故障及损坏原因。

1.滚道表面金属剥落

轴承滚动体和内、外圈滚道面上均承受周期性脉动载荷的作用,从而产生周期变化的接触应力。当应力循环次数达到一定数值后,在滚动体或内、外圈滚道工作面上就产生疲劳剥落。如果轴承的负荷过大,会使这种疲劳加剧。另外,轴承安装不正、轴弯曲,也会产生滚道剥落现象。

轴承滚道的疲劳剥落会降低轴的运转精度,使机构发生振动和噪声。

2.轴承烧伤

烧伤的轴承其滚道、滚动体上有回火色。烧伤的原因一般是润滑不足、润滑油质量不符合要求或变质,以及轴承装配过紧等。

3.塑性变形

轴承的滚道与滚子接触面上出现不均匀的凹坑,说明轴承产生塑性变形。其原因是轴承在很大的静载荷或冲击载荷作用下,工作表面的局部应力超过材料的屈服极限,这种情况一般发生在低速旋转的轴承上。

4.轴承座圈裂纹

轴承座圈产生裂纹的原因可能是轴承配合过紧,轴承外国或内圈松动,轴承的包容件变形,安装轴承的表面加工不良等。

5.保持架碎裂

其原因是润滑不足,滚动体破碎,座圈歪斜等。

6.保持架的金属粘附在滚动体上

可能的原因是滚动体被卡在保持架内或润滑不足。

7.座圈滚道严重磨损

可能是座圈内落入异物,润滑油不足或润滑油牌号不合适。

三、轴承的密封类型

为了使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境,充分发挥轴承的工作性能,延长使用寿命,对滚动轴承必须具有适宜的密封,以防止润滑剂的泄漏和灰尘、水气或其他污物的侵入。

轴承的密封可分为自带密封和外加密封两类。所谓轴承自带密封就是把轴承本身制造成具有密封性能装置的。如轴承带防尘盖、密封圈等。这种密封占用空间很小,安装拆卸方便,造价也比较低。

所谓轴承外加密封性能装置,就是在安装端盖等内部制造成具有各种性能的密封装置。

对轴承外加密封的选择应考虑下列几种主要因素:
1.轴承润滑剂和种类(润滑脂和润滑油);
2.轴承的工作环境,占用空间的大小;
3.轴的支承结构优点,允许角度偏差;
4.密封表面的圆周速度;
5.轴承的工作温度;
6.制造成本。

外加密封又分为非接触式与接触式两种。分述如下:

1)非接触式密封

非接触式密封就是密封件与其相对运动的零件不接触,且有适当间隙的密封。这种形式的密封,在工作中几乎不产生摩擦热,没有磨损,特别适用于高速和高温场合。非接触式密封常用的有间隙式,迷宫式和垫圈式等各种不同结构形式,分别应用于不同场合。
非接触式密封的间隙以尽可能小为佳。

2)接触式密封

接触式密封就是密封与其相对运动的零件相接触且没有间隙的密封。这种密封由于密封件与配合件直接接触,在工作中摩擦较大,发热量亦大,易造成润滑不良,接触面易摩损,从而导致密封效果与性能下降。因此,它只适用于中、低速的工作条件。接触式密封常用的有毛毡密封、皮碗密封等结构形式,应用于不同场合。

根据轴承工作状况和工作环境对密封程度的要求,在工程设计上常常是综合运用各种密封形式,以达到更好的密封效果。

四、轴承的噪音
声音有振动引起的,是振动的音响特征。噪音的表征有声强级,声压级,声功率级。声强级的表达式为:

L1=10log(I/I)。

L1为声强级(dB)

I声强(W/m2)

I0基准声强,10-12W/m2,是1000HZ的阈声强。

而振动加速度级的表达式为:

L=20log(a/a)。

L,振动加速度级(dB)

a,某一频率范围内的振动加速度均方根值,(m/S2)

a0 =9.81×10-13m/S2

测试轴承振动加速度的仪器很普遍,而检测轴承噪声的设备则非常复杂,一般企业目前尚无此类设备。

五、轴承的精度与等级

滚动轴承的精度分(主要)尺寸精度与旋转精度。精度等级已标准化,分为P0级、P6级、P5级、P4级、P2级五个等级。

精度从0级起依次提高,对于一般用途0级已足够,但在用于表1所示条件或场合时,需要5级或更高的精度。

以上的精度等级虽然是以ISO标准为基准制定的,但其称呼在各国标准中有所不同。

表2列出了各种轴承型式所适用的精度等级以及各国标准之间的比较。

尺寸精度(与轴及外壳安装有关的项目)

1、内径、外径、宽度及装配宽度的允许偏差
2、滚子组内复圆直径及外复圆直径的允许偏差
3、倒角尺寸的允许界限值
4、宽度的允许变动量

旋转精度(与旋转体跳动有关的项目)

1、内圈及外圈的允许径向跳动和轴向跳动
2、内圈的允许横向跳动
3、外径面倾斜度的允许变动量
4、推力轴承滚道厚度的允许变动量
5、圆锥孔的允许偏差和允许变动量

七、轴承的极限转速和摩擦系数

轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的温升的限制,当转速超过某一界限后,轴承会因烧伤等而不能继续旋转。

轴承的极限转速是指不产生导致烧伤的摩擦发热并可连续旋转的界限值。

因此,轴承的极限转速取决于轴承的类型、尺寸和精度以及润滑方式、润滑剂的质和量、保持架的材料和型式、负荷条件等各种因素。

各类轴承采用脂润滑及油润滑(油浴润滑)时的极限转速分别载于各轴承尺寸表,其数值表示标准设计的轴承在一般负荷条件(C/P>=13,Fa/Fr<=0.25左右)下旋转时转速的界限值。

另外,润滑剂根据其种类和牌号的不同,也可能虽优于其他性能但不适用于高速旋转。

极限转速的修正

负荷条件C/P<13(即当量动负荷P超过基本额定动负荷C的8%左右),或承受的合成负荷中的轴向负荷超过径向负荷的25%时,要用下式对极限转速进行修正。

na=f1*f2*n

这里na:修正后的极限转速,rpm
f1:与负荷条件有关的修正系数(图8.1)
f2:与合成负荷有关的修正系数(图8.2)
n :一般负荷条件下的极限转速,rpm(参照轴承尺寸表)
C :基本额定动负荷,N{kgf}
P :当量动负荷,N{kgf}
Fr:径向负荷,N{kgf}
Fa:轴向负荷,N{kgf}

带密封圈球轴承的极限转速

带接触式密封圈(RS型)球轴承的极限转速受到密封圈接触面线速度的限制,允许线速度取决于密封圈的橡胶材质。

高速旋转注意事项

轴承在高速旋转、尤其是转速接近或超过尺寸表记载的极限转速时,主要应该注意如下事项:
(1)使用精密轴承
(2)分析轴承内部游隙(考虑温升产生的轴承内部游隙减少量)
(3)分析保持架的材料的型式(对于高速旋转,适合采用铜合金或酚醛树脂切制保持架。另外也有适用于高速旋转的合成树脂成型保持架)
(4)分析润滑方式(采用适用于高速旋转的循环润滑、喷射润滑、油雾润滑和油气润滑等润滑方式)

轴承的摩擦系数(参考)

为便于与滑动轴承比较,滚动轴承的摩擦力矩可按轴承内径由下式计算:

M=uPd/2

这里M:摩擦力矩,mN.m{kgf.mm}
u:摩擦系数,表1
P:轴承负荷,N{kgf}
d:轴承公称内径,mm

摩擦系数u受轴承型式、轴承负荷、转速、润滑方式等的影响较大,一般条件下稳定旋转时的摩擦系数。

对于滑动轴承,一般u=0.01-0.02,有时也达0.1-0.2。


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