工程能力

适用于低载荷应用场合的性能可靠的轴承组

角接触球轴承的接触角通常为40°。SKF现已推出新的25°接触角轴承系列,扩展了角接触球轴承产品组合。随着这一新产品系列的推出,首次轻松地实现了不对称轴承配组,有效解决了众所周知的最小载荷问题,从而在泵或电动机等轴向负载应用场合,延长轴承的使用寿命。

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每个滚动轴承都有一个接触角,用来传递轴承内部的力。最简单的例子是深沟球轴承,承受纯径向载荷的接触角为0°,而角接触球轴承的接触角始终大于0°。

接触角越大,滚动轴承的轴向载荷能力越高。在极端情况下,接触角为90°,就成为纯轴向轴承。角接触球轴承介于纯径向轴承和纯轴向轴承之间,可同时吸收径向载荷和轴向载荷。

更小的接触角和经优化的保持架带来更多选择

近期,带黄铜保持架的SKF单列角接触球轴承的产品阵容进一步扩大,轴承的接触角比常见的40°小。以下简要介绍新推出的25°角接触球轴承(后缀AC)系列:

较小的接触角会小幅降低轴向载荷能力,但会带来其他优点。例如,在某些工况下,与40°接触角相比,有可能提高最多20%的转速。这得益于轴承中更有利的运动学条件,尽可能地减小了滑动分量,从而减少热量的产生。另外,较小的接触角确保了较大的径向刚度,这在主要承受径向载荷的应用场合是有利因素。

SKF还优化了25°和40°接触角轴承的黄铜保持架。由于采用了强度更高的材料并改进了形状,保持架不仅更加坚固,还能使轴承实现更高的转速。

保持架的性能得到改进,同时占用空间减小,可腾出更大空间来容纳润滑剂,从而可以延长滑润剂更换间隔。此外,新型黄铜保持架的振动和噪音水平降低了15%。

轴承应用和布局

角接触球轴承最常用于泵、压缩机和电动机。 这些设备配备经改进的SKF角接触球轴承后,可以更平稳地运行并延长使用寿命。

在这些应用场合中,单列角接触球轴承通常(至少)成对安装。 这是因为当角接触球轴承承受纯轴向或纯径向载荷时,不可避免地会由于其接触角而产生相应的径向或轴向力。鉴于在这种设计中,一个轴承只能沿一个方向吸收轴向力,如果不成对使用,而轴向力来自相反方向,轴承便可能被破坏。

由于在大多数应用场合中,轴向力会来自两个方向,因此反向作用力必须由反向轴承吸收。成对轴承的最简单形式是固定“ O型布局”(遵循接触角线勾画的形状)的双列角接触球轴承。单个的通用角接触球轴承也可以用不同的方式进行组合,O型和X型布局均可。

成对角接触球轴承

当角接触球轴承成对安装时,可以使用多种方案来设置预载荷或轴承游隙。最常见的方法是使用所谓的“通用配对”轴承(也称为“通用轴承”)。通用轴承的优点是,在工厂加工时已经实现了相互匹配,当将它们安装在轴承座上时,可以实现规定的预载荷/游隙。轴承内圈或外圈之间的初始座间隙是通过夹紧轴承来消除的。

为了获得精确的预紧力/轴承游隙,缩进和突出的公差仅为几个微米。

因此,通用轴承大大简化了装配,而其他传统装配方法需要耗费更多人力。例如,轴承预载荷也可以通过在轴承座或轴上插入特殊的隔套来调节,但必须费时费力地测量轴承,并且必须为每对轴承制造单独的隔套。

为了降低组装成本,接触角为25°的新型AC角接触球轴承已经提供了符合SKF Explorer等级的通用配对版本,同时还可根据要求提供各种预载荷和轴承游隙等级。

混合轴承组

角接触球轴承组的轴向力主要来自一个方向,例如沿一个方向旋转的风扇或泵便是这种情况。 在此类应用场合,一个角接触球轴承吸收轴向力,而第二个角接触球轴承,即反向支撑轴承则不承受载荷。

然而,滚动轴承需要有一个最小载荷,以实现无摩擦运行。空载轴承的载荷很有可能低于该最小载荷。这可能导致滚珠的滚动行为出现异常(滚动接触中出现滑动),产生俗称的“粘污”,“粘污”会导致温升,并造成表面损坏和/或保持架破裂,最终导致轴承过早损坏。

混合轴承组的优势

以往,此类应用场合通常会安装由两个相同的40°接触角轴承组成的轴承组,轴向载荷主要作用于一侧。不过这并非最佳配置,因为较大的40°接触角在空载时更容易受到最小载荷问题的影响。

现在,新的25°接触角轴承系列实现了40°和25°接触角轴承的不对称配组。这种轴承组具有很大的优势。在不对称轴承组中,主要的轴向力是通过接触角较大的轴承(B = 40°)吸收的,而接触角较小(AC = 25°)的空载轴承则降低了出现粘污的风险,因为它提高了提升力的阈值。提升力是外部轴向力,在该轴向力作用下,预加载轴承组中的反向支撑轴承会完全空载,无法保证所需的最小载荷。

具体来说,这意味着在相同的外部载荷作用下,接触角为25°的反向支撑轴承的空载程度较低。这大大降低了轴承过早失效的风险,进而提高了运行可靠性。

不对称预加载轴承组中的挠曲和力分布

不对称轴承组在内部载荷分布方面的优势可以通过一个预加载轴承组的示例来说明,该轴承组由O型布局的两个角接触球轴承组成,它们承受纯轴向力F(红色箭头)。40°接触角轴承吸收轴向力,而25°接触角轴承在轴向力作用下为空载。

坐标系中,x轴代表挠曲,y轴代表力。绿色曲线代表25°接触角轴承,蓝色曲线代表40°接触角轴承。位置1代表无外部载荷的载荷比。位置2代表在40°轴承的提升力水平时具有外部轴向力F1的载荷比。位置3代表在25°轴承的提升力水平时具有外部轴向力F2的载荷比。

位置1:组装后无外部载荷的载荷比

在蓝线和绿线之间的交点处(在y轴上),没有施加外力。两个轴承都仅承受设定的预载荷。在此示例中,为简化起见,假设预加载力F预载 = 1。

位置2和3:除预载荷外还施加外力时的载荷比

除了预载荷外还施加了外部轴向力F时,必须将视线从该图中的中间交点向右移动。40°接触角轴承(蓝色)除了设定的预载荷外,还要承受力F带来的载荷,因此蓝色曲线上升。同时,力F使25°接触角轴承(绿色)空载,因此绿色曲线下降。绿色曲线触及x轴时,预载荷用尽,轴承空载。必须极力避免这种情况。

灰色虚线用于与接触角为40°的反向支撑轴承进行比较。它显示了在具有相同接触角(40°+ 40°)的常规轴承组中的挠曲。

位置2的详细说明:力F1(40°)和力F1(25°)

此时,常规轴承组(40°+ 40°)和不对称轴承组(40°+ 25°)之间的差异变得尤为明显。在这两种情况下,外力完全相同(F1(40°) = F1(25°) = 2.8 x F预载),而轴承组的挠曲不同。

力F1(40°)用虚线表示,力F1(25°)用实线表示。 使用两个40°接触角轴承的常规轴承组,此时已经达到了提升力点。这可以从与x轴相交,表示40°接触角反向支撑轴承挠曲的灰色虚线看出。 此时预载荷已完全用尽(虚线相交处的黄色框)。 这一点大约是预紧力的2.8倍。

然而,就不对称轴承组而言,当施加相同的力时,轴承中仍存在一定的残余预载荷。 在这种情况下,绿色曲线仍在x轴上方(实线相交处的黄色框)。

位置3详细说明:力F2

此处显示了25°接触角反向支撑轴承的提升力。值得注意的是,力F2 明显大于力F1。 具体来说,这一点约为预紧力的5.2倍。这意味着与由相同轴承组成的轴承组相比,不对称轴承组可以吸收近乎两倍的轴向力,而不会使反向支撑轴承空载。

因此,25°接触角轴承更适合作为反向支撑轴承。

结论

接触角为25°的SKF新一代角接触球轴承是理想的反向支撑轴承解决方案。尤其是在轴向力主要来自一个方向的应用场合中,建议在设计中采用不对称轴承组,以防止出现最小载荷无法实现的问题,避免轴承过早失效。

此外,25°接触角轴承也可用于要求高转速和/或较高径向刚度的应用场合。

如果使用正确,当使用25°接触角轴承时,轴承组还可以设计为具有较低的预载荷或较高的轴向轴承游隙,从而降低内部接触压力,延长轴承寿命并减少摩擦。

25°接触角轴承加入SKF角接触球轴承系列,为设计人员提供了更多的选择,从而为各种应用场合提供更好的支持。SKF的技术咨询服务还能为各个项目的轴承选择提供建议。