轴承知识库

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直线运动轴承的设计误区

在进行直线运动轴承的设计时,存在着诸多误区,包括所有钢轴都是相同的、不可在恶劣环境中使用直线轴承、轴承座圈与滚动体接触越紧密负荷能力越强、不重视轴承润滑剂的正确选择、快速运转直线轴承将缩短轴承的运动周期、滚动接触体不会磨损、不重视表面抛光、使用小型轴承会降低系统高度、轴出现沟槽时轴会损坏,以及材料硬度越大轴承性能越好等。为了更好地帮助设计者在进行直线运动轴承的设计中避免这些误区,本文将逐一对上述误区进行分析。
  所有钢轴都是相同的
  直线运动轴承的轴最常用的材料是中度高碳钢。工程师应当与供应商确认所使用钢材的碳含量、伸直度、弯曲度、表面抛光度、硬度以及硬化层深度等是否适用于轴承的应用环境。钢材内的杂质会导致轴承过早损坏,原因是其可能会对轴承产生较大的Hertzian接触应力。材料的化学组成和均匀性不足会影响轴的加工性能,尤其会影响降低粗糙度或高点的能力。通常其表面需要含有带有波谷的坪区,同样也需要足够的硬度和硬化深度以支持较高轴承负荷下的Hertzian接触应力,确保不会发生表层以下的过早损坏。
  直线轴承不可在恶劣环境中使用
  请特别注意,当在低温或深海环境中使用直线轴承时,设计结构、正确密封和材料选择均是至关重要的因素。其中一个要避免的误区是忽略温度的剧烈变化(例如,-40~85℃)导致尺寸变化的热效应对轴承轴向和径向装配间隙的影响。其可能需要配有刮板的特殊密封和润滑选件,而选择涂层和材料时,盐雾试验也有可能不会最终测量出特定应用的抗腐蚀性。举例说明,标准盐雾与完全浸没并不相同。另外,还有很多保护表面的选件,都各有其优势。对于滚动轴承,TDC(薄密镀铬)涂层要比TDN(薄密镀镍)涂层具有更好的耐磨损特性,原因并不在于摩擦特性,而是其硬度更高。但在标准盐雾试验中优于TDC的TDN在轴承接触应力方面则表现较差。
  轴承座圈与滚动体接触越密切负荷能力越强
  人们通常误认为负荷能力越强,轴承性能越好。对于滚动轴承,沟槽半径与滚动体半径之间的比率为密切因数,而由于材料特性会对应力有一定限制,几何一致性(密切度)的增加则扩大了接触表面的面积,因此,提高了轴承的负荷能力。但是由于特定的限制性,当密切度变得很大时,轴承的性能开始下降,负荷能力也随之降低。其中一部分原因是切向切变差异(作为相对表面加速度的函数)的增大。同时,公差减少以及高密切度因数也会导致高摩擦特性,这些都证明了密切度过大并不是好事。图1 直线运动轴承产品的设计存在诸多误区
  不重视轴承润滑剂的正确选择
  中等厚度的锂基润滑脂即可适用于大多数轴承。认为润滑剂并不重要,或者认为润滑脂作为轴承润滑剂要比润滑油更好,这些都是错误概念。正确选择润滑剂是直线轴承应用的一个重要环节,通常可能会是轴承性能完全或不足的根本原因所在。滚动体和轴承座圈之间的膜层是EHL(弹流润滑层)。这种润滑层具备极高的应力,可同时抗击物理(例如热力和切变)和化学(例如污染物和溶剂)冲击(可导致润滑剂失效的冲击),作为轴承表面的主要保护层,防止过早损坏。润滑是保证轴承性能的重要因素。
  润滑剂的种类很多,从用于高负荷的带有EP添加剂的高粘度润滑脂,到用于化学保护的带有防腐剂的低粘度润滑油;从用于降低粘度破坏或防止蒸发损失的合成润滑剂,到用于低摩擦特性或兼容性考量的中性或有机润滑剂。有些特殊润滑剂专门设计用于消声或抵抗富氧环境亦或极端温度状况。因此,选择正确润滑剂的重点就是要详细了解操作环境。
  快速运转直线轴承将会缩短轴承的运动周期
  滑动轴承以及狭义上的径向轴承和油膜轴承在其运动周期中对速度这一因素极其敏感,但是有趣的是,滚动直线轴承的运动周期仅仅因速度和加速度对系统负荷的影响而改变。只要运动体系用作影响负荷的因素,直线轴承就不会受到PV(压力速度)的影响,不会对排热因素敏感,也不会受是否支持宏观膜层因素的影响(根据伯努利方程,液体边界层是主宰因素,速度是主要变量)。当速度和加速度超过一定的标准,即滚动体不再滚动或开始影响EHL(超过v=3~5m/s且a=10g),此时,滚动直线轴承的L10运动周期可通过Lundberg和Palmgren轴承失效理论中的方程进行估算:运动周期=(额定负荷/等效负荷)3×额定运动量,其中速度和加速度并不是因数。
  滚动接触体不会磨损
  滚动接触体不会达到滑动轴承的磨损程度,与较低的摩擦系数有着莫大的关联,只是微观上的磨损而已。在有着明显密切几何体的轴承中,滚动体和轴承座圈之间的相对切向表面速度存在差异。表面明显不会以相同速度运转。这一差异会导致润滑剂的切变,损坏润滑膜层的粘度,危及到EHL(可导致磨损和过早损坏)。根据负荷和环境状况的不同,可能需要较高频率的再润滑循环。
  忽视表面抛光的重要性
  并不是所有所谓的表面抛光都是相同的,有时候外表是具有欺骗性的。表面抛光可称之为Ra、Rrms和Rpk等。有些表面抛光基于平均读数,而有的则是峰值到谷值或峰值到峰值的读数。对于轴承的负荷性能来说,表面抛光至关重要。通常设计者需要注意高点,对于相同表面抛光值,带有谷值的坪区要优于带有峰值到谷值的坪区。表面太粗糙(长刺或高点),通常意味着抛光更难,这对于轴承的性能无益。表面太精细,抛光则会影响润滑剂在轴承表面形成适当膜层的性能,同样不利于轴承的性能。因此,在大多数情况下,在轴承应用中表面抛光不应低于2Ra,这是决定表面抛光优势的关键。
  使用小型轴承会降低系统高度
  许多设计者都会陷入这样一个误区,即力求寻找更为紧凑且小巧的轴承。这一误区忽视了实际决定系统整体高度的其他参数或元件。这些元件通常是驱动系统、支架、马达或者变速箱。这些会限制尺寸大小的元件对于系统至关重要,设计系统时需要及早考虑。忽视这一点往往会导致设计者需要在小型尺寸的直线轴承下面放置额外的垫圈或冒口,以构建足够的高度与驱动器、马达或支架相匹配。通过整体设计以及正确选择系统元件,即可避免时间、资金的浪费,以及系统元件误用的损失。
  轴出现沟槽时会损坏
  恰恰相反,轴出现沟槽并不是坏事。有些时候直线轴承会在高负荷情况下运行,在几次运行之后轴就会出现沟槽,这种现象称之为“安定状态”。当轴承在高负荷状态下运行时,Hertzian接触应力会非常大,大到足够熔化硬度极高的高碳轴承钢。由于这只是压力效应,熔化的材料并不会移动或转换,导致下层脱离,最终导致材料损坏或磨损。其实际接触应力由于沟槽导致接触面积增加而低于等效应力的位置保持稳定状态。负荷不会造成材料的进一步熔化。
  如果出现这种情况,即轴开始出现沟槽,然后保持稳定。因此,工程师此时不应旋转或更换轴,因为接下来轴承会承受另外一次“安定状态”循环,若滚珠不够坚硬就会超过限定值。
  材料硬度越大轴承性能越好
  较高的材料硬度代表了较高的屈服应力极限值,但是这并不一定是好事。高硬度同样意味着脆度的增加,也就意味着要牺牲材料的韧度。其可能在弯曲之前就会破裂,但有时弯曲是必须的。
  这也是一种平衡取舍。紧密接触轴承元件的适当硬度会优化轴承的性能。标准直线轴承基本上有3个主要负荷轴承元件:内座圈、滚动体和外座圈。如果滚珠比内座圈要硬很多,则会由于高接触应力而磨损内座圈。如果滚珠较软,则自身会磨损,导致滚珠出现平斑。外座圈同样存在这些问题。通常情况下,对于直线轴承,外座圈要比内座圈运行更多的循环周期,但是根据内座圈的几何形状(例如密切度),外座圈最好比内座圈的硬度稍高或稍低。不管是何种情况,稍低硬度的滚动体(因材料而异)会更为理想,可以优化轴承的整体性能。
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如何判断KOYO轴承的质量

一、KOYO轴承的外包装是否明晰:
  一般情况下,正厂品牌的KOYO轴承都有自己专门的设计人员对外包装进行设计,并且安排生产条件过关的工厂进行制作生产,因此包装无论从线条到色块都非常清晰,毫不含糊,部分品牌的配件包装上还有专门用以保护自己的知识产权的独特设计。
  二、KOYO轴承上的钢印字是否清晰:
  在KOYO轴承体上会印有品牌字样、标号等。字体非常小,但是正厂出品大都使用钢印技术,而且在未经过热处理之前就进行压字,因此字体虽然小,但是凹得深,非常清晰。而仿冒产品的字体非但模糊,由于印字技术粗糙,字体浮于表面,有些甚至轻易地就可以用手抹去。
  三、KOYO轴承的KOYO轴承体是否有杂响:
  左手握住KOYO轴承的KOYO轴承体内套,右手拨动外套使其旋转,听其是否有杂响。由于大部分仿冒产品的生产条件落后,完全手工作坊式操作,在生产过程中难免会掺进沙子一类的杂质,藏在KOYO轴承体内,所以在旋转的时候会发出杂响。这是和严格执行生产标准、并且用机器操作的正厂品牌之间最大的不同。
  四、KOYO轴承的表面是否有浑浊的油迹:
  这在购买KOYO轴承时应该特别注意。由于国内目前的防锈技术还不是特别到家,所以对KOYO轴承体进行防锈处理时很容易留下厚厚的油迹,拿在手上粘粘稠稠,而国外原装的KOYO轴承上几乎看不到防锈油的痕迹,倒是特别细心的行家说KOYO轴承闻起来有一种味道,肯定是下了防锈油,只是看不到而已。
  五、KOYO轴承的倒角是否均匀:
  所谓KOYO轴承的倒角,也就是横面与竖面的交接处,仿冒的KOYO轴承由于生产技术的限制,在这些边边角角的部位处理得不尽人意。

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KOYO轴承的定期润滑保养

适当的润滑与保养可以发挥KOYO轴承最高的使用寿命。
  1、润滑脂润滑
  KOYO轴承的再润滑最好是在计划的设备停机期间实施,并定期进行补充,同时,将旧油脂清除掉或经由泄油空将旧油脂挤出去。在加入新鲜油脂以前应将注油嘴擦拭干净。如果KOYO轴承箱没有注油嘴,则应打开KOYO轴承箱盖或端盖,以便取出旧油脂,清理后,补充相同型号的新鲜油脂。
  2、润滑油润滑
  定期检查润滑油的油位和油质,一般情况下,正常油位应为设备油位视窗或标示的1/3-2/3范围内。补油方式为油杯的,其显示的油位只代表补油能力,而KOYO轴承箱油位是满足运行要求的,油杯中油位低于其总容积的1/4可考虑补油。
  检查和补油方法,取出少量的润滑油作为样品和新鲜的润滑油进行比较,有能力的单位可考虑进行油质化验,以确保油质合格。如果样品看似云雾状,那么可能是与水混合的结果,也就是大家常说的油乳化,此时应该更换润滑油。如果样品程变暗的颜色或变浓稠,那么可能表示润滑油已经开始碳化,应将旧润滑油进行彻底更换。如果可能的话,使用新鲜的润滑油对油路进行冲洗。更换润滑油时,应确保所更换的润滑油新、旧型号相同,并补充之满足要求的油位。
  使用油浴式的润滑系统,如果油温在60℃(140°F)以下,且润滑油没有受到污染,则一年更换一次润滑油即可。如果油温在60-100℃ (140-210°F),则一年需要更换四次润滑油。如果油温在100-120℃210-250°F),则每月需要更换一次润滑油。如果油温在120℃(250°F)以上,则每周需要更换一次润滑油。
  正确的安装和保养是KOYO轴承正常运行的重要因素,同时,必须注意保持KOYO轴承的清洁度。KOYO轴承必须防止受到污染物及湿气的污染,必须有正确的安装和润滑。另外,KOYO轴承配列的设计、油封的状况、润滑剂的形式及更换周期和专门的保养同样扮演着重要的角色,都必须加以关注。

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怎样延长FAG轴承寿命三大原则

(1)选择负荷能力高的FAG轴承型号
FAG轴承选型时应顾及轴承的价格,或采用负荷能力较高但较贵的FAG轴承,或就采用普通FAG轴承而另外设法延长其寿命。采用有高负荷能力的FAG轴承,例如带凸度的圆柱滚子轴承,带对称滚子的球面滚子轴承,加强型圆锥滚子轴承和球轴承,球沟母线修正过的球轴承,或用70000CD系列的FAG轴承代替深沟(单列向心)球轴承,这些有高负荷能力的FAG轴承或因改善应力分布状态,或因滚动体的数目较多而可能有较高的疲劳寿命。
(2)选择合适的FAG轴承尺寸
要使FAG轴承尺寸选得合适,必须精确计算或实际校核FAG轴承的工作负荷、转速和运转温度。负荷对FAG轴承寿命的影响最大,所以负荷虽然最难测量但也要尽可能测得准确。当负荷测量有困难时,可测量电动机实际消耗功率,按传动路线推算并扣除沿程功率损失,直至计算出较为接近实际的FAG轴承负荷。计算或测得的负荷量偏大,FAG轴承可期望的疲劳寿命必然以更大的幅度减小,必须设法加以补救。如果安装部位允许,可选尺寸大一档的FAG轴承;如果径向尺寸有限制,在有较宽FAG轴承的情况下应选较宽的FAG轴承;如果无法利用较宽的FAG轴承,可改用负荷承载能力较高的FAG轴承。    
(3)选择合适的FAG轴承材料
  选择FAG轴承材料也要顾及它的价格,而且当不得不采用真空冶炼或电渣重熔钢时,要注意必须使润滑条件完善化,才能成倍地提高FAG轴承的可期望疲劳寿命。当然,选用这类优质钢材所制FAG轴承的费用要比选用负荷能力较高的FAG轴承贵得多,但对于在机器中难于接近且极难装拆的FAG轴承,或矿井、隧道中作业机械所用FAG轴承,检修极为困难的场合,有时仍必须考虑使用。

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INA轴承被烧伤的原因分析

所谓INA轴承出现烧伤损伤状态是指:INA轴承的滚道轮、滚动体以及保持架在旋转中急剧发热直至变色、软化、熔敷和破损。
  造成INA轴承烧伤的主要原因是由于INA轴承的润滑不良,可能使用了不正规的润滑剂,或者 润滑剂过多,过少,都是不正确的。关于INA轴承润滑方面的相关资料,请您参见本站“在修理FAGINA轴承过程中使用润滑油脂的误区”与“INA轴承中润滑技术的简介”这两篇文章的介绍。
  其次可能是过大载荷(预压过大)。转速过大。游隙过小。有水或其他的异物侵入。如果上面的两种情况都不是那么就是轴、INA轴承箱的精度不良、轴的挠度大。看到这里,我想大家都想知道解决的办法吧,首先,要研究润滑剂及润滑方法,选对INA轴承润滑剂,及其用量,而且要纠正INA轴承的选择。研究要配合、INA轴承间隙和预压,并且改善密封装置。检查轴和INA轴承箱的精度。当然,如果您旁边有专家的话,让他操作你跟着学最好了!
  建议在INA轴承使用时,要注意安装,润滑,游隙等各环节都做到尽量精确,到位。

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