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圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定.pdf

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圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定.pdf

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文档介绍:该【圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定】是由【鼠标】上传分享,文档一共【11】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定戈红霞;陈艳清【摘要】圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的控制直接影响轴承的载荷分布、使用寿命,,对其不同工况下的选配方案进行了优劣性比较;同时采用仿真计算的分析方法,从系统的角度对这对锥轴承的载荷分布、润滑、损伤率以及对齿轮运转产生的错位量进行了分析,认为主动锥齿轮轴采用圆锥滚子轴承“背对背”布置方式的支撑方案优于“面对面”方式的支撑方案,~,,圆锥滚子轴承和锥齿轮运行状态良好,证明了该圆锥滚子轴承的布置方案和轴向游隙控制的合理性.【期刊名称】《车辆与动力技术》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】8页(P33-40)【关键词】圆锥滚子轴承;轴承布置;轴承轴向游隙;轴承损伤率;油膜【作者】戈红霞;陈艳清【作者单位】中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,北京100072;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,北京100072【正文语种】中文【中图分类】;TH123:..圆锥滚子轴承在传动部件,特别是在锥齿轮传动结构上应用非常普遍,,锥齿轮产生的轴向力,需要圆锥滚子轴承能承受2个交变方向的载荷,所以在锥齿轮结构的传动装置中,要有2个反向搭配的圆锥滚子轴承组合使用,,直接影响着传动的精度、,一般是孤立地对轴承本身的承载能力和使用寿命进行分析和计算,使用公式进行轴承的寿命校核计算[1],,但当传动部件运行加载后,零件和箱体产生变形,轴、轴承、齿轮已不在原始的理论工作位置上,,,需要采用锥齿轮传动结构完成相交垂直轴间的动力传递,其锥齿轮输入主轴传递的最大功率为1000kW,最高转速为2000r/min根据其传递功率、.使用要求、轴径和布局结构等条件,、转速较高、运行寿命需达到800h的情况,为保证传动部件的稳定性和可靠性,采用SKF轴承,型号为32022X/,利用MASTA软件[2]创建圆锥滚子轴承的三维传动装置分析模型(见图1).模型中所有零件结构最大程度地符合实际设计,,要做以下定义:1)模型中各零件(包括齿轮、轴、轴承等主要零件)都作为弹性体处理;2)定义各零部件的材料、几何结构参数及相对位置关系;3)根据传动装置的工作情况,设定各零部件的载荷条件;4)圆锥滚子轴承需要按设计方案输入内部和外部轴向间隙、预载、固定方向和润滑情况等参数(见表1).:../(kg·m-3)870是否使用添加剂是ISO润滑剂矿物油润滑条件飞溅润滑、油液低于轴承中心润滑剂剪切模量/(N·mm-2)100润滑粘度曲线选择MASTA定义曲线润滑粘压系数t/(mm2·N-1)/(J·kg-1·K-1)(0,-189,0)轴承型号32022X/Q系列内部轴向间隙/μm30安装轴向间隙/μm30安装类型固定固定方向右侧2圆锥滚子轴承布置方式的确定锥齿轮输入主轴采用两端支撑,靠锥顶一侧为1个圆柱滚子轴承,靠背锥一侧为1对圆锥滚子轴承(见图1).承载时径向负荷作用在单列圆锥滚子轴承上,负荷沿着滚子和滚道接触面从一个滚道传递到另一个滚道,(包括2个圆锥轴承独自承担的当量负荷),,“背对背”或“面对面”的2种支撑方式[3].根据传动装置正常运转和反拖运转2种工况,对轴承不同的支撑方式进行分析,以选出径向和轴向负荷布置合理、对锥齿轮副受载变形错位影响较小、,锥齿轮主轴上产生较小轴向力和较大径向力,轴向力指向锥齿轮的小端,根据轴向力的方向,对圆锥滚子轴承采用“背对背”和“面对面”的2种布置方式进行分析(见图2和图3).图2“背对背”布置受力简图图3“面对面”布置受力简图运用分析模型,计算出支撑锥齿轮主轴上的每个轴承的错位量、当量负荷和损伤率,:..“背对背”布置方式时轴承的错位量、(靠齿轮端)(靠轴端)/%圆柱滚子轴承轴承类型径向负荷/kN轴向负荷/kN错位量/mRad单个损伤率/%“面对面”布置方式时轴承的错位量、(靠齿轮端)(靠轴端)/%圆柱滚子轴承轴承类型径向负荷/kN轴向负荷/kN错位量/mRad单个损伤率/%:采用“背对背”布置方式时,圆柱滚子轴承的当量负荷较小,损伤率较低;圆锥滚子轴承的当量负荷和损伤率都略高,,从图4和图5可知:采用“背对背”布置时,圆锥滚子轴承上承载的滚子数目多于“面对面”布置时滚子的数目,且载荷分布较均匀,最危险滚子上的载荷应力值比较小(“背对背”时约为850MPa和510MPa,“面对面”时为约1000MPa和565MPa).图4“背对背”布置方式正常运转时一对圆锥滚子轴承上的载荷分布图5“面对面”布置方式正常运转时一对圆锥滚子轴承上的载荷分布通过对在正常运转工况下的锥齿轮错位量的分析和计算(见表4),可知:采用“背对背”布置对锥齿轮啮合运转时造成的错位量较小,虽然轴交角总体变动量较大,,“背对背”方式相对“面对面”方式所要求的最小油膜厚度略小,由于主动轮的旋转方向是固定的逆时针,所以,当圆锥滚子轴承内的滚子转动时,采用“背对背”的布置方式,容易在2个轴承的轴套之间形成油压,有利于轴承内油膜的形成和稳定,降低由于润滑不足导致轴承磨损的风险,保证轴承不会因缺油而损坏,,传动装置在正常工况运转时,这对圆锥滚子轴承选用“背对背”:..“面对面”布置轴承布置方式“背对背”布置主动轮被动轮总和主动轮被动轮总和小轮安装距/------133中心偏置距/-------“背对背”方式“面对面”,锥齿轮主轴上产生较大轴向力和较小径向力,轴向力指向锥齿轮的大端,根据轴向力的方向,这对圆锥滚子轴承同样可以有“背对背”和“面对面”2种不同的布置支撑方式,可参考图2和图3的布置受力简图,,计算分析出锥齿轮主轴上轴承的错位量、当量载荷、使用寿命和损伤率,以及反拖运转时轴承在不同的布置支撑下锥齿轮的错位量、:反拖运转工况时,锥齿轮主轴上的轴向负荷主要由靠轴端的圆锥滚子轴承承受,损伤率高于靠齿轮端的圆锥滚子轴承,锥齿轮主轴上各轴承本身的错位量比正常运转时均大幅度增高,有的已经翻倍,而且圆锥滚子轴承采用“面对面”布置方式比采用“背对背”,采用“面对面”方式支撑的锥齿轮副相对于理论原点安装位置的小轮安装偏置距比“背对背”方式的大,“背对背”布置方式时轴承的错位量、(靠齿轮端)(靠轴端)/%圆柱滚子轴承轴承类型径向负荷/kN轴向负荷/kN错位量:../mRad单个损伤率/%“面对面”布置方式时轴承的错位量、(靠齿轮端)(靠轴端)/%圆柱滚子轴承轴承类型径向负荷/kN轴向负荷/kN错位量/mRad单个损伤率/%“面对面”布置轴承布置方式“背对背”布置616大轮安装距/----------,采用“背对背”布置方式的圆锥滚子轴承承载的滚子数目多于“面对面”布置时滚子的数目,载荷分布均匀性略好于“面对面”布置方式,最危险滚子上的载荷应力值较小(“背对背”时约为710MPa和1010MPa,“面对面”时为约960MPa和1020MPa).见图6、“背对背”布置方式一对圆锥滚子轴承上的载荷分布图7反拖运转时“面对面”布置方式一对圆锥滚子轴承上的载荷分布表9中列出了反拖运转工况时,这对圆锥滚子轴承采用不同布置方式在最大转速运转时所需的最小润滑油膜厚度,靠齿轮端的圆锥滚子轴承所要求的最小油膜厚度,“背对背”方式比“面对面”方式小些;,这对圆锥滚子轴承仍需选用“背对背”“背对背”方式“面对面”,使得传动装置中的锥齿轮和承载轴承的变形量都很大,:..对零件的损伤也比正常时高,为保证传动部件的使用寿命和可靠性,“背对背”布置的圆锥滚子轴承,其负荷中心的距离(图2中Fra到Frb的距离)比2个轴承的中心距离长,而采用“面对面”布置的轴承负荷中心的距离(图3中Fra到Frb的距离)“背对背”布置可以承受较大的弯曲扭转力矩,,以及由其所导致的轴承本身变形,也比“面对面”,在正常运转和反拖运转工况下,锥齿轮主轴上的圆锥滚子轴承采用“背对背”,圆锥滚子轴承在分析模型中初始设定的轴向游隙为零,,它直接影响轴承的载荷分布、振动、磨损、油膜温度、,并可靠运行,必须根据圆锥滚子轴承的尺寸、工作条件、支撑轴的变形情况,,在极端情况下可能只有最下方的1个滚动体及滚子受力承载,就会导致轴承承载能力大大降低,滚子接触面应力增大,轴承的运转精度下降,振动和噪声增大,使用寿命缩短;如果游隙过小或过量预紧,将会导致摩擦增加,引起轴承发热,温度升高,,单列圆锥滚子轴承必须成对使用或以配组方式使用,其内部游隙仅在安装后才会产生,,可以通过有效的手段,来合理确定轴承的轴向游隙,提高轴承组件的安装精度,以延长轴承的使用寿命,,我们对这对单列圆锥滚子轴承的轴向游隙分成3种情况进行:..调试:1)轴向游隙为零;2)~;3)~,配磨调整环,使2个轴承间的距离在锁紧后相等,轴向游隙为零,,发现非常滞涩,,在低温或常温(20℃)且转速较高时,轴承内部的油膜很难形成,转动力矩加大,功率损失和磨损严重,造成轴承温度迅速上升,~,~,径向游隙根据△y=△x×sinσ计算(式中△x为轴向游隙,σ为滚子接触角平均值,轴承32022X/Q的σ值约为16°),计算后△~,,常温下用手转动感觉很灵活,没有卡涩,在台架上进行空损和润滑试验,润滑流量在设计要求的范围内,~,~,,但主轴窜动量增大,在台架上进行加载试验时,出现了锥齿轮啮合区域不稳定及偏载的问题,,、、,采用正常工况的负荷和扭矩值对运转部件进行系统分析,得到不同游隙下轴承自身变形和锥齿轮啮合错位量数据(见表10).传动部件为锥齿轮增速机构,从表10的分析数据显示,被动轮即齿轮副中的小轮安装距,对主动轮即锥齿轮主轴上轴承游隙的变化很敏感,当轴向游隙从0变化:..,锥齿轮的错位值相差不是太大随着轴向游隙的增加(如图10所示),被动轮向后移动,主动轮向左移动,,小轮安装距的位移过大,齿面工作接触位置也会有巨大偏移,易产生偏载接触,偏离正常理想的啮合区域,影响传递质量,降低承载能力;同时,锥齿轮主轴前端的圆柱滚子轴承的损伤率已经超过65%,轴上后端的锥轴承重载时由于变形严重,只有5~6个滚子承载,~,(靠齿轮端)(靠轴端)------(靠齿轮端)(靠轴端)------(靠齿轮端)(靠轴端)------,支撑轴和轴承座受热膨胀,轴径会增加(径向膨胀),也会伸长(轴向膨胀).无论采用“面对面”还是“背对背”布置方式,在径向膨胀的影响下,轴承预置的游隙都会减小[3].在轴向膨胀的影响下,采用“面对面”布置的轴承游隙会进一步减小,而采用“背对背”布置的轴承,由于配对轴承之间留有一定间隙(图8中内外轴套尺寸差),并且轴和相关零部件(如轴承座)有相同的热膨胀系数(本文中的锥齿轮主轴和轴承座采用相同的材料,热膨胀系数相同),所以径向膨胀和轴向膨胀对轴承游隙的影响会互相抵消,保证工作时不会因游隙的变化而影响锥齿轮和传动部件的工作性能和使用寿命.:..图11全新的锥轴承图12试验后的状态图13锥齿轮初次加载印痕图14试验后的印痕对传动装置的多个样本分别进行了跑车试验和台架性能考核试验,如图11~图14所示,试验结果表明:锥齿轮主轴上的圆锥滚子轴承和锥齿轮齿面上的接触区位置状态良好,圆锥滚子轴承内部润滑程度适合,没有过热或烧灼痕迹,滚子和内外滚道磨损很小,锥齿轮齿面啮合接触在设计规定的理想接触范围内,没有偏载磨损,,,采用了4点角接触球轴承(见图9),其轴承自身内部游隙较大,引起被动轴窜动().因此,需要通过传动部件的结构改进,来提升这部分的轴承支撑刚度、降低被动轴轴向窜动量,同时进一步将锥齿轮载荷域宽、载荷变化剧烈频繁工况下的啮合质量放在可调控范围内,、安装质量、工作温度等因素影响轴承的载荷分布、使用寿命,,虽未将所有影响因素全部包括进去,但通过运用MASTA软件,用仿真分析手段,根据轴承承载功率、使用要求、轴径和布局结构等指标要求,从系统角度分析这2项因素对圆锥滚子轴承的载荷分布、润滑、损伤率以及对齿轮运转错位量的影响,选择“背对背”轴承布置方案,~,,圆锥滚子轴承和锥齿轮运行状态良好,,比较传统简单的轴承校核方法,从系统角度研究轴承的工作情况,可以保证轴承在具体的工作条件下处于较好的工作运行状态,对于提高设计的准确性和轴承使用的可靠性是有益:..:[1][M].北京:化学工业出版社,2002.[2][M].英国:世迈钛传动技术有限公司,2006.[3][M].SKF轴承公司,2004.