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1 Timken 工程手册

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3 工程手册目录 铁姆肯公司概述 保存期限 简介 轴承选择流程 轴承类型 保持架 载荷计算和轴承分析 轴承反作用力 轴承额定载荷 系统寿命 加权平均载荷与寿命 轴承公差 公制 英制 安装设计 配合 游隙调整与装机 圆锥滚子轴承 调心与圆柱滚子轴承 角接触球轴承 深沟球轴承 精密轴承 公差配合 调心滚子轴承 圆柱滚子轴承 角接触球轴承 深沟球轴承 深沟球轴承, 调心滚子轴承和圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 精密圆锥滚子轴承 止推轴承 工作温度 发热和散热 扭矩 额定速度 转换表格 润滑与密封 润滑 密封 TIMKEN 工程手册 1

4 铁姆肯公司 概述 选择铁姆肯公司 铁姆肯公司的专业知识和优质产品值得您的信赖 我们可以帮助您提高生产力, 在行业内赢得竞争优势 当您选择铁姆肯公司时, 您获得的不仅是高品质的产品和服务, 还包括我们训练有素经验丰富的国际化团队, 全心全意致力于帮助您提高生产率降低停机时间 无论是家用轿车的轮毂单元, 深海石油钻井平台配备的轴承, 铁路轴承维修服务, 还是航空发动机主轴的钢材, 我们都能为您提供产品和服务, 让世界持续运转 摩擦管理解决方案 整体系统解决方法 您所在的行业不断变化 无论是高级运动控制系统的不断发展, 还是客户需求的多样化 选择铁姆肯公司, 保持您的领先地位 我们凭借摩擦管理专有技术打造出的解决方案能够最大限度提高设备性能和寿命以及燃油效率 此外, 我们还提供远远超出轴承范畴的综合服务, 包括状态监测系统和服务 编码器和传感器 密封以及优质润滑剂和润滑器 铁姆肯公司提供的广泛的摩擦管理解决方案能够对您的整个系统作出评估, 而不仅仅是评估个别部件, 从而帮助您找到高性价比的解决方案 通过精诚协作, 我们可以帮助您满足各种需求并确保整个系统顺畅运转 2 TIMKEN 工程手册

5 铁姆肯公司 概述 技术是前进的动力 创新是我们的核心价值之一 我们解决工程难题的能力 举世闻名 我们专注于最严苛的应用, 热衷于开创技术和服务解决方案, 帮助您的设备更快速 顺畅 高效地运转 为此, 我们投资于 : 人才, 吸引来自世界各地的学者 工程师和专家, 他们都是机械动力传动 抗摩轴承设计 摩擦学 冶金学 纯净 钢 精密制造 度量学以及工程表面和涂层领域的专业人士 工具, 包括先进的实验室 计算机和加工设备 未来, 不断开拓思路确保您在未来始终占据行业先锋地位 在研发方面的持续投资让我们得以不断提高能力 扩展产品和服务范围, 不断提供价值 我们致力于开拓实现系统可持续发展的新渠道 在功率密度领域, 我们用更小 更高效的轴承不断取代大而笨重的部件并改善系统性能 无论您位于何处, 我们凭借分布在北美 欧洲和亚洲的技术中心以及遍布六大洲的制造工厂和办事处, 均可为您开发所需的理念和资源, 助您将概念转化为现实 TIMKEN 工程手册 3

6 铁姆肯公司 概述 值得信赖的品牌 Timken 品牌是质量 创新和可靠性的象征 我们为自身的产品质量而自豪, 您可以全然相信每个包装箱中都盛装着赢得各行业信赖的产品 公司创始人亨利 铁姆肯先生曾经说过 : 不做任何让自己的名字蒙羞的事 我们将这一理念贯穿到整个铁姆肯公司质量管理体系 (TQMS) 中 借助 TQMS, 我们将产品和服务质量持续改进工作推广到全球运营和供应链网络中 这有助于确保我们在全公司内贯彻质量管理实践 同时, 我们还要求所有生产工厂和分销中心符合其所服务的行业的相关质量标准 关于铁姆肯公司 铁姆肯公司 (NYSE:TKR, 作为全球工业技术领导者, 运用在材料 摩擦管理和动力传动等领域的精深知识, 帮助世界各地的机械设备提高运转效率和可靠性 铁姆肯公司研发 制造并营销机械组件和高性能钢材 公司提供的 Timken 轴承 定制钢棒和钢管 传动装置 齿轮箱 链条以及相关产品与服务, 为全球多元化市场提供有力支持 2012 年公司全球销售额达 50 亿美元, 在 30 个国家设有运营机构, 拥有约 2 万名员工 铁姆肯公司推动工业运转, 让世界更具生产力 铁姆肯公司在中国 铁姆肯公司亚太区总部和大中华区总部均设在上海, 广泛服务能源 航空 铁路 冶金 采矿 水泥和机床等众多工业行业 在大中华区, 公司拥有员工近 4000 名, 在 15 个主要城市设有各级办事机构, 并建立了 6 家大型制造基地,1 家技术培训中心和多个物流 工程技术以及增值工业服务中心 铁姆肯公司致力于创造可持续价值, 积极投身所在社区建设及其可持续发展, 以塑造更美好的世界 4 TIMKEN 工程手册

7 铁姆肯公司 概述 关于本工程手册 我们承诺为我们的客户提供最佳服务与质量 本工程手册在为您的应用选择正确的轴承上提供帮助 它包括的指南帮您确定 : 合适的轴承类型特定应用负载与环境条件的预期轴承寿命轴承游隙轴承公差轴承与轴以及轴承座的配合最大工作温度轴承扭矩合适的轴承润滑本手册使用 ISO 与 ANSI/ABMA, 参考标准化国际组织以及美国国家标准协会 / 美国轴承制造协会 我们尽可能的努力地确保本手册所含信息的精确性, 但错误和疏漏不可避免, 故不承担由此引发的任何责任 售出的产品符合铁姆肯公司的销售条款和条件, 包括其有限担保和补偿 如有任何疑问, 请联系您的铁姆肯公司销售代表 注意 鉴于实际产品性能受到许多铁姆肯公司不可控因素的影响, 产品设计和产品选择时需要您亲自对产品的适用性和可行性进行确认 本目录只是为了帮助您 ( 铁姆肯公司或其母公司或子公司的客户 ) 设计产品而提供分析工具和数据 铁姆肯公司不承担任何明示或默示的担保责任, 包括任何特定用途适用性担保 我们售出的产品和服务适用有限担保 更多信息, 请咨询您的铁姆肯公司销售代表 TIMKEN 工程手册 5

8 铁姆肯公司 概述 脂润滑轴承与部件的保存期限与储存原则 铁姆肯公司关于脂润滑滚动轴承 部件和组件保存期限的指导原则如下 : 保存期限根据测试数据和测试经验确定 保存期限不同于润滑轴承或部件的设计使用寿命, 区别如下 : 保存期限 脂润滑轴承或部件的保存期限指使用或安装前的时间期限, 是预期设计使用寿命的一部分 由于润滑剂渗出率 油气挥发 操作条件 安装条件 温度 湿度和储存时间的不同, 我们很难精确预测其设计使用寿命 铁姆肯公司所提供的保存期限值是指遵循铁姆肯公司储存和处理指导原则下的最长期限 任何对于铁姆肯公司储存和处理指导原则的背离都会导致保存期限的缩短 应参考有关保存期限缩短的说明或操作实例 铁姆肯公司无法预见润滑脂在轴承或部件安装或投入使用后的性能状况 铁姆肯公司对非经本公司润滑的轴承和部件的保存期限不承担任何责任 储存 铁姆肯公司建议遵循以下制成品 ( 轴承 部件和组件以下统称 产品 ) 储存原则 : 除非铁姆肯公司另行说明, 否则产品在投入使用前应保持其原始包装 请勿撕下或更改包装上的任何标签或印记 产品储存时请勿刺穿 压碎或损坏包装 拆开产品包装后, 应确保产品尽快投入使用 如果产品不是单独包装, 而是散装在零件包内, 则取出一个产品后应立即密封零件包 请勿使用超出产品保存期限 ( 见铁姆肯公司保存期限原则 ) 的产品 储存区域温度应维持在 0 C(32 F) 到 40 C(104 F) 之间 ; 并尽量减小温度波动 相对湿度应维持在 60% 以下, 表面应保持干燥 储存区域应避免受到 ( 但不限于 ) 粉尘污染 灰尘污染 有害气体污染等 储存区域应避免过分振动 避免任何极端条件由于铁姆肯公司不熟悉客户的具体储存环境, 所以我们强烈建议您遵循以上储存原则 但是如果相关环境或政府提出了更高的储存要求, 则客户须相应遵照执行 6 TIMKEN 工程手册

9 铁姆肯公司 概述 大部分类型的轴 承在运输前会涂上防 锈剂 非润滑油 在 油润滑轴承的应用中 无需去除防锈剂 而在 一些特殊的脂润滑应用 中 我们建议您在涂合适 的润滑脂之前去除防锈剂 本目录中的一些轴承类型 包装有适合常规应用的通用润滑 脂 为确保产品的最佳性能 应经常 补涂润滑脂 不同润滑脂极有可能互不兼 容 选择润滑脂时应特别注意 如客户特别要求 其它轴承可提供预润滑 收货后 应确保轴承在安装前包装完好 以避免腐蚀 或污染 为确保轴承的设计使用时间 应将其储存于合适 的环境 警告 不遵守以下警告信息可能会导致严重的人身伤亡 如果您在保存期限或储存方面有任何问题 请咨询当 地销售代表 正确的维护和操作非常关键 始终遵循安装说明并保持适当的润滑 严禁用压缩空气旋转轴承 这可能造成轴承零件高速弹出 TIMKEN 工程手册 7

10 介绍 介绍 铁姆肯公司是轴承技术进步的领导者 熟练 的技能 配备良好的生产设施 以及技术上的持 续投资确保了我们的产品质量和可靠性 今天 我们的工厂制造成千上万种轴承种类和尺寸来满 涉及到复杂轴承应用时 请咨询铁姆肯公 司工程师 本手册包含如下主题 足广泛的应用要求 轴承设计类型 抗摩轴承承受广泛的速度和径向与轴向载荷 保持架设计类型 的许多组合 其它重要的环境条件也会影响轴承 寿命分析步骤 的性能 例如低温和高温 灰尘和污物 湿气和 异常的安装条件 轴承公差 配合量与安装建议 工作温度 额定速度 润滑建议 密封设计选择 8 TIMKEN 工程手册 本工程技术手册并非面面俱到 但仍可用作 轴承选型的有效指南 在涉及更多复杂轴承应用 的地方 请咨询您的铁姆肯公司工程师

11 轴承选择流程 轴承选择流程 选择轴承的第一步是确定适用于应用的最佳轴承类型 基于其内在设计 每种轴承 类型都有优点与缺点 第10页的表分类比较了不同轴承类型的性能特征 第二步是决定轴承的空间尺寸 包括内径 外径以及宽度 这取决于由该应用确定 的最小轴径 最大的轴承座直径和可用宽度 基于这点 可从产品目录中选择空间尺寸 满足的轴承 可能有不同承载能力的轴承符合空间尺寸要求 第三步是对已知的环境条件与应用要求进行评估 环 境条件包括如下参数 环境温度 施加载荷 轴承速度 与轴承周围实时环境的清洁度 应用要求 诸如配 合 游隙 润滑剂种类 保持架类型以及法兰结 构等取决于该应用的速度 温度 安装和载荷条 件 最后 考虑所有环境与应用条件对轴承寿命 进行计算 此时如果有不止一个轴承符合要求 则 选择综合性能最佳的轴承 接下来章节将对分析过程 进行详细说明 如需帮助 请联系铁姆肯公司工程师 对您的应用进行全面的电脑建模分析 TIMKEN 工程手册 9

12 轴承选择流程 轴承类型 轴承类型 圆锥滚子轴承止推圆锥滚子轴承圆柱滚子轴承止推圆柱滚子轴承 调心滚子轴承 止推调心滚子轴承 深沟球轴承止推球轴承角接触球轴承 特征 圆锥滚子轴承 止推圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 表 1. 各种轴承类型相关运行特征表 止推圆柱滚子轴承 调心滚子轴承 止推调心滚子轴承 深沟球轴承止推球轴承角接触球轴承 纯径向载荷良好不适合极佳不适合良好不适合良好差中等 纯轴向载荷良好极佳不适合良好中等极佳中等极佳良好 复合载荷极佳差中等不适合良好中等良好差极佳 力矩负载极佳差不适合不适合不适合不适合中等差良好 高刚性 极佳 极佳 良好 极佳 良好 良好 中等 良好 良好 低摩擦 良好 良好 极佳 差 中等 中等 极佳 良好 良好 偏心 差 差 差 不适合 极佳 极佳 良好 差 差 定位 ( 固定 ) 极佳 良好 中等 中等 良好 良好 良好 极佳 良好 非定位 ( 浮动 ) 良好 不适合 极佳 不适合 良好 不适合 良好 不适合 良好 速度 良好 良好 极佳 差 中等 中等 极佳 极佳 极佳 10 TIMKEN 工程手册

13 轴承选择流程 轴承类型 深沟球轴承 尽管深沟球轴承主要设计来承受径向载荷, 但是它们在轴向载荷或径向与轴向载荷同时具备的条件下运行也相对良好 深沟球轴承, 通常称为康纳德或者无填充槽球轴承, 装配时, 相对外圈径向移动内圈, 将滚珠装入内圈与外圈之间 通过这种方式, 内圈与外圈之间的环形区域仅有一半稍多的空间可用滚珠填充, 因此轴承承载能力有限 为了增加承载能力, 可在内圈上加工出填充槽或凹槽以填充滚珠 装入滚珠后, 可用填充物封住凹槽 增加的滚珠提高了径向承载能力, 但因填充槽而牺牲了轴向承载能力 无填充槽或康纳德轴承标识时后缀为 K, 带填充槽轴承标识时后缀为 W 带卡环的球轴承 (WIRELOC) 带有密封或防尘盖的单列深沟球轴承, 和开放式或带防尘盖的双列球轴承都可提供带卡环的类型 卡环卡进轴承外圈凹槽, 并且凸起作为定位轴承的挡肩 该设计主要用于通孔轴承座应用 卡环特征标识是在标准部件号后加后缀 G 这些轴承在汽车传动装置设计以及所有需要紧凑设计轴承座挡肩加工困难且加工成本很高的应用中非常具有优势 卡环在不损失轴承额定载荷的前提下给轴承提供了合适的挡肩 卡环的许用剪切载荷应大于轴承的轴向承载能力 如下图 2 显示的基本设计, 介绍了如何利用卡环轴承简化安装过程 后缀 K 康纳德 后缀 W 填充槽 图 2. 带卡环轴承的典型安装 固定端安装 浮动端安装 图 1. 深沟球轴承的典型安装 TIMKEN 工程手册 11

14 轴承选择流程 轴承类型 角接触球轴承单列 单列角接触球轴承设计用来承受复合载荷, 并在一个方向上有较高轴向承载能力 建议用于轴向力较高以至于深沟球轴承不适用的应用中 它们可以与单列深沟球轴承进行互换 角接触球轴承具有较大的接触角 更深的滚道和可通过外圈沉孔装配的最大数量的滚珠 这些特征使得轴承具有比相同尺寸的深沟球轴承更高的轴向载荷承载能力 角接触轴承通常用于减速箱, 泵, 蜗轮传动, 垂直传动轴和机床主轴等应用中, 通常以不同的单列组合型式安装 双列在存在高径向载荷 高轴向载荷或复合载荷, 且需要高的轴向刚度的应用中, 可有效适用双列角接触球轴承 此类型轴承与单列轴承双联组合类似, 通过其两列滚珠与角接触结构, 可提供比单列深沟球轴承双联组合时更高的轴向与径向高度 除小尺寸系列外, 双列球轴承带有填充槽结构, 因此与相同尺寸的单列角接触轴承组成的双列成对轴承相比, 其轴向承载能力较低 图 4 显示双列轴承的固定端安装与浮动端安装 较小尺寸系列提供有聚合物保持架 固定端安装 浮动端安装 图 3. 单列角接触球轴承的典型安装 图 4. 双列角接触球轴承的典型安装 12 TIMKEN 工程手册

15 轴承选择流程 轴承类型 精密轴承 (1) 微型与薄壁球轴承 铁姆肯公司生产微型 仪器和薄壁系列的精密球轴承与组件 所有产品均采用高品质的钢材制造, 公差和特征满足应用所需要求 这些精密轴承和组件被应用于在外科治疗或诊断图像设备 精密泵 测量和物料运输 武器和太空的应用中 标准尺寸范围为 1~279.40( 内径 ) 深沟球轴承标准目录中, 现有的深沟球轴承的精度等级从 ISO P5/ABEC 5 到 ISO P4/ABEC 7 精密级 深沟球轴承允许承受径向 轴向载荷或者复合载荷 这种轴承大部分都配备有 440C 不锈钢内外圈和滚珠以及一片式整体加工嵌入式酚醛树脂保持架 除 外, 还可选择其它材料与保持架, 防图 5. 深沟球轴承尘盖和密封, 以及陶瓷或碳化钛涂层滚子 某些小尺寸的产品可提供带法兰的设计 典型应用包括引导系统 医疗 ( 外科仪器与设备 ) 以及机器人关节 角接触球轴承角接触球轴承带有一个一片式精密加工的保持架, 其滚动体数量达到最大化 增加的滚动体, 结合相对较大的接触角, 使轴向刚度最大化 角接触球轴承的加工公差与标准深沟球轴承的相同 内外圈与滚珠通常由 440C 不锈钢制成, 也可采用其他材图 6. 角接触球轴承料 钢球与陶瓷球是标准产品 典型的应用中采用预紧配对来得到最大的刚度 速度与精确定位 这些包括外科治疗 控制力矩陀螺仪以及其它高速或高刚性的应用中 外圈开口球轴承这些轴承的外圈在其某一处是断开的, 外圈可以被撑开, 使得在深沟球轴承中滚珠和保持架安装更加灵活 高强度不锈钢固定带被箍在轴承外圈挡肩上, 确保在搬运和正常运转时断裂表面能够紧密衔接和对齐 这类轴承可提供满滚子和带保持架两种设计 图 7. 外圈开口球轴承 典型应用径向截面以及轴向宽度受限, 且需要轴承具备最大的径向承载能力以及双向的轴向承载能力 枢轴球轴承为满足低扭矩 空间受限的要求, 枢轴轴承利用与其相配的轴作为内圈 因为配备满装的大滚珠, 没有保持架和内圈, 因此该轴承具有最大的功率密度 标准产品配备了防尘盖 典型应用包括引导系统, 例如商用陀螺仪 图 8. 枢轴球轴承止推球轴承该类型轴承设计用于高轴向载荷 低速且允许高扭矩的应用中 对于需要使用惰性材料的场合, 可提供不锈钢轴承 如在燃料控制调节应用中使用 图 9. 止推球轴承 (1) 更多信息请登录 参考机床轴承选型指南 铁姆肯公司超精密轴承 TIMKEN 工程手册 13

16 轴承选择流程 轴承类型 精密轴承 续 圆锥滚子轴承 铁姆肯公司高精密圆锥滚子轴承由精确配对的部件组 成, 这些组件可以为轴承游隙与调节提供更好的微调效果, 从而使客户的生产能力最大化 铁姆肯公司针对高速情况所 开发的产品, 其预紧量是可调的, 使轴承性能最优化 铁姆 肯公司同样生产超精密轴承 可达到小于一微米的径向总跳 动 TS 与 TSF 单列轴承 这些轴承设计上同 16 页所描述的类型相同 它们只是按 照高精度等级制造, 用于机床主轴 印刷机滚筒以及其它有 旋转精度要求的应用中 TSHR -Hydra- Rib 带预紧调节装置轴承 对于许多应用, 特别在机床工业 上, 要求轴承高速运行且具有可控的预 紧状态 Hydra-Rib 轴承有一个由液 压或气动压力控制的 浮动 外圈挡边, 这个挡边可以保证轴承的预紧力不随系 统内的热膨胀或是载荷的变化而变化 TXR 交叉滚子轴承 交叉滚子轴承由两列相互垂直的轴承滚道和滚子组成, 滚子在滚道上方向交替排列 在截面高度内, 略超过单列轴 承的高度 轴承的滚道包角与锥形几何结构使得每个外圈的 载荷中心都投影到轴承中心线上, 因而会形成轴承自身宽度 数倍的有效跨距 该类型轴承有较高的抗倾覆力矩能力 该轴承的标准设计是 TXRDO 型, 有一个双外圈和两个内圈, 带 有聚合物保持架间隔的滚子 交叉 滚子为精密级轴承 图 10. Hydra-Rib TM 轴承 TXR 图 11. TXR 交叉滚子轴承 超精密球轴承 铁姆肯公司的超精密机床球轴承 的设计满足 ISO 以及 ABEC 的公差水 平 铁姆肯公司生产的超精密球轴承 超过 ISO/ABMA 标准以确保终端用户 可获得最高质量的产品以获取最优的 机械性能 主轴轴承是机床行业内超 精密球轴承运用最广泛的类型 这些 角接触轴承主要用于精密 高速的机 床主轴中 铁姆肯公司生产 4 个 ISO 尺 寸系列的超精密机床轴承 此外, 考虑到轴承设计与外形的 多样化, 在上述的四个基本系列范围内, 铁姆肯公司可提供 全部七种角接触类型 : ISO 19(9300WI,9300HX 系列 ) ISO 02(200WI 系列 ) ISO 03(300WI 系列 ) ISO 10(9100WI,9100HX,99100WN 系列 ) 我们有多种内部几何设计用于优化轴承的承载能力或速 度能力, 以 WI,WN,HX 或 K 为后缀 WI 类型的轴承具有最大 承载能力, 可用于低速与中速应用 HX 系列是铁姆肯公司久 经考验的高速应用设计 它在高速场合下极具优势, 可产生 较低的热量和较小的离心力 WN 系列的性能介于 WI 与 HX 之 间, 它比 WI 有更高的速度能力, 但是承载能力较低, 比 HX 系列具有更高的刚性, 但速度能力相对较低 图 12. 超精密滚珠轴承 大多数轴承类型接触角是 15 度 (2MM) 或者 25 度 (3MM). 此外, 对于高速应用, 铁姆肯公司比以往拥有更 多的陶瓷滚珠轴承 以 K 为后缀的超精密深沟 ( 康纳德 ) 球轴 承通常被用于承载能力与刚性不需要使用多列轴承的应用 中 凭借单列径向深沟结构以及超精密的公差等级, 这些轴 承可承受双向轴向载荷 此外, 这类轴承具有相对较高的速 14 TIMKEN 工程手册

17 轴承选择流程 轴承类型 度能力, 尤其是在轴承的预紧力较小的情况下 铁姆肯公司可提供的 ISO 系列的超精密深沟球轴承如下 : ISO 10(9100K 系列 ) ISO 02(200K 系列 ) ISO 03(300K 系列 ) 欲知更多信息, 请参阅铁姆肯公司机床轴承选型指南 ( 编号 5918C), 或联系您的铁姆肯公司工程师 带锁紧装置的球轴承 凭借独立锁紧装置, 这些轴承适合于安装在直轴 ( 无挡 肩等 ) 上 它们常常提供有球面外圈, 用于在安装时自调 心 因为这些轴承一般装配在带座轴承座内或带法兰的轴承 座单元里, 或其它被螺栓固定在相互独立底座的轴承座里, 安装后需要保持对准 带自锁锁环的内圈球轴承提供有各种各样的尺寸, 在所有结构中最容易安装 这种轴承有各种各样的密封和不同的内圈宽度, 服务在农业和工业的许多应用中 紧定螺钉轴承 GYA-RRB 和 YA -KRRB 系列可再润滑和非可再润滑轴承是延伸内圈和宽内圈型轴承, 带有特别设计的定位螺钉把轴承锁在轴上 与延伸内圈接触 R 形密封对有害的污染物提供防护并且蓄存润滑剂 当空间足够和倾覆载荷不是问题时, 可使用延伸内圈轴承 当为了增加稳定性在轴上有额外的表面接触时, 可用宽内圈紧定螺钉系列 图 14. YA-RR 系列 自锁锁环 铁姆肯公司发明了偏心自锁锁环, 便于宽内圈轴承的安装 自锁锁环省去了防松螺母 防松垫圈 挡肩 衬套和紧定套的需要 自锁锁环有带扩孔的凹处, 与锁环内孔偏心 当轴承装配在轴上时, 该偏心凹处与轴承内圈的一偏心凸起端相接合或配对 该锁环是接合在轴承的内圈凸起部分上 通过有效的紧固作用, 该装配紧紧固定于轴上, 并随着使用时间增加越来越紧, 不需要任何形式的调节 紧定螺钉提供补充锁紧 同心锁环使用同心锁环, 通过两定位螺钉锁紧轴承到轴上, 两定位螺钉相隔 120 度, 穿过内圈上的钻孔在锁紧环里拧紧 此锁紧方式适合用在空间受限制和轴有正反向旋转的应用中 图 15. GC-KRRB 系列 带自锁锁环的 RA-RR 系列宽内圈 带自锁锁环护罩密封 KRRB 系列宽内圈 图 13. 自动锁定 ( 偏心 ) 轴环 TIMKEN 工程手册 15

18 轴承选择流程 轴承类型 圆锥滚子轴承单列轴承 TS 型 单列 这是圆锥滚子轴承基本的和最广泛使用的类型 其由内圈组件和外圈组成 且通常成对安装 在设备的装配过程中, 单列轴承能调节到要求的游隙或预紧, 使性能最优化 TSF 型 单列, 带法兰外圈 标准单列轴承的变型 TSF 型,TSF 轴承带有一个带法兰的外圈, 便于在通孔轴承座中轴向定位与精确对准 图 16. 单列 TS 轴承 双列轴承 TDO 双外圈 TDO 轴承有一片 ( 双 ) 外圈和两片单内圈 通常带有一个内圈隔圈, 作为预设游隙组件供货 这种结构提供了更宽的轴承有效跨距, 通常在倾覆力矩为主要载荷的应用中选用 TDO 轴承可以在固定 ( 定位 ) 端使用或者在轴承座中浮动时使用, 例如, 补偿轴的热膨胀 大部分尺寸也可以选用 TDOCD 外圈 TDOCD 外圈在外径上带有圆孔, 可跟定位销配合使用避免外圈在轴承座中旋转 TDI 双内圈 TDIT 带锥孔双内圈 图 18. 双列 TDO 轴承 图 17. 外圈带法兰的 TSF 轴承 两种都由一个整体 ( 双 ) 内圈和两个单外圈组成 它们通常带有一个外圈隔圈, 组成一个预设游隙组件供货 在轴旋转应用中,TDI 和 TDIT 轴承可用于固定端 ( 定位 ) 对于轴承座旋转的应用,TDI 型轴承的双内圈可以在静止轴上进行浮动, 当应用需要过盈配合且需要频繁拆卸时, 可使用内孔带锥形的 TDIT 轴承方便拆卸 TDI 图 19. 双列 双内圈轴承 TDIT 16 TIMKEN 工程手册

19 轴承选择流程 轴承类型 TNA 型 非调节式 TNASW 型 带润滑槽非调节式 TNASWE 型 带润滑槽和延伸大挡边非调节式这 3 种轴承类型与 TDO 相类似 由一个整体 ( 双 ) 外圈和两个单内圈组成 内圈的小端面延长至互相接触, 因而不再需要独立的内圈隔圈 该类轴承按照标准游隙范围以预设游隙组件供货, 在要求简化轴承组件时, 可为许多浮动端或固定端应用提供解决方案 TNASW 型和 TNASWE 型为 TNA 变型, 在内圈的小端面上带有润滑槽和倒角, 可通过轴进行润滑 TNASWE 型轴承内圈大端面延长, 且大端面进行磨削以安装密封件或冲压密封盖 以上设计主要应用于轴静止应用中 隔圈组件通过配合机加工至特定尺寸与公差的隔圈, 任何两个单列圆锥滚子轴承 (TS) 可组成一个双列轴承, 作为一个预设游隙组件供货 隔圈组件主要有如下两种类型 : 2S 与 SR 利用该理念生产客户定制双列轴承来满足具体的应用 该类型轴承在装配时带有预设游隙, 安装时不需要人工调节, 除此之外, 还可通过改变隔圈宽度, 进而改变组件的宽度以适合具体应用 2S SR 图 21. 双列带隔圈组件 TNA TNASW TNASWE 图 20. 双列 非调节式轴承 2S 两单列组件 2S 型通常称为 卡环组件, 由两个标准单列滚子轴承 (TS 系列 ) 组成 通过内圈隔圈与外圈隔圈, 在装配时提供预设游隙 2S 型轴承带有具体游隙范围以适合特定应用 在通孔轴承座应用中, 由卡环代替外圈隔圈进行轴向定位 SR - SET - RIGHT 组件基于适合大部分工业应用的铁姆肯公司的 SET-RIGHT 自动游隙设置技术,SR 型轴承按照标准游隙范围制造 它们带有两个隔圈和一个可选的用作轴向定位的卡环 这两类都是由标准尺寸的单列轴承制造, 因此可为众多应用提供低成本的选择 TIMKEN 工程手册 17

20 轴承选择流程 轴承类型 圆锥滚子轴承 续 隔圈组件有三种基本安装方式 2TS - IM 类 ( 背对背安装 ) 这类组件由内圈隔圈 外圈隔圈以及两个单列圆锥滚子轴 承组成 在某些应用中, 轴承座中的挡肩代替外圈隔圈 2TS-DM 类 ( 面对面安装 ) 这类组件由外圈隔圈与内圈互相接触的两个单列圆锥 滚子轴承组成 它们一般都用于轴旋转应用上的固定 ( 定 位 ) 端 2TS-IM 2TS -TM 类 ( 串联安装 ) 当需要承受复合载荷, 且轴向载荷超过单列轴承 ( 给定外 径 ) 轴向承载能力时, 可将两个单列轴承进行串联 提供 有适当的内圈隔圈和外圈隔圈 最有效和最经济的解决方 案, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 2TS-DM 图 22. 基本的隔圈组件 2TS-TM 18 TIMKEN 工程手册

21 轴承选择流程 轴承类型 成套轴承 PINION PAC TM UNIPAC TM UNIPAC-PLUS TM AP TM 图 23. 成套轴承 SP TM 小齿轮 PAC 轴承小齿轮 PAC 是即时安装 预设游隙和带密封的成套组件, 由安装在调整套的双列圆锥滚子轴承组成 它是为重型商业车辆的终端传动小齿轮而定制的 在可靠性 安装过程以及物流供应方面, 该成套组件可给差速器齿轮制造商提供明显的改善 UNIPAC 轴承 UNIPAC 轴承是一种预设游隙 预装密封和润滑的带有一个法兰外圈的双列圆锥滚子轴承组件, 可即时安装 UNIPAC 轴承设计源于旅行车车轮大量轴承的需求, 逐渐扩展至重型卡车的轮端以及工业设备应用 AP 轴承 AP 轴承是一个自集成组件 ( 安装时不需要其它部件 ), 尺寸系列齐全 由两个单内圈 一个带扩孔的双外圈 一个后挡圈 两个径向密封件 一个端盖和端盖螺钉组成 AP 轴承按照预设游隙 预密封以及密封组件供货 最初设计用于铁路列车轴颈应用, 现在也用于许多其它工业应用 SP 轴承与 AP 轴承原理相似,SP 轴承也是为铁路列车轴颈应用而设计 不同之处是 SP 轴承尺寸更紧凑且外形尺寸按照公制标准制造 UNIPAC 轴承在可靠性 容易装配和物流供应上提供了很大改善 UNIPAC-PLUS 轴承 UNIPAC- PLUS 轴承是预设游隙 预装密封和润滑的带有一个法兰外圈的双列圆锥滚子轴承组件, 可即时安装 可在合理寿命范围内免润滑 该成套轴承设计用于中等到高载荷的轮端应用 UNIPAC- PLUS 轴承可以提高可靠度 减少重量以及简化安装 TIMKEN 工程手册 19

22 轴承选择流程 轴承类型 高速轴承 TSMA 带轴向油供给的单列轴承 TSMR 带径向油供给的单列轴承 某些应用要求极端高速的能力, 因此要求提供特殊的润滑方法 TSMA 与 TSMR 轴承是单列圆锥滚子轴承, 并且带有可为滚子 - 挡边接触区域提供润滑的特征, 因而可以保证在高速应用时润滑充分 TSMA 工作原理如下, 通过集油装置 ( 与内圈相邻 ) 收集润滑油, 然后通过内圈大挡边内的轴向钻孔向滚子 - 挡边接触区域供油 TSMR 工作原理类似, 不同之处是导油的钻孔是从从内径径向钻至大挡边端面, 通过内径上的圆周孔集油, 然后通过上面提到的径向钻孔向滚子 - 挡边接触区域供油 其它双列轴承 TDIE 型 双侧延伸的双内圈轴承 TDIA 型 单侧延伸内圈的双内圈轴承 图 24. TSMA 轴承 TDIE 可提供有两种形式 : 圆柱形内孔, 内圈两侧延伸且带有进行两侧锁紧的特征 ; 方形内孔, 可实现自锁 该类型是农业机械应用的理想选择 TDIA 与带有圆柱内孔的 TDIE 相似 但是仅单侧带有用于锁紧的特征 其紧凑设计适合带座轴承和类似的应用 对于以上所有类型, 内圈延伸部分都经过硬化和磨削, 其优良表面有助于有效密封 TNASWH 型 非可调节 重载 双外圈 T N A S W H F 型 非可调节 重载 带法兰双外圈 这两种轴承是双列轴承组件, 带有两个内圈和一个整体外圈, 与本手册中 17 页提到的 TNASWE 型轴承相似 外圈有比较厚的截面 (TNASW), 可允许轴承直接用于板材或带钢矫直机的支承辊, 或外圈带有法兰 (TNASWHF), 可在轨道上直接用作车轮 外圈向两侧延伸并且带有扩孔, 允许配合冲压密封盖使用 某些尺寸系列可选用密封圈 基本上这类轴承进行预润滑作为整体组件供货 如果需要将间隙配合的内圈锁紧在轴上, 且需要考虑有效的密封时, 可使用该类双列轴承 典型应用包括带座轴承 圆盘犁以及相似农业机械工作轴与动力轴等 TDIE TDIE ( 方形内孔 ) TDIA 图 25. 其它双列轴承 TNASWH TNASWHF 20 TIMKEN 工程手册

23 轴承选择流程 轴承类型 四列轴承 四列轴承结合了单列圆锥滚子轴承自身固有的高径向 轴向载荷承载能力, 通过背对背或面对面安装组成组件, 可在有限的空间内提供最大的额定载荷 该类轴承主要用于轧机设备的轧辊颈应用 所有四列轴承以预设游隙组件供货, 且所有部件带有编号, 确保安装顺序正确 TQO 型 TQOW 型 端面带润滑槽 该类型为面对面安装轴承, 由两个双内圈 两个单外圈 一个双外圈与一个内圈隔圈 两个外圈隔圈组成 主要应用于低速和中速轧机轧辊颈, 与轧辊颈配合形式为间隙配合 当轴肩或倒角环不带有润滑槽时, 轴承内圈端面带有润滑槽 (TQOW) 轴承内部的润滑剂可从内圈隔圈上的润滑槽润滑轧辊颈 内圈隔圈同样进行硬化减少端面磨损 TQITS 型 TQITSE 型 这类轴承的主要特征是锥形内孔 内圈间的锥度相匹配且连续 通过该特征, 可将轴承以过盈配合安装在高速轧机支承辊上, 从而解决圆柱内孔 TQO 轴承内圈间隙配合磨损辊颈的问题 该类四列轴承由两个背对背轴承组件组成 : 两个单内圈 一个双内圈 四个单外圈和三个外圈隔圈 内圈相邻的端面延伸至接触, 从而不需要内圈隔圈 轴承的背对背安装形式增大了轴承的有效跨距, 进而提供优异的稳定性和轧辊刚度 TQITSE 与 TQITS 类似, 不同之处是靠近轧辊辊身的轴承内圈有较大内径的延伸 这不仅为径向唇密封提供了坚硬 同心且平滑的接触面, 而且还代替了倒角环, 提高了轧辊颈的刚度 因而可使得轴承中心线靠近轧辊辊身, 允许使用较短的轧辊, 降低成本 图 26. 四列轴承组件 TQO/ TQOW TQITS TQITSE 密封轧辊颈轴承 密封轧辊颈轴承与 TQO 类似 经过特殊设计的密封结构集成到轴承, 使得轴承能够在高污染环境中良好运行 该密封圈集成到轴承中, 防止外部污染物进入轴承内部, 进而延长轴承寿命 该特殊的密封件设计嵌入进轴承中来消除来自轴承外面的污染, 延长使用寿命 图 27. 密封轧辊颈轴承 图 28. 带锥形内孔的四列轴承 密封轴承 TSL 铁姆肯公司可提供多种密封轴承, 诸如图 29 所示的 DUOFACE PLUS 密封轴承 T S L 系列轴承集成一个 DUOFACE PLUS 密封, 是中等速度下脂润滑应用的较经济的选择 更多密封设计参见本手册后面的密封部分 图 29. TSL 密封轴承 TIMKEN 工程手册 21

24 轴承选择流程 轴承类型 止推轴承 本部分概括了铁姆肯公司制造的标准止推轴承类型 所有类型都是设计用来承受轴向载荷, 四种类型 (TVL DTVL TTHD 与 TSR) 也可承受径向载荷 所有的类型都体现了先进的设计理念, 配以大滚动体使承载能力最大化 在止推滚子轴承中, 通过控制修型的滚子保证滚道与滚子之间均匀 全长接触, 因此具有很高的承载能力 为了满足性能需求, 止推轴承应在连续的载荷下运行 TVB 型 带深沟滚道的止推球轴承 TVL 型 角接触止推球轴承 DTVL 型 双向角接触止推球轴承 TP 型 止推圆柱滚子轴承 TPS 型 自调心止推圆柱滚子轴承 TTHD 型 止推圆锥滚子轴承 TSR 型 止推调心滚子轴承 TTHDFL 型 V 型平滚道圈止推圆锥滚子轴承 TTVS 型 自调心 V 型止推滚子轴承 TTSP 型 转向枢轴止推圆柱滚子轴承止推球轴承与止推滚子轴承相比, 止推球轴承用于轻载荷与高速应用 图 30 显示了 TVB TVL 和 DTVL 类型 TVB 型止推球轴承是可分离的, 由带有深沟滚道的两个淬硬和磨削的座圈 精磨的滚珠及分隔并且导向这些滚珠的保持架组成 标准的保持架材料是黄铜, 但也可能根据应用的要求而变化 在适用的地方,TVB 轴承的铁姆肯公司标准公差等同于 ABEC 1, 也可提供更高等级精度 TVB 型轴承提供一个方向上的轴向刚度, 不建议用来承 受径向载荷 通常, 旋转座圈是安装在轴上的 静止座圈外 径要保持与轴承座之间足够的间隙, 使得轴承正常运行 大 部分尺寸系列的轴承座圈具有相同的内径与外径 轴承座设 计时要确保不与旋转座圈干涉, 同时将轴加工阶梯避免与静 止座圈干涉 TVL 型是可分离的角接触球轴承, 主要设计用于承受单向 轴向载荷 角接触的设计, 使得轴承能够承受径向载荷与轴向 载荷的复合载荷, 此时载荷通过滚珠传递 TVL 型轴承由两个经硬化和磨削的带有深沟的座圈与一片 分隔滚珠的黄铜保持架以及滚珠组成 尽管严格意义上不是角 接触球轴承, 较大的座圈仍称为外圈, 较小的座圈称为内圈 在适用的地方,TVL 轴承的铁姆肯公司标准公差等于 ABEC 1, 也可提供更高等级精度 通常, 内圈为旋转件, 安装在轴上 外圈是静止件, 且安 装时保持最够的外径间隙确保轴承正常运行 如果存在复合载 荷, 外圈必须径向定位在轴承座中 TVL 型轴承应始终在轴向载荷下运行 通常, 在油田旋转台或是机床分度台竖直轴的应用中没有问题 如果没有连续的轴向载荷, 必须通过弹簧或是内置的装置施加轴向载荷 TVL 型轴承的优点是低摩擦 低温运转以及噪声低, 可以用于高速应用 该类型轴承与其它止推轴承相比, 其对偏心敏感度低 DTVL 在设计上与 TVL 类似, 只是 DTVL 有一个额外的座圈和滚珠组件, 因此轴承可在一方向上承受中等轴向载荷, 另一方向承受轻轴向载荷 图 30. 止推球轴承类型 TVB TVL DTVL 22 TIMKEN 工程手册

25 轴承选择流程 轴承类型 止推圆柱滚子轴承止推圆柱滚子轴承可在中等转速应用中承受重载荷 标准止推圆柱滚子轴承可在轴承外径线速度为 15m/s(3000fpm) 时正常运行 特殊的设计特点和安装可得到更高的工作速度 由于载荷通常较高, 止推圆柱滚子轴承应使用加有极压添加剂 (EP) 的润滑剂 建议通过轴承内径引入润滑剂, 通过离心力在轴承内部分布均匀 止推调心滚子轴承 TSR 型 TSR 止推调心滚子轴承设计具备极高的轴向止推能力, 同时摩擦低且适应连续偏心 该类型轴承可承受纯轴向载荷, 也可以承受复合载荷 典型应用有空气蓄热器 离心泵和深井泵 可适应最大内外圈偏心为 ±2.5 度 所有类型的止推滚子轴承按照铁姆肯公司标准公差生产制造 若有需要, 可生产更高精度等级的轴承 TP 型止推圆柱滚子轴承由两个淬硬和磨削的钢制座圈, 与一个在每个隔窗里有一个或多个控制修型的滚子的保持架组成 当一个隔窗带有两个或两个以上的滚子时, 滚子具有不同的长度且相邻隔窗里的滚子交错布置, 因此形成重叠的滚子旋转路径 该设计避免在滚道上产生沟槽, 进而提高轴承的寿命 TP 型轴承由于设计简单而比较经济 轴和轴承座配合面中心必须与旋转中心线重合, 避免出现偏心 图 32. TSR 型止推调心滚子轴承 止推圆锥滚子轴承 TTHD 型 TTHD 止推圆锥滚子轴承有一对完全相同的带有锥形滚道且经过硬化和磨削的座圈, 以及一组用保持架均匀隔开的控制修型的滚子 在 TTHD 型的设计中, 座圈滚道和圆锥滚子在轴承中心有一个共同的顶点, 因而可以保证纯滚动 TP 图 31. 止推圆柱滚子轴承 TPS TTHD 轴承很适合起重机吊钩等应用, 这些应用需要承受极高的轴向载荷与较重的冲击载荷, 并且需要轴向的定位 对于速度很低 载荷较重的应用, 为了使轴承具备最大承载能力, 轴承可使用满滚子设计 对满滚子 TTHD 轴承的应用确认, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 TPS 型轴承与 TP 型轴承相同, 只是多了一个外径磨削成球面的座圈与另外的调心座圈相配, 因此该轴承可以适应初始的偏心 但是该类型轴承不建议用于偏心角度持续变化的应用 ( 动态偏心 ) 图 33. TTHD 止推圆锥滚子轴承 TIMKEN 工程手册 23

26 轴承选择流程 轴承类型 止推轴承 续无保持架 TTC 型转向枢轴 TTSP 型 对于只有轴向载荷的应用, 铁姆肯公司可提供两种止推轴承基本类型 :TTC 和 TTSP TTC 轴承采用不带保持架的满滚子设计, 适用于低速应用 TTSP 轴承带有一个保持架, 设计用于转向枢轴位置的摆动运动 TTC TTSP TTHDFL 型 TTHDSX 型 TTVS 型 TTHDSV 型 V 形平滚道圈圆锥滚子轴承 (TTHDFL 和 TTVS ) 结合了止推圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的优点, 具备同尺寸止推轴承中最高的承载能力 其设计包括一个平座圈, 另一个座圈带有锥型滚道与滚子相配 设计最初用于冶金轧机的压下装置, 因为该应用轴向载荷普遍超过一百万磅 该类型轴承在相应空间中具备极高的动态承载能力与静态承载能力, 目前广泛应用于重型挤压机 锥形破碎机以及其它应用中 TTHDFL TTVS 大部分的轴承采用淬硬销穿透滚子中心的销式保持架, 允许滚子的间隔更小使承载能力最大化 较小尺寸的有铸铜保持架, 通过精密机加工来允许润滑剂自由流动 TTHDFL 自调心 V 形平滚道圈轴承 ( TTVS) 采用相同的基本滚子和滚道设计, 只是底部的套圈为两片式, 之间的接触面球状磨削, 允许在最初偏心的条件下自对中 如果预料有动态偏心 ( 在载荷下变化 ), 则应不使用 TTVS 轴承 TTHDSV TTHDSX 图 34. 止推圆锥滚子轴承 24 TIMKEN 工程手册

27 轴承选择流程 轴承类型 径向调心滚子轴承 铁姆肯公司提供的径向调心滚子轴承主要类型包括 : 400 外径 : EJ EM 和 EMB >400 外径 :YM YMB YMD 和 YP 同旧型号相比, 新设计的 EJ EM 以及 EMB 轴承可提供更 高的承载能力, 更快的转速及更低的工作温度 除上述的改进外, 保持架设计的变化如下 更多细节请参阅保持架部分 类型 EJ EM / YM EMB/YMB YMD YP EJ 图 35. 径向调心滚子轴承 保持架设计内圈引导钢保持架 ; 每列一个滚子引导一片式黄铜保持架内圈引导一片式黄铜保持架内圈引导两片式黄铜保持架销式钢保持架 EM/YM 和 EMB/YMB YMD YP 铁姆肯公司调心滚子轴承的可选特征 W33 润滑槽和润滑孔 作为标准配置, 轴承外圈中提供润滑槽和三个润滑孔 这由后缀 W33 标识 这样一来, 无需再花费成本在轴承座内径中加工出一个通道, 将润滑油引入到轴承中 这一设计特点使润滑油能够通过润滑孔并在滚道之间流动 润滑油会从轴承的中心横向向外流动, 随后到达所有接触面并清洁轴承 订购时, 请为轴承编号添加后缀 W33( 例如 22216EMW33) 用于振动应用场合的轴承 铁姆肯公司针对振动应用场合提供专用的调心滚子轴承设计 使用特征代码 W800 标识, 按照 C4 游隙供货 在订购时, 请指明 W800 代码 该设计具备如下特性 : 在外圈上提供润滑槽以及三个润滑孔, 便于对轴承进行润滑 更高的运行精度 (P5) 并在轴承上标出高点和低点 更小的内径和外径尺寸公差 取 C4 游隙范围的上三分之二, 作为轴承的径向游隙这些轴承有直孔或锥孔设计 此外, 还有其它特征可供选择 大多数 Timken 调心滚子轴承都可提供直孔或锥孔设计 锥孔轴承零件编号后缀为 K 除 系列标准锥度为 1:30 外, 其余型号的标准锥度为 1:12 系列 SERIES SERIES 图 36. 调心滚子轴承系列 TIMKEN 工程手册 25

28 轴承选择流程 轴承类型 径向圆柱滚子轴承标准类型 Timken 圆柱滚子轴承由内圈 外圈 保持架以及一组具有控制修型的圆柱滚子组成 根据圆柱滚子轴承类型的不同, 内圈两侧或者外圈两侧带有引导圆柱滚子的挡边, 而另一侧轴承套圈单侧或者不带有挡边, 可以分离 具有两侧挡边的轴承圈可在轴向上定位圆柱滚子组件 磨削过的挡边可以支撑保持架 当另一个轴承圈具有不同侧的挡边时, 两挡边中的一个可以承受较轻的轴向载荷 通常考虑到应用场合的安装过程来确定哪个轴承圈采用双挡边结构 NU 型轴承具有双挡边外圈和无挡边内圈 N 型轴承具有双挡边内圈和无挡边外圈 这两种轴承无论在轴上哪个位置使用, 都能补偿轴的膨胀或收缩 当轴承旋转时, 一个轴承圈相对于另一个轴承圈发生轴向位移, 产生的摩擦力非常小 如果提供了其它轴向定位方式, 圆柱滚子轴承可以设在轴两端起支撑作用 NJ 型轴承具有双挡边外圈和单挡边内圈 NF 型轴承具有双挡边内圈和单挡边外圈 这两种类型都能够承受较重径向载荷以及较轻的单向轴向载荷 轴向载荷在内外圈的对角挡边之间以滑动传递 当接近极限轴向载荷时, 润滑将至关重要 这种应用场合请咨询铁姆肯公司工程师 当轴向载荷非常轻时, 轴承应以相对方式安装, 以实现轴的定位 这时轴端游隙应该在安装时调整 NUP 型轴承具有一个双挡边外圈和一个有外加平挡圈的单挡边内圈, 能够提供双向轴向定位 NP 具有一个双挡边内圈和一个有外加平挡圈的单挡边外圈 这两种类型都能够承受较重径向载荷和较轻的双向轴向载荷 影响轴向承载能力的因素与 NJ 和 NF 型轴承相同 对于轴膨胀的应用场合, 可以将 NUP 型或 NP 型轴承与 N 型或 NU 型轴承配合使用, 这时 N 型或 NU 型轴承可允许轴的膨胀 NUP 型或 NP 型轴承为固定端轴承, 挡边会限制滚动体的轴向运动 固定端轴承通常靠近轴的驱动, 以减小偏心 轴端间隙 ( 或浮动 ) 由固定端轴承的轴向间隙决定 与 NU N NJ NF NUP 和 NP 型轴承配套的平挡圈 ( 止推环 ) 和圆柱滚子上 / 下直径符合 ISO 和 DIN 标准 圆柱滚子轴承的型号依据 ISO 15 标准 它由四位数字组成, 前两位数字表示尺寸系列, 后两位数字是内径尺寸除以 5 之后得出的值 在尺寸系列中, 第一位数字是宽度系列, 第二位数字是直径 ( 外径 ) 系列 宽度系列按照 的顺序增大宽度, 直径系列按照 的顺序增大径向截面 带 R 前缀的轴承类型在结构上与 N 型轴承相似, 但它们是按照 ABMA 标准进行设计的 英制尺寸的轴承在型号中带有一个 I 字母 例如,RIU 表示英制轴承, 而 RU 表示公制尺寸的相应型号 NU, RIU, RU N, RIN, RN NJ, RIJ, RJ NF, RIF, RF NUP, RIT, RT NP, RIP, RP 图 37. 径向圆柱滚子轴承 26 TIMKEN 工程手册

29 轴承选择流程 轴承类型 EMA 系列 Timken 单列 EMA 系列圆柱滚子轴承拥有独特的保持架设计 独创的内部几何结构以及特殊的表面处理 这些特征有助于改进轴承性能 延长运行时间和降低维护成本 保持架采用了一片式黄铜设计并且兜孔进行充分打磨 与传统的滚子引导保持架不同, 它是一种由外圈引导的保持架, 可最大限度降低对滚动体的拖曳力, 从而降低发热量, 延长轴承的使用寿命 与其它黄铜保持架相比, 这种高硬度保持架能够装配更多圆柱滚子 特殊的轴承内外圈滚道和滚子轮廓设计提高了承载能力, 胜于其它同类设计 对轴承圈和滚子采用独特的工艺流程, 改进了表面处理, 减少了摩擦, 降低了工作温度, 延长了轴承的使用寿命 EMA 系列轴承分为 N 型 NU 型 NJ 型和 NUP 型 满装滚子式 (NCF) 5200 公制系列该系列由于其内部结构独特设计, 径向额定载荷增强 在该系列中, 轴承外圈为双侧挡边, 内圈外径为圆柱形且无挡边 对于径向空间受限的应用场合, 此轴承可以不带内圈 此时轴颈必须淬硬至 HRC 值最小 58, 并且表面粗糙度最大至 Ra 0.4μm. 后缀中的 W 表示具有外圈, 此外, 内圈也可以单独提供 前缀 A 表示内圈单独提供或是整套轴承中具有内圈 该轴承通常提供有一个坚韧的冲压钢保持架 ( 标识 S ), 由外圈挡边引导 保持架的横梁中部凹陷, 不但均匀隔开了圆柱滚子, 还将它们与外圈组成一体 机加工铜保持架 ( 标识 M ) 可用于正反向载荷或高速等应用 外圈是由优质轴承合金钢制造 内圈表面经深层硬化, 可以承受由较高过盈配合而产生的环向压应力 标准的轴承提供有径向内部游隙, 标识为 R6, 根据要求可提供其它内部游隙 通过对外圈一体式挡边和滚子端部的间隙控制, 确保滚子的正确引导 满装滚子 (NCF) 单列轴承的内外圈上集成了挡边 轴承可以承受单方向的轴向载荷并允许轻微的轴向位移 A-52xx-WS A-52xx-WM 52xx-WS A-52xx 图 公制系列轴承 TIMKEN 工程手册 27

30 轴承选择流程 保持架 保持架 保持架 ( 也称为滚动体保持器 ) 对于滚动轴承的正常运行可起到多种作用 保持架分隔开滚动体, 避免了滚动体之间的接触和磨损 保持架使滚动体在内圈滚道上对准, 以防止滚动体滑动, 打滑或倾斜, 以保证纯滚动 从安装角度来看, 保持架使得滚动体保持在内圈上以方便轴承的安装 在某些情况下, 保持架也可以改善轴承滚道或者挡边接触表面的润滑 以下各节讨论了每个主要的轴承设计中常用的保持架类型 ( 圆锥, 圆柱, 调心, 和球轴承 ) 也将讨论每个保持架类型的基本几何形状 材料及制造 圆锥滚子轴承保持架冲压钢保持架 圆锥滚子轴承最常见的保持架为冲压钢保持架 这种保持架选用低碳钢板, 通过一系列切割 成型和冲压工艺大批量生产 这种保持架可用于高温与苛刻的润滑环境中 聚合物保持架用聚合物材料制成的圆锥滚子轴承保持架主要用于预加油脂和带密封的成套设计中 最常用的聚合物材料为玻璃纤维增强的尼龙热塑性塑料 聚合物保持架可以进行大批量生产, 可提供比冲压钢保持架更为灵活的设计 聚合物保持架质量轻且易于组装 在某些情况下, 可通过在轴承中增加一个或两个额外的滚子来获得更大的轴承额定载荷 在使用带有极压添加剂 (EP) 的润滑剂并且运行温度超过 107 (225 F) 时, 需要格外谨慎 机加工保持架圆锥滚子轴承的机加工保持架设计强度更高, 可胜任高速重载应用工况条件 机加工保持架材料选用合金钢, 通过铣削绞孔工艺加工而成 轴承装配无需采用挤压保持架锁紧工艺, 滚动体可通过嵌入保持架固定 根据应用需求, 可额外添加油孔增加润滑 一些特殊应用采取对保持架表面镀银处理 销式保持架 图 39. 冲压钢保持架 圆锥滚子轴承的销式保持架采用穿过空心滚子轴向孔的销钉来定位滚动体 圆锥滚子轴承销式保持架由两个保持架圆环和一组销钉组成, 所有销钉一侧采用螺纹与保持架圆环连接, 另一侧采用焊接方式与保持架圆环连接 这种类型的保持架主要用于较大圆锥滚子轴承的设计 ( 外径超过 400) 销式保持架采用机加工钢材制造, 通常可以增加滚子的数量 销式保持架仅限用于低速应用 ( 挡边速度低于 20m/s) 28 TIMKEN 工程手册

31 轴承选择流程 保持架 调心滚子轴承保持架 冲压钢保持架 新设计的 Timken EJ 轴承采用了独特的冲压钢保持架设计 EJ 设计包括两个各用于一列滚子的独立保持架, 它们组装在同个轴承上 这一特征可防止保持架在易弯工作环境中发生弯曲 这种保持架由内圈引导并在节圆之上运行 每个保持架都经过表面硬化 ( 氮化 ) 处理, 提供了更强的耐磨性和更高的强度, 使轴承在最恶劣的环境中也能够运转 端面的槽孔可以提高润滑剂的流动性 这可以降低工作温度 延长轴承的使用寿命 机加工铜保持架 EM EMB YM YMB 和 YMD 轴承保持架由精密机加工的铜制成, 如图 所示 它们的坚固结构在极其恶劣的应用场合中具有优势 开放式的指型设计使润滑油能够轻松到达所有表面, 可以确保充分润滑轴承并降低轴承的工作温度 EM/YM YMD 图 43. 机加工铜保持架 EMB/YMB 销式保持架 EJ 图 40. EJ 轴承 EJ 图 41. EJ 保持架 大直径调心滚子轴承可配有这种保持架 两个分别用于一列滚子的销式保持架由两个保持架环和一组穿过滚动体中心的销子构成 销式保持架的设计允许增加滚动体数量, 提高了轴承的承载能力 请咨询您的铁姆肯公司工程师, 以获得有关这种保持架应用场合的建议 EM EMB YM 和 YMB 都采用了一片式设计, 它们的区别是轴承内的引导方式不同 对于 EM 和 YM 设计, 保持架较轻, 使用滚子来引导, 而 EMB 和 YMB 保持架设计通常较重, 通过内圈来引导 YMD 保持架与 YMB 相似, 不同之处在于它们采用了两片式设计 单个轴承中组装了两个分别用于一列滚子的独立保持架 这样一来, 当应用场合需要时, 每列滚子可以单独旋转, 并防止保持架横梁弯曲 图 42. 销式保持架 图 44. 滚子引导的一片式机加工铜指式保持架 图 45. 内圈引导的一片式机加工铜指式保持架 图 46. 内圈引导的分开式机加工铜指式保持架 TIMKEN 工程手册 29

32 轴承选择流程 保持架 圆柱滚子轴承保持架 冲压钢保持架圆柱滚子轴承的冲压钢保持架以低碳钢为材料, 经过一系列切割 成型和穿孔的工艺制造 这种保持架具有多种设计, 适合于圆柱滚子轴承的通用场合 用于 5200 系列圆柱滚子轴承的 S 型保持架就是一种特殊设计, 它架在外圈挡边上并由其引导 这种保持架的横梁是凹陷设计, 它们均匀隔离滚动体并将它们保持在外圈上 冲压钢保持架方便批量生产, 并可以用在高温 润滑不良的环境中 销式保持架圆柱滚子轴承的销式保持架有两个保持架环和一组穿过滚动体中心的销子组成 这种保持架用于不能使用机加工黄铜保持架的大直径圆柱滚子轴承 使用这种设计时, 通常可以额外增加圆柱滚子数量, 从而提高承载能力 图 48. 销式保持架 图 47. S 型保持架 机加工保持架对于小尺寸的圆柱滚子轴承, 也可采用机加工保持架, 通常为黄铜材料 圆柱滚子轴承的机加工保持架设计可以在严苛的应用中提供更加良好的性能 保持架采用一片式或两片式设计 一片式设计可以是图 49 中所示的指式保持架, 也可以是具有充分打磨兜孔的标准保持架 一片式指式设计和两片式窗式保持架 ( 图 50) 在标准圆柱滚子轴承中更常见 它们都是滚子引导的设计 图 49. 一片式指式保持架 一片式兜孔设计 ( 图 51) 的保持架, 用于 EMA 系列轴承 与传统的圆柱滚子引导保持架不同, 它是一种外圈引导保持架, 可最大限度减少对滚动体的拖曳, 从而降低发热量, 延长轴承的使用寿命 与两片式设计相比, 这种一片式保持架还可以通过提高润滑油的流动性减少发热和磨损 图 50. 两片式黄铜保持架 图 51. 一片式优质保持架 30 TIMKEN 工程手册

33 轴承选择流程 保持架 球轴承保持架 冲压焊接钢制保持架 这种保持架由两个成型的半保持架焊接而成 这种类型的保持架是不带填充槽的深沟球轴承的标准型式, 并提供高强度 高刚性同时保证了球体在保持架间隙中的均匀性 它适用于高温应用, 但不适用于带有偏心的应用 模塑尼龙指式保持架 图 53. 模塑尼龙指式保持架 图 52. 冲压焊接钢制保持架 这类保持架为一片式模塑设计 滚动体简单卡入就位 这些保持架由尼龙 66 模塑而成, 具有良好的热稳定性和调湿性 这种保持架类型用于大多数宽内圈 (WIR) 球轴承中 聚合物可抵抗最高 120 (250 F) 的连续工作温度, 可承受瞬时最高温度为 150 (300 F), 它可提供一个无腐蚀的自润滑材料, 且耐磨 抗大部分溶剂 油渍与润滑脂 这种类型的保持架可适用于偏心的应用中 机加工酚醛树脂保持架这种类型的保持架采用一片式设计, 常为内外圈引导 这种保持架质量轻, 具有吸油性, 适用于高速应用 该类型保持架经过精密机加工, 从而减少滚珠和保持架在高速运行下的冲击力 但该保持架在轴承搬运过程中不起保持滚珠的作用 铜与钢制保持架用黄铜或钢制成的球轴承保持架设计用于重载应用 可选保持架结构包括一片式机加工钢制或机加工黄铜以及两片式铆接黄铜保持架 大部分设计为内圈或外圈引导 这种类型的保持架可根据需要设计为镀银型 镀银层可在启动期间为滚珠 - 保持架接触面提供润滑, 从而防止滚珠滑动 在使用带有极压添加剂 (EP) 的润滑剂并且运行温度超过 107 (225 F) 时, 同样需要格外谨慎 图 55. 铸造黄铜保持架 图 56. 机加工黄铜保持架 模塑加强型尼龙保持架这种类型的保持架为一片式外圈引导或滚动体引导的保持架 这种类型的保持架由尼龙 66 与 30% 的玻璃纤维模塑制成, 提高了潮湿环境下的尺寸稳定性 聚合物可抵抗最高 120 (250 F) 的连续工作温度, 可承受瞬时最高温度为 150 (300 F), 并且无腐蚀, 自润滑, 且具有良好的耐磨性, 抗大部分溶剂 油渍与润滑脂 在使用带有 EP( 极端压力 ) 添加剂的润滑剂并且运行温度超过 107 (225 F) 时, 同样需要格外谨慎 图 54. 加强型尼龙保持架 TIMKEN 工程手册 31

34 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 载荷计算和轴承分析 载荷和轴承分析符号说明 符号 描述 单位 ( 公制 / 英制 ) a 内圈大端面到有效载荷中心的轴向距离, a1 可靠性寿命系数 a2 材料寿命系数 a3 运行条件寿命系数 a3d 异物寿命系数 a3k 载荷区寿命系数 a3l 润滑寿命系数 a3p 低载荷寿命系数 ae 轴承有效跨距, A, B, 轴承位置 ( 用于脚注 ) B 外圈宽度, B1 内圈宽度, b 齿宽, c1, c2 直线距离 ( 正或负 ), C 一百万转双列轴承动态径向载荷 N,lbf Ca90 九千万转单列轴承动态轴向载荷 N,lbf Co 静态径向额定载荷 N,lbf Coa 静态轴向额定载荷 N,lbf C90 九千万转单列轴承动态径向载荷 N,lbf C90(2) 九千万转双列轴承动态径向载荷 N,lbf Ca 动态轴向载荷 N,lbf Cg 几何系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cl 负载系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cj 负载区系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cs 速度系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cv 粘度系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cgr 油脂润滑系数 ( 应用于 a3l 等式 ) Cp 润滑剂的比热 J/(Kg - C), BTU/(lbf - F) Ct 轴向动态额定载荷 N,lbf d 轴承内径, d 球直径, d1 球面直径, da 轴肩直径, d0 名义内滚道直径, dc 齿轮中心距, dm 名义轴承直径, dsi 轴内径, D 轴承外径, D0 圆锥滚子轴承名义外滚道直径, Dh 轴承座外径, Dm 链轮 滑轮 车轮或轮胎直径名义有效工作直径, Dm 圆锥滚子轴承大挡边平均直径, 符号描述单位 ( 公制 / 英制 ) DmG 齿轮的名义或有效工作直径, DmP 小齿轮的有效工作直径, DmW 蜗杆的有效工作直径, DpG 齿轮节圆直径, DpP 小齿轮节圆直径, DpW 蜗杆节圆直径, e 寿命指数 e Fa/Fr 对于系数 X 和 Y 不同的值的应用性的极限值 E 轴向游隙, f 润滑剂流量 L/min, U.S. pt/min f 0 f1 fb fn f2 f3 粘性扭矩系数 载荷扭矩系数 皮带或链条的拉力系数 速度系数 复合载荷系数 复合载荷系数 F 力的一般术语 N,lbf F1, F2,, Fn 一个载荷周期中作用力的大小 N,lbf Fa 外加推力 ( 轴向 ) 载荷 N,lbf Fai 由于径向加载引起的推力 ( 轴向 ) 载荷 N,lbf Fac 由于离心加载引起的推力 ( 轴向 ) 载荷 N,lbf FaG 齿轮轴向载荷 N,lbf FaP 主动齿轮轴向载荷 N,lbf FaW 蜗杆轴向载荷 N,lbf Faz 可允许的轴向载荷 N,lbf Fb 皮带或链条张力 N,lbf Fβ 扭矩等式中的载荷术语 N,lbf Fc 离心力 N,lbf Fr 外加径向载荷 N,lbf Frh 合成水平力 N,lbf FRS 合成分离力 N,lbf FRV 合成垂直力 N,lbf FS 齿轮上的分离力 N,lbf FsG 齿轮上的分离力 N,lbf FsP 主动齿轮上的分离力 N,lbf FsW 蜗杆上的分离力 N,lbf Ft 切向力 N,lbf Fte 齿轮上的牵引力 N,lbf FtG 齿轮上的切向力 N,lbf FtP 小齿轮上的切向力 N,lbf FtW 蜗杆上的切向力 N,lbf FW 非平衡力 N,lbf FWB 加权平均负载 N,lbf G 齿轮 ( 用作脚注 ) G1 G2 轴承数据表格中的几何系数 轴承数据表格中的几何系数 H 功率 kw, hp Hs 轴承座挡肩内径, 32 TIMKEN 工程手册

35 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 符号描述单位 ( 公制 / 英制 ) HFs i ib 滚道硬度静态额定载荷调整系数 轴承中滚动体列数 承受载荷的滚动体列数 k 离心力常数 lbf/rpm 2 k1 轴承扭矩常数 k4, k5, k6 计算发热的尺寸系数 K 圆锥滚子轴承 K 系数 ; 单列轴承中基本动态径向额定载荷对动态轴向载额的比值 ; K 基于几何形状的球轴承常数 K1, K2 超精密 K 系数 Kea 外圈组件的径向圆跳动, Ko Ki 表示为球直径百分数的外圈轮廓半径 表示为球直径百分数的内圈轮廓半径 Kia 内圈组件的径向圆跳动, KN KT 第 n 个轴承的 K 系数 相对轴向载荷系数 球轴承 LH 导程 旋转一周螺旋线轴向前进量, L 轴承几何中心线之间的距离, L10 轴承寿命转数 / 小时 Lf m 寿命系数 传动比 M 轴承运行扭矩 N-m, N-, lb.- MO 动量 N-m, N-, lb.- n 轴承运行速度或速度专业术语 rot/min, RPM n1, n2,, nn 一个载荷周期的不同旋转速度 rot/min, RPM NA 参考速度 rot/min, RPM ng 齿轮工作速度 rot/min, RPM np 主动齿轮运行速度 rot/min, RPM nw 蜗杆运行速度 rot/min, RPM Nc Ni NG NP NS Nf 球和保持架的转数 内圈的转数 齿轮的齿数 主动齿轮的齿数 链轮齿中的齿数 速度系数 P 主动齿轮 ( 用作下标 ) Po 静态当量载荷 N, lbf Poa 推力当量 ( 轴向 ) 载荷 N, lbf Por 动态径向当量载荷 N, lbf Pa 动态轴向当量载荷 N, lbf Pr 动态径向当量载荷 N, lbf Peq 动态当量载荷 N, lbf Q 发热率或散热率 W, BTU/min Qgen 发热量 W, BTU/min Qoil 循环油系统带走的热量 W, BTU/min r 质量中心半径, R 可靠性百分比, 用于计算 a1 系数 符号 描述 单位 ( 公制 / 英制 ) RIC 径向内部游隙, S 轴径, s 轴 ( 用作下标 ) SD 内圈基准面圆跳动, SD 外圆柱面圆跳动, Sea 外圈组件的轴向圆跳动, Sia 内圈组件的轴向圆跳动, t1, t2,, tn 一个载荷周期中的时间百分比 T 施加的推力 ( 轴向 ) 载荷 N, lbf TE 推力 ( 轴向 ) 当量载荷 N, lbf v 垂直 ( 用作下标 ) V 线速度或速度 km/h, mph VBS 内圈宽度偏差, VCS 外圈宽度偏差, Vr 滑动摩擦, 表面或圆锥滚子轴承的挡边速度 m/s, fpm W 蜗杆 ( 用做下标 ) X 动态径向载荷系数 X0 静态径向载荷系数 Y, Y1, Y2,... 动态推力 ( 轴向 ) 载荷系数 Y0 静态推力 ( 轴向 ) 载荷系数 Υ G 锥齿轮啮合 大齿轮分度圆锥角 内摆线齿轮啮合 齿轮根锥角 Υ P 锥齿轮啮合 小齿轮分度圆锥角 内摆线齿轮啮合 小齿轮齿面角 Z 滚动体数量 a T 线性膨胀系数 // C, // F a o 圆锥滚子轴承外圈滚道半包角 a 球轴承接触角 ΔT 轴 / 内圈 / 滚子和轴承座 / 外圈之间的温差 C, F Δ Bs 内圈宽度偏差, Δ Cs 外圈宽度偏差, Δ dmp 公称内径在单一平面内的偏差, Δ Dmp 公差外径在单一平面内的偏差, ds 内圈与轴的干涉配合, dh 轴承座与外圈的干涉配合, η 效率, 百分比 q 1, q 2, q 3 相对于参考平面的齿轮啮合角度, rad qi, qo 油入口或出口温度 C, F l 蜗轮导程角 m 摩擦系数 m 润滑动力粘度 cp v 润滑运动粘度 cst s o 近似最大接触应力 MPa, psi φ G 直齿齿轮的压力角 φ P 直齿小齿轮的压力角 ψ G 齿轮的螺旋角 ψ P 小齿轮的螺旋角 r 润滑剂密度 kg/m 3, lb./ft 3 TIMKEN 工程手册 33

36 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 载荷计算下列等式用来确定由机械零部件形成的力, 这些机械零部件在轴承应用中经常遇到 直齿轮传动切向力 FtG = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DpG ng 直齿锥齿轮传动和零度弧齿锥齿轮传动在直锥齿轮传动和弧齿锥齿轮传动中, 齿轮力趋向于推动小齿轮和齿轮离开啮合, 这样以至于推力和分离力始终不变, 与旋转方向无关 ( 图 59) 在计算切向力时,(FtP 或 FtG), 对于锥齿轮传动装置, 使用小齿轮或齿轮名义直径 (DmP 或 DmG) 而不是节径 (DpP 或 DpG) 平均直径如下计算: DmG = DpG - b sin Υ G 或 DmP = DpP - b sin Υ P 在直锥齿轮传动装置和弧齿锥齿轮传动装置中 FtP = FtG = (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DpG ng 分离力 FsG = FtG tan φ G + 图 57. 直齿轮传动 图 59. 直齿锥齿轮与弧齿锥齿轮 单螺旋齿轮传动切向力 FtG = = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DpG ng (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DpG ng 小齿轮切向力 FtP = = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DmP np (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DmP np 轴向力 FaG = FtG tan ψ G 轴向力 FaP = FtP tan φ P sin Υ P 分离力 图 58. 螺旋齿轮传动 分离力 FsP = FtP tan φ P cos Υ P FsG = FtG tan φ G cos ψ G 34 TIMKEN 工程手册

37 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 直锥齿轮 切向力 FtG = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DmG ng 轴向力 = (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DmG ng F tg 图 60. 直锥齿轮传动装置 FaG = FtG tan φ G sin Υ G 分离力 FsG = FtG tan φ G cos Υ G 螺旋锥齿轮传动和双曲面齿轮传动 在螺旋锥齿轮传动和双曲面齿轮传动装置中, 轴向力和分离力的方向取决于螺旋角 螺旋方向 旋转方向和齿轮是主动还是从动 ( 见图 61) 螺旋的方向是通过观察齿轮正面的齿轮廓 ( 图 62) 是从轴线向左倾还是向右倾来确定 旋转的方向是通过望向齿轮或小齿轮顶点判断顺时针还是逆时针 顺时针 逆时针 轴向力为正远离小齿轮顶点轴向力为负 在螺旋锥齿轮传动中 指向小齿轮顶点 FtP = FtG 图 61. 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮 在双面齿轮传动中 FtP = FtG cos ψ P cos ψ G 双曲面小齿轮有效工作直径 Np cos ψ G DmP = DmG ( )( NG cos ψ P ) 切向力 FtG = = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DmG ng (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DmG ng 图 62. 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮 双曲面齿轮的有效工作直径 DmG = DpG - b sin Υ G TIMKEN 工程手册 35

38 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 表 2. 螺旋锥齿轮传动和偏轴双曲面齿轮传动公式 主动件旋转方式 轴向力 分离力 主动件 主动件 右螺旋顺时针方向 FaP = FtP cos ψ P (tan φ P sin Υ P sin ψ P cos Υ P ) 或左螺旋逆时针方向 从动件 从动件 FaG = FtG (tan φ G sin Υ G + sin ψ G cos Υ G ) cos ψ G 主动件 主动件 FaP = FtP (tan φ 右螺旋逆时针方向 P sin Υ P + sin ψ P cos Υ P ) cos ψ P 或左螺旋顺时针方向从动件从动件 FaG = FtG (tan φ G sin Υ G sin ψ G cos Υ G ) cos ψ G FsP = FtP (tan φ P cos Υ P + sin ψ P sin Υ P ) cos ψ P FsG = FtG (tan φ G cos Υ G sin ψ G sin Υ G ) cos ψ G FsP = FtP (tan φ P cos Υ P sin ψ P sin Υ P ) cos ψ P FsG = FtG (tan φ G cos Υ G + sin ψ G sin Υ G ) cos ψ G 直蜗杆传动 蜗杆 切向力 FtW = = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DPW nw (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DpW nw 图 63. 直蜗杆传动 轴向力 FaW = = 或 (1.91 x 10 7 ) H η ( 公制 ) DpG ng (1.26 x 10 5 ) H η ( 英制 ) DpG ng FaW = FtW η tan λ 分离力 FsW = FtW sin φ cos φ sin λ + μ cos λ 36 TIMKEN 工程手册

39 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 蜗轮 切向力 或 轴向力 分离力 式中 : 或 与 公制 英制 FtG = = FtG = FaG = = FsG = (1.91 x 10 7 ) H η ( 公制 ) DpG ng (1.26 x 10 5 ) H η ( 英制 ) DpG ng FtW η tan λ (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DpW nw (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DpW nw FtW sin φ cos φ sin λ + μ cos λ ( m DpW ) λ = tan -1 DpG ( π DpW ) λ = tan -1 LH η = cos φ μ tan λ cos φ + μ cot λ μ (1) = (5.34 x 10-7 ) Vr Vr 0.09 Vr = DpW nw (1.91 x 10 4 ) cos λ ( 米每秒 ) μ (1) = (7 x ) Vr Vr 0.09 Vr = DpW nw 3.82 cos λ ( 英尺 / 分 ) (1) 至 15 m/s(3 至 3000ft/min) 速度范围内的近似摩擦系数 双包线蜗杆传动 蜗杆切向力 轴向力 分离力 蜗轮切向力 或 轴向力 分离力 FtW = = FaW = 0.98 FtG FsW = (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DmW nw (1.26 x 10 5 ) H ( 英制 ) DmW nw 0.98 FtG tan φ cos λ FtG = (1.91 x 107 ) H m η ( 公制 ) DpG nw FtG = = (1.26 x 105 ) H m η ( 英制 ) DpG nw = FaG = FsG = (1.91 x 10 7 ) H η ( 公制 ) DpG ng (1.26 x 10 5 ) H η ( 英制 ) DpG ng (1.91 x 10 7 ) H ( 公制 ) DmW nw = (1.26 x 105 ) H ( 英制 ) DmW nw 0.98 FtG tan φ cos λ 使用此 FtG 值对蜗轮传动轴的轴承负荷进行计算 使用以下 FtG 等式计算扭矩 使用此值计算齿轮与传动轴的扭矩 用 FaW 等式计算轴承负荷 式中 : η = 效率 ( 参考制造商产品目录 ) DmW = 2dc DpG 蜗杆导程角 : λ = tan -1 DpG = tan -1 LH m DpW DpW ( ) ( ) TIMKEN 工程手册 37

40 轴承选择流程 载荷计算和轴承分析 皮带与链条传动系数 由于不同的操作人员对于皮带的松紧度设置不同, 很难 确定总的皮带拉力与在张紧侧的张力 F1 和在松弛侧的张力 F2( 图 64) 的精确等式, 下面的等式以及表 3 可以用来对各种类型的 皮带和皮带轮, 以及链条和链轮等不同设计的拉力进行估计 : Fb = (1.91 x 107 ) H B ( 公制 ) Dm n = (1.26 x 10 5 ) H B ( 英制 ) Dm n 标准滚子链轮平均直径 : 式中 : Dm = P 180 sin ( Ns ) P = 链条节距 冲击载荷 很难确定冲击载荷对于轴承寿命的确切影响 冲击载荷大小取决于碰撞物体的质量, 速度以及冲击时的变形程度 冲击载荷对于轴承的影响取决于在冲击点和轴承之间所吸收的冲击载荷的大小, 以及冲击载荷是否足够大致引起轴承损伤, 当然也取决于冲击载荷的频率和持续时间 一个突然的外加载荷至少等效于其静态值的两倍 根据冲击载荷的速度, 也可能远大于这个最小值 冲击载荷产生于许多一般不为人所知或不容易确定的变量, 因此, 最好的办法是依靠经验 铁姆肯公司有多年关于多种类型设备在最苛刻承载条件的运行经验 在涉及异常载荷或使用要求上特殊的任何应用上, 应咨询铁姆肯公司工程师 离心力 D m F 2 = 张力, 松弛侧 由旋转件的不平衡引起的离心力 : Fc = Fw r n 2 ( 公制 ) 8.94 x 10 5 F b = Fw r n 2 ( 英制 ) 3.52 x 10 4 F 1 = 张力, 张紧侧 牵引力与车轮速度 图 64. 皮带或链条传动 表 3. 基于 180 度包角的皮带或链条传动系数 牵引力是驱动轮和地面之间的切向力, 用来推动车轮克服空气阻力, 滚动阻力的合力, 以一定的速度运动 牵引 功率 车轮速度以及车辆速度的关系如下 : 类型 B 单链条 双链 V 型皮带 H = H = Fte V 3600 Fte V 375 与 n = n = 5300V Dm 336V Dm 38 TIMKEN 工程手册

41 轴承选择流程 轴承反作用力 轴承反作用力 计算 : 在有两点支撑的轴上, 轴承径向载荷可按如下步骤进行 确定轴承的有效跨距 选择相对方便的基准面, 将施加到轴上的力分解为水平与垂直两个分量 针对各个轴承的有效中心进行力矩求和, 进而得到每一处支撑位置的轴向与径向反作用力 调心滚子轴承每一列调心滚子的有效中心与轴承中线线相交于轴承的几何中心处 如图 66 所示 每列滚子的有效中心的距离为 0 ( 即零力臂 ), 轴承内部不会产生旋转力矩 因此, 当轴和轴承座存在偏心时, 轴承内圈和外圈会相对对方旋转一定角度, 不会产生内力 自对齐能力会阻止轴承承受外部的转动力矩, 因此, 调心滚子只能通过径向和轴向反作用力来承受轴和轴承座施加的载荷 有效跨距 圆锥滚子轴承或角接触球轴承 当对圆锥滚子轴承或者角接触球轴承施加载荷时, 滚动体与外圈滚道接触处的内力垂直于滚道面 这些内力有径向和轴向两个分量 除特殊情况下纯轴向载荷外, 施加到滚动体上力的轴向分量不对称, 导致内圈和轴受到不对称力引起的力矩 垂直于外圈滚道的力的延长线与轴承中心线的交点被定义为圆锥滚子轴承的有效中心 类似的, 有效中心的定义也适用于角接触球轴承 双轴承系统内的有效跨度定义为两个轴承有效中心的距离 可以通过数学证明, 如果对轴建模时假定轴由轴承的有效中心处支撑, 而不是轴承的几何中心, 在计算轴承的径向载荷时轴承的力矩可忽略 Effective 有效轴承跨距 bearing spread 只需考虑外部施加的载荷, 根据外力对轴承的有效中心产生的力矩进行计算载荷或者反作用力 图 65 所示为面对面与间接安装配置的单列轴承 根据应用要求选择面对面或背对背安装 浮动位置 Float position 图 66. 调心滚子轴承 Fixed 固定位置 position 有效轴承跨距 有效轴承跨距 图 65. 所示为单列轴承的不同安装型式, 并显示有效载荷中心位置 有效轴承跨距 有效轴承跨距 背对背安装 圆锥滚子轴承背对背 /DB 角接触球轴承 面对面安装 圆锥滚子轴承面对面 /DF 角接触球轴承 TIMKEN 工程手册 39

42 c 1 c 2 ( 轴承选择流程 轴承反作用力 力的分解两点支撑的轴 可使用简支梁方程将外部施加载荷转化为在轴承有效中心处的轴承反作用力 下面公式是用在如下情况下的 : 一根轴由两处位置支撑, 承受齿轮传动带来的力, 由三部分组成,Ft( 切向 ),Fs( 分离 ),Fa( 轴向 ) 另外还有外部载荷 F 与外部力矩 M0. 所有的力与基准面成一定角度 (θ1,θ2,θ3), 如图 67 所示 运用叠加原理, 用来求得垂直以及水平方向支反力 (Frv 和 Frh) 的公式可以扩展到任何数量的齿轮, 外力以及力矩 计算时, 齿轮力需要带有各自齿轮力计算时的正负符号 在使用上述公式计算支反力时, 应注意确保使用了正确的支撑自由度 就是说, 圆锥滚子轴承与球轴承可承受径向载荷 力矩载荷以及双向的轴向载荷 ; 调心滚子轴承不能承受力矩载荷, 只能承受径向和双向的轴向载荷 ; 圆柱滚子轴承主要承受径向载荷, 根据内圈外圈挡边配置的不同也可承受较小的轴向载荷 具有三个或更多个支撑点的轴静态平衡等式不足以解决有超过两个支撑点的轴上的轴承反作用力 如有充分的信息, 可以使用电脑程序来解决这些情况 在这些情况里, 轴 轴承和轴承座的变形影响载荷的分布 在这些参数上的任何变化能够较大地影响轴承的反作用力 F sg F sg F tg θ 2 θ 1 θ 3 F ag F 力矩作用面 F ag 轴承 A F tg F M 轴承 B o 基准面 F ra h F ra v F rb h F rb v a e 图 67. 轴承径向反作用力 B 轴承位置处的反作用力垂直分力 : FrBv = 1 c1 (FsG cos θ 1 + FtG sin θ 1) + 1 (DpG - b sin γ G) FaG cos θ 1 +c2 F cos θ 2 + M cos θ 3 ( ae 2 B 轴承位置处的反作用力水平分力 : FrBh = 1 c1 (FsG sin θ 1 - FtG cos θ 1) + 1 (DpG - b sin γ G) FaG sin θ 1 +c2 F sin θ 2 + M sin θ 3 ( ae 2 A 轴承位置处的反作用力垂直分力 : FrAv = FsG cos θ 1 + FtG sin θ 1 + F cos θ 2 - FrBv ( A 轴承位置处的反作应力水平分力 : FrAh = FsG sin θ 1 - FtG cos θ 1 + F sin θ 2 - FrBh 合成径向反作用力 : FrA = [(FrAv) 2 + (FrAh) 2 ] 1/2 FrB = [(FrBv) 2 + (FrBh) 2 ] 1/2 合成轴向反作用力 : FaA = FaG ( 固定位置 ) FaB = O ( 浮动位置 ) 40 TIMKEN 工程手册

43 轴承选择流程 轴承反作用力 动态径向当量载荷 (Pr) 计算 L10 寿命, 需要计算动态径向当量载荷, 由 Pr 标明 动态径向当量载荷是指一个单一径向载荷, 如果施加到轴承 上, 会得到与轴承工作复合载荷下相同的寿命 下面动态径向 当量载荷的计算公式, 适用于所有轴承类型 Pr = XFr + YFa 调心滚子轴承 调心滚子轴承的 Pr 值可通过下面的公式确定 计算轴向载 荷与径向载荷的比值, 将该比值与轴承的 e 值进行比较 公式 : Pr = Fr + YFa for Fa / Fr e, 或 Pr = 0.67Fr + YFa for Fa / Fr > e. e 值与 Y 值可从调心滚子轴承产品目录中查到, 该产品目录可从铁姆肯公司网站 上得到 圆柱滚子轴承 圆柱滚子轴承只承受径向载荷时 : Pr = Fr 圆柱滚子轴承可承受的最大动态径向载荷应 C/3 除径向载荷外, 如果轴承还承受轴向载荷, 在计算轴承 疲劳寿命时应将该轴向载荷考虑在内 (Fa Faz;Faz 为许用轴向 载荷 ) 表 4. 圆柱滚子轴承动态径向当量载荷 尺寸系列载荷比动态径向当量载荷 E, 3..E 22..E, 23..E Fa/Fr < 0.11 Fa/Fr > 0.11 Fa/Fr < 0.17 Fa/Fr > 0.17 P = Fr P = 0.93 Fr Fa P = Fr P = 0.93 Fr Fa 深沟与角接触球轴承 表 5 所示为所有类型球轴承的动态径向当量载荷的计算公 式 所需 Y 参数可从第 42 页的表 6 中查得 表 5. 球轴承的动态径向当量载荷计算公式 深沟与角接触球轴承 轴承说明 ( 基准 ) 接触角单列与串联安装 轴承类型或系列 M9300K,MM9300K M9100K,MM9100K M200K,MM200K M300K,MM300K 和派生 XLS 较大的和三层密封 深沟球轴承 0 0 宽内圈球轴承座单元 0 角接触球轴承 7200K, 7200W 7300W, 7400W 5200K-5300W W-5318W 5218W, 5220W, 5407W 5221W, 5214W 5200, 5200W ( 见 20 例外项 ) 5300, 5300W 30 ( 见 20 例外项 ) 5400, 5400W ( 见 20 例外项 ) 7200WN 7300WN WN 2M9300WI 2M9100WI, 2MM9100WI 15 2M200WI, 2MM9100WI 2MM300WI 双列与预紧成对安装 KT = Fa KT = Fa 使用 Pr (1) 较大值 Pr = Fr 或 Pr = 0.56Fr + Y1Fa Pr = Fr 或 Pr = 0.56Fr + Y1Fa Pr = Fr 或 Pr = 0.56Fr + Y1Fa 使用 Pr (1) 较大值 Pr = Fr 或 Pr = 0.43Fr + Fa Pr = Fr 或 Pr = 0.39Fr +0.76Fa Pr = Fr 或 Pr = 0.35Fr +0.57Fa Pr = Fr 或 Pr = 0.44Fr +Y2Fa ibco Co Pr = Fr Y1Fa 或 Pr = 0.78Fr Y1Fa Pr = Fr Fa 或 Pr = 0.70Fr Fa Pr = Fr Fa 或 Pr = 0.63Fr Fa Pr = Fr Fa 或 Pr = 0.57Fr Fa Pr = Fr Y2Fa 或 Pr = 0.72Fr Y2Fa 2MM9100WO Pr = Fr 或 Pr = Fr Y3Fa 或 Pr = 0.44Fr + Y3Fa Pr = 0.72Fr Y3Fa 3M9300WI 3M9100WI, 3MM9100WI 3M200WI, 3MM200WI 3MM300WI 25 Pr = Fr 或 Pr = 0.41Fr +0.87Fa Pr = Fr Fa 或 Pr = 0.67Fr Fa (1) 当 Pr > Co 或 Pr > 1/2 CE 时, 相关寿命计算请咨询您的铁姆肯公司工程师 TIMKEN 工程手册 41

44 轴承选择流程 轴承反作用力 表 6. 球轴承动态径向当量载荷计算时所需参数 KT Y1 Y2 Y 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承可承受径向载荷 轴向载荷或两者的组合 由于滚道的锥形设计, 轴承承受径向载荷时, 会在轴承内部产生轴向反作用力, 而为避免该轴向反作用力导致轴承内外圈分离, 必需反方向施加相等或者较大的轴向载荷 根据外部施加轴向力的方向, 决定对径向载荷产生的轴向力进行相加或者减除 因而, 定位处轴承所承受的轴向力为另一轴承产生的轴向力加上外部轴向载荷 非定位处轴承则只承受自身径向载荷产生的轴向力 对于给定轴承, 径向载荷与轴向载荷的比值以及外圈滚道的包角决定了轴承的承载区 由该比值导致的承受力的滚动体的数目定义了承载区 如果所有滚动体都受力, 此时承载区被称为 360 度 当圆锥滚子轴承只承受径向载荷, 为方便计算, 在使用传统计算方法时, 假定此时有一半的滚动体承受载荷 承载区为 180 度 此种情况, 所引发的轴承轴向力为 : Fa(180) = 0.47 Fr K 基本动态径向额定载荷,C90, 被定义为在承载区为 180 度时轴承的径向载荷承载能力 当轴承承受的轴向载荷大于径向载荷所引发的轴向载荷 Fa(180) 时, 计算轴承寿命时必需使用所承受的轴向力为另一轴承产生的轴向力加上外部轴向载荷 表 7 和表 8 的公式提供了动态径向当量载荷的近似计算公式, 该公式是假定一个轴承承载区为 180 度, 而另一个轴承承载区为 180 度或者更大 42 TIMKEN 工程手册

45 轴承选择流程 轴承反作用力 单列安装单列安装时使用此表, 确定轴承是面对面安装还是背对背安装, 轴向载荷 Fae 是施加到轴承 A 还是轴承 B 上 一旦判断了所选的设计, 按照与其对应的条件, 选择适用的轴向载荷和动态径向当量载荷计算公式 表 7. 动态径向当量载荷公式, 单列圆锥滚子轴承安装 设计轴向载荷条件轴向载荷动态径向当量载荷 Bearing 轴承 Bearing A F ae ae F ra ra Bearing 轴承 Bearing B F rb rb 0.47 FrA KA 0.47 FrB + F ae KB F aa = FaB = 0.47 FrB + KB 0.47 FrB KB F ae PA = 0.4 FrA + KA FaA (1) P B = FrB Bearing 轴承 A Bearing 轴承 B F ae 0.47 FrA KA > 0.47 FrB + Fae KB F aa = F ab = 0.47 FrA KA 0.47 FrA - KA Fae PA = FrA PB = 0.4 FrB + KB FaB (1) F ra F rb 设计轴向载荷条件轴向载荷动态径向当量载荷 Bearing 轴承 Bearing A ra F ra Bearing 轴承 Bearing B ae F ae rb F rb 0.47 FrB KB 0.47 FrA + KA Fae F aa = 0.47 FrA KA F ab = 0.47 FrA + Fae KA PA = FrA PB = 0.4 FrB + KB FaB (1) Bearing Bearing 轴承 A ae ra F ae F ra Bearing Bearing 轴承 B rb F rb 0.47 FrB KB > 0.47 FrA + Fae KA 0.47 FrB F aa = - KB 0.47 FrB F ab = KB Fae PA = 0.4 FrA + KA FaA (1) P B = FrB (1) 如果 PA < FrA, 使用 PA = FrA 或如果 PB < FrB, 采用 PB = FrB TIMKEN 工程手册 43

46 轴承选择流程 轴承反作用力 双列安装, 固定或浮动 对于双列圆锥滚子轴承, 可使用下表 在该表中, 只有轴 承 A 承受轴向载荷 如果是轴承 B 承受轴向载荷, 公式中的 下标 A 应该替换为 B, 反之亦然 对于没有外加轴向载荷 (Fae) 的双列轴承相似系列, 动态径向当量载荷 Pr 等于 FrAB 或者 FrC 因为 FrAB 或者 FrC 是双列轴承的径向载荷, 所以可使用双列基本动态径向额定载荷 C90(2) 来计算轴承的寿命 表 8. 动态径向当量载荷公式, 双列圆锥滚子轴承结构 设计 轴承系列相同轴向载荷条件动态径向当量载荷 F rab F rab F rc F rc Bearing A Bearing 轴承 A Bearing B Bearing 轴承 B Bearing C Bearing 轴承 C Fae 0.6 FrAB K A PA = 0.5 FrAB KA Fae PB = 0.5 FrAB KA Fae Fixed Bearing Fixed 固定轴承 Bearing F ae F ae Floating Bearing Floating 浮动轴承 Bearing F rab F rc Bearing 轴承 A Bearing 轴承 B Bearing 轴承 C Fae > 0.6 FrAB K A PA = 0.4 FrAB + KA Fae PB = 0 F ae Fixed 固定轴承 Bearing 浮动轴承 Floating Bearing 设计 轴承系列不同轴向载荷条件动态径向当量载荷 F rab F F rc rab F F rc rab F rc Bearing A Bearing B Bearing C Bearing 轴承 A Bearing 轴承 B Bearing A Bearing 轴承 C Bearing B Bearing C Fae 0.6 FrAB KA PA = KA KA + KB (FrAB KB Fae) Fixed Bearing Fixed 固定轴承 Bearing Fixed Bearing F ae F ae F ae Floating Bearing Floating 浮动轴承 Bearing Floating Bearing PB = KB KA + KB (FrAB KA Fae) F rab F rab F rab F rc FF rc rc Bearing 轴承 A Bearing A Bearing 轴承 B Bearing A Bearing Bearing B B Bearing 轴承 C Bearing C Fae > 0.6 FrAB KA PA = 0.4 FrAB + KA Fae PB = 0 F ae F ae Fae Fixed 固定轴承 Bearing 浮动轴承 Floating Bearing Fixed Fixed Bearing Floating Bearing 注意 : FrAB 是施加到双列轴承组件上的径向载荷 当使用上述公式计算轴承寿命时, 使用的是单列基本动态径向额定载荷 C90 Bearing A Bearing A F rab F rab Bearing B Bearing B F rc F rc Bearing C Bearing C F ae F ae Fixed Bearing Fixed Bearing 44 TIMKEN 工程手册 F rab F rab Bearing A Bearing B Bearing A Bearing B Floating Bearing Floating Bearing F rc F rc Bearing C Bearing C

47 轴承选择流程 轴承反作用力 动态轴向当量载荷 (Pa) 对于止推球轴承 止推调心轴承和止推圆锥滚子轴承, 径向力的存在使得载荷的计算变得复杂, 必须要仔细考虑 如果径向载荷是零, 动态轴向当量载荷将等于外加的轴向载荷 如果在应用中预计有任何径向载荷, 关于轴承选型的建议请咨询您的铁姆肯公司工程师 止推角接触球轴承对于止推角接触球轴承, 其动态轴向当量载荷通过下列公式计算 : Pa = Xr F + YFa 最小轴向载荷与径向载荷之比 (Fa / Fr) X 系数与 Y 系数可在止推轴承产品目录中找到, 该产品目录在铁姆肯公司网站 内获得 止推调心滚子轴承 止推调心滚子轴承的动态轴向当量载荷通过下式计算 : Pa = 1.2Fr + Fa 止推调心轴承所能承受的径向载荷 (Fr) 与施加的轴向载荷相关, 需满足等式 Fr 0.55 Fa; 由于滚子倾角较大, 当径向载荷施加到轴承上时, 将产生一个轴向载荷 (Fai=1.2Fr), 产生的轴向力需要轴上的另外一个止推轴承或比 Fai 值大的轴向力支撑 对于所有轴承, 最大接触应力可用静态载荷当量和基本静态载荷进行近似计算 滚子轴承 : σ 0 = 4000 σ 0 = 580 球轴承 : P 1/2 P 1/3 0 σ 0 = MPa MPa ( C 0 ) ( C 0 ) P 1/2 P 1/3 0 σ 0 = ksi ksi C 0 C 0 ( ) ( ) 调心滚子 深沟球以及角接触球轴承可使用表 9 所列的载荷系数 X0 Y0 代入下面公式计算静态径向当量载荷 P0r = X0 Fr + Y0 Fa 止推球轴承与深沟球轴承相同, 止推球轴承使用同样公式计算静态当量载荷 P0a = X0 Fr + Y0 Fa 的止推轴承目录列出了 X0 与 Y0 系数, 同时列出了确保轴承正常运转所需要的最小轴向载荷与径向载荷比值 静态径向与轴向当量载荷 为了比较非旋转轴承承受的载荷与基本静态承载能力, 需要定义静态当量载荷 该载荷可被定义为一个纯径向力或轴向力, 它在受载最大的滚动体中部产生的接触应力与实际复合外力所造成的应力相同 静态径向或轴向当量载荷的选择取决于选用的轴承 对于设计用来承受纯径向或纯轴向的轴承, 此时施加的载荷等同于静态当量载荷 止推调心滚子轴承以下等式用于止推调心滚子轴承 : P0a = Fa Fr 为确保正常运转, 止推调心滚子轴承需要最小轴向载荷 P0a 不应大于 0.5C0a. 如超出以上要求, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 表 9. 静态压力下径向轴承的 XO 与 YO 值 轴承类型 接触角 (a) 单列 双列 X0 Y0 X0 Y0 深沟球轴承 角接触球轴承 调心滚子轴承 cota cota TIMKEN 工程手册 45

48 轴承选择流程 轴承反作用力 圆锥滚子轴承 对于单列圆锥滚子轴承, 计算其静态当量载荷需首先确 定轴向载荷 (Fa), 然后根据其轴向载荷条件使用下面的等式进 行计算 轴承数据表没有包括双列轴承的基本静态载荷 双列轴承的基本静态载荷可由下式近似得出 : C0(2) = 2C0 表 10. 静态当量载荷公式, 单列圆锥滚子轴承 设计轴向载荷条件轴向载荷静态径向当量载荷 Bearing 轴承 A F ae Bearing 轴承 B 0.47 FrA KA 0.47 FrB KB + Fae FaA = 0.47 FrB + KB 0.47 FrB FaB = KB Fae P0B = FrB 当 FaA < 0.6 FrA / KA P0A = 1.6 FrA KA FaA 当 FaA > 0.6 FrA / KA F ra F rb P0A = 0.5 FrA KA FaA Bearing 轴承 A F ra Bearing 轴承 B F ae F rb 0.47 FrA KA > 0.47 FrB KB + Fae FaA = FaB = 0.47 FrA KA 0.47 FrA - KA Fae 当 FaB > 0.6 FrB / KB P0B = 0.5 FrB KB FaB 当 FaB < 0.6 FrB / KB P0B = 1.6 FrB KB FaB 设计 ( 外部轴向载荷 Fae 施加到轴承 A 上 ) P0A = FrA 将静态当量载荷 P0 值与静态额定载荷 (C0) 进行比较, 即使 P0 值小于径向载荷 Fr 最小轴承负荷 如果载荷太小, 且润滑不良, 轴承容易打滑, 会造成轴承损伤 径向圆柱滚子轴承和调心滚子轴承的最小载荷为 Pr = 0.04 C 止推调心滚子轴承的离心力趋向于将滚子向外推 轴承的几何形状会将该推力转变成一个轴向力, 该轴向力需要被一个轴向载荷克服 产生的轴向力 (Fac) 通过如下公式计算 : Fac = 4.4kn 2 x 10-5 (N) 止推调心滚子轴承所需的最小轴向载荷 (Fa min) 可由如下公式计算 : Fa min = 1.2 Fr + Fac C0a 1000 除满足上面公式计算出的最小值外, 正常工作所需的最小轴向载荷 (Fa min) 应大于或等于静态轴向载额定载荷 (C0a) 的 0.1% (N) 46 TIMKEN 工程手册

49 轴承选择流程 轴承额定载荷 轴承额定载荷 轴承有两种基本额定载荷, 分别为动态与静态额定载荷 动态额定载荷用于估计轴承的寿命 静态额定载荷用于确定在非旋转轴承上可施加的最大允许载荷 动态额定载荷 铁姆肯公司所公布的轴承动态额定载荷基本上是以一百万转数的寿命为基准的 额定载荷, 用 C 来表示, 表示在该径向载荷作用下, 一定数量的轴承的 L10 寿命为一百万转 对于铁姆肯公司圆锥滚子轴承, 其动态额定载荷是基于寿命为九千万转而得到的, 标识为 C90 在某一径向载荷下, 一定数量的轴承 L10 寿命可达到九千万转时, 则定义此载荷为动态额定载荷, 同时对于圆锥滚子轴承, 铁姆肯公司也公布了轴向动态额定载荷, 标识为 Ca90 同样其定义为在 Ca90 轴向载荷下, 一定数量的轴承 L10 寿命可达到九千万转 轴承动态额定载荷与轴承内部几何形状有函数关系, 内部几何形状包括滚道角度 滚动体的有效长度 ( 滚动体与滚道接触区域的长度 ) 与滚动体的数量和大小, 另外动态额定载荷还与材料纯净度相关 静态额定载荷 Timken 轴承的基本静态径向额定载荷和轴向额定载荷是以非运转轴承的最大接触应力为基准的, 在承载最大的滚子的接触中心, 最大接触应力对于滚子轴承为 4000MPa, 对于球轴承为 4200 MPa 4000 MPa 或 4200 MPa 的应力水平可以在轴承滚道上引起看得见的轻微压痕标记 当轴承继续在较低的应用载荷下运转时, 该标记程度在疲劳寿命上不会有重大影响 如果声音 振动或扭矩要求高, 或出现冲击载荷, 应选用较低的载荷极限 对于静态载荷的轴承选型的更多信息, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 TIMKEN 工程手册 47

50 轴承选择流程 轴承额定载荷 轴承寿命 在进行轴承选型时, 有着许多不同的性能标准要遵循 包括疲劳寿命 旋转精度 功率要求, 温度限制 速度能力以及噪声等 本部分主要讨论与材料疲劳相关的轴承疲劳寿命 轴承疲劳寿命定义为开始出现 6 2 ( ) 大小的剥落时的时间或者转数 由于疲劳具有统计分布特性, 所以单个轴承的寿命是无法精确预测的 即使相同的轴承在相同条件下进行实验, 其得到的寿命也可能相差较大 因此, 寿命预测需要基于大量的轴承在相似的条件下实验, 对得到的寿命进行数据统计 Weibull 分布函数作为一个普遍接受的标准, 可以对大批量轴承在给定可靠度水平下进行寿命预测 额定寿命 额定寿命 (L10) 是指在一块疲劳剥落出现前,90% 的一组同样的轴承将达到或超过的寿命 对于在特定载荷下的单个轴承,L10 寿命也与 90% 的可靠性相关联 轴承寿命计算公式 通常, 在动态径向当量载荷 (Pr) 已经确定时, 对在径向或复合载荷下的轴承 L10 寿命计算公式如下, 此时动态额定载荷是基于一百万转寿命计算方法 : C e L10 = (1x10 6 ) 转数 ( Pr ) 或 对止推轴承而言, 上述公式应转换如下 : 或 L10 = C ( Pr ) ( 60n ) e 1x10 6 小时 Ca e L10 = (1x10 6 ) ( Pa) 转数 Ca e 1x10 L10 = ( 6 Pa ) ( ) 60n 小时 相对于一百万转寿命计算方法, 圆锥滚子轴承的动态额 定载荷是基于九千万转寿命计算方法, 寿命计算公式如下 : 或 与 或 L10 = ( Pr) 径向轴承用的基于一百万的转数的动态额定载荷的公式 是最普通的形式, 其将贯穿本节的其余部分 前面提到的动 态当量载荷等式和接下来将提到的寿命调整系数适用于所有 形式的寿命等式 随着对基准条件和轴承在机器中运行的实际环境之间关系的关注不断提高, 传统的寿命计算公式已经扩展来包括影响轴承性能的某些额外的变量 在轴承分析和选型过程中考虑寿命调整系数的方法称为轴承系统分析 (BSA) ABMA 轴承调整寿命的公式是 : Lna = a 1 a 2 a 3 L10 C90 10/3 (90x10 6 ) 转数 C90 L10 = 10/3 90x10 6 小时 ( ) ( Pr 60n ) Ca90 L10 = ( Pa ) 10/3 (90x10 6 ) 转数 Ca90 L10 = 10/3 90x10 6 小时 ( Pa ) 60n 铁姆肯公司轴承调整寿命的公式是 : ( ) Lna = a 1 a 2 a 3d a 3k a 3l a 3m a 3p C e (1x10 6 ) 转数 Pr 式中 : 球轴承 e = 3 圆锥 圆柱以及调心滚子轴承 e= 10 /3 球轴承 e = 3 圆锥 圆柱以及调心滚子轴承 e= 10 /3 48 TIMKEN 工程手册

51 轴承选择流程 轴承额定载荷 可靠性寿命系数 (a1) 对于在相同条件下运转的一组相同轴承, 轴承寿命中的可靠性是指预期达到或超过既定寿命的一组轴承的百分比 单个轴承的可靠性是指该轴承会达到或超过既定寿命的概率 可靠性寿命调整系数 : ( R ) a1 = 4.26 ln 100 2/ ln = 自然对数, 底数为 e 通过将 L10 寿命乘以 a1 系数, 可计算得到基于可靠性的寿 命 如果以 90(90% 可靠性 ) 代上面公式中的 R 值,a1=1, 如 果 R=99(99% 可靠性 ),a1=0.25 下表列举了平时常用可靠 性值的可靠性系数 表 11. 可靠性调整系数 R( 百分比 ) Ln a1 90 L L L L L L L L 接触应力小于 2400MPa(350ksi) 与润滑充分 请注意如果轴承运行系统存在润滑不良时, 材料的改善并不能改善轴承的性能 对于材料系数的适用性, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 异物寿命系数 (a3d) 润滑系统里的异物在接触表面上造成的压痕, 会导致应力提高, 进而降低轴承的寿命 在润滑系统内的异物通过在接触表面产生凹痕降低滚动轴承的寿命, 导致应力提高 铁姆肯公司额定载荷等式是在 40μm 过滤油 ( 其测量值接近于 15/12 ISO 洁净水平 ) 润滑的基础上得到的测试数据 15 /12 ISO 洁净水平是在普通工业机械标准的清洁等级 当在系统内呈现更多或更少异物时, 可以根据测量得的或预期的 ISO 润滑剂清洁水平调整疲劳寿命预测来更精确地反映轴承性能 可以采用异物特征分析 (Debris Signature Analysis TM ) 来精确预测异物环境下的轴承寿命 执行异物特征分析是确定在您的系统中出现的实际异物在轴承性能上的影响的一个过程 所使用的典型方法是对运行在给定应用中的实际轴承上的凹痕 / 擦伤表面进行测量 因为不同类型的异物引起不同水平的性能降低, 所以该分析方法是有效的 软 韧性的的颗粒相比硬 脆的颗粒造成不同的性能降低 硬 韧性的颗粒通常对轴承寿命影响最大, 脆性的颗粒会破碎, 因而不会对轴承性能造成与硬 韧性的颗粒一样的影响, 关于异物特性分析的更多信息或抗异物轴承对于您的应用的适用性, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 请注意可靠性调整系数基于一个假设, 假定存在一个最短寿命, 在此最短寿命下的轴承损伤的概率是微乎其微的 ( 例如, 轴承损伤概率为零时轴承有一个较短的寿命 ) 大量的轴承疲劳寿命试验显示, 最短寿命下轴承损伤的概率可忽略不计, 且得到的最短寿命比使用可靠性调整系数计算预测得到的寿命长 在较高可靠性水平下对轴承寿命进行精确的预测, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 材料寿命系数 (a2) 轴承材料寿命调整系数 a2, 对于由优质轴承钢制造的标准 Timken 轴承为 1.0 那些比标准钢非金属杂质少的优质钢材制造的轴承能够得到更长的寿命 ( 例如 DuraSpexx 轴承 ) 材料寿命系数的适用要求疲劳寿命仅是由于非金属夹杂引起的, 且 图 68. 异物压痕的轴承滚道表面特征图 TIMKEN 工程手册 49

52 轴承选择流程 轴承额定载荷 承载区寿命系数 (a3k) 轴承的疲劳寿命是在滚子和滚道间的应力以及轴承表面在每次旋转经历的应力循环数的函数 该应力大小取决于施加载荷 轴承内部几何结构以及承受载荷的滚动体数量 应力循环数是承受载荷的滚动体数量的函数, 取决于每列滚动体的数量 轴承内部几何结构 施加载荷与轴承游隙 承载区是由承受载荷的滚动体决定的圆弧 ( 角度 ) 基于轴承类型的不同, 承载区取决于轴承的轴向游隙或径向游隙 除预紧游隙外, 轴承内部游隙越小, 承载区越大, 进而轴承的寿命越长 在近似评估承载区对调整寿命 L10a 的影响时, 用动态当量载荷 (Pr) 代替外加载荷 (Fr) 如需对该影响进行精确评估 ( 包括内部游隙或配合的影响 ), 请咨询您的铁姆肯公司工程师 润滑寿命系数 (a3l) 润滑油膜将减少或避免轴承表面之间粗糙面 ( 金属 - 金属 ) 的接触, 进而影响轴承的性能 铁姆肯公司技术中心进行了全面的测试, 定量分析润滑相关参数对轴承寿命的影响 滚动体和滚道的表面粗糙度与润滑油膜厚度的关系, 对于改善轴承性能有着显著的影响 同时诸如轴承几何结构 材料 载荷与承载区对轴承的性能也发挥着重要的作用 为更精确地预测润滑对轴承寿命 (L10a) 的影响, 下面公式提供了一种计算润滑系数的方法 : a 3l = C g C l C j C s C v C gr 对于所有轴承,a3I 最大值是 2.88; 对于表面渗碳轴承,a3I 最小值是 0.200; 对于全淬透轴承,a3I 最小值是 因为铁姆肯公司在耐久试验中采用 40μm 过滤器对润滑剂进行过滤, 提供一个大多数工业应用的理想的润滑清洁水平, 故在润滑系数中没有将润滑污染系数包含在内 几何形状系数 (Cg) 图 69. 轴承承载区和滚动体滚道的接触载荷 在铁姆肯公司网站 上的轴承产品目录中, 大多数轴承号都给出了几何形状系数 (Cg) 对于非圆锥滚子轴承, 基于轴承的本身设计, 几何形状系数也包括材料的影响以及承载区这些方面的考虑 然而, 应注意, 承载区的主要影响是在滚子载荷分布上和在轴承内的接触应力上, 这些在润滑系数内没有量化 详细信息请参阅上节承载区系数 (a3k) 几何形状系数 (Cg) 不适用于我们的 DuraSpexx 产品 关于我们 DuraSpexx 产品的更多信息, 请咨询您的铁姆肯公司工程师 50 TIMKEN 工程手册

53 轴承选择流程 轴承额定载荷 载荷系数 (CI) 从图 70 中可以查得 CI 系数 注意对于不同类型的轴承, 其系数不同 Pr 是施加在轴承上的当量载荷, 单位牛顿, 在动态当量载荷章节中涉及到 Ball 球轴承 Bearings Roller 滚子轴承 Bearings Cl Pr Pr (Newtons) (N) 图 70. 载荷系数 (Cl ) 与动态当量载荷 (Pr) 1 承载区系数 (Cj) 0.9 非圆锥滚子轴承的承载区系数是 1 圆锥滚子轴承承载区 系数可从图 71 查得 Cj Fr Fa K 图 71. 圆锥滚子轴承的承载区系数 (Cj) TIMKEN 工程手册 51

54 轴承选择流程 轴承额定载荷 速度系数 (Cs) 可以从图 72 中查得 Cs, 其中每分钟转数 (RPM) 是内圈相对于外圈的旋转速度 Ball 球轴承 Bearings Roller 滚子轴承 Bearings C 10 图 72. 速度系数 (Cs) 与旋转速度 Rotational 转速 Speed (RPM)(RPM) 粘度系数 (Cv) 润滑剂的运动粘度 ( 厘斯 [cst]) 指轴承运行温度下的粘度, 可以从图 73 估得 进而通过图 73 和 74 查得粘度系数 (Cv) 图 73. 温度与运动粘度 运动粘度 (cst) ISO VG 温度 ( C) 1000 Ball 球轴承 Bearings Roller 滚子轴承 Bearings 100 C v 10 图 74. 粘度系数 CV 与运动粘度 Kinematic 运动粘度 Viscosity (cst)(cst) 52 TIMKEN 工程手册

55 轴承选择流程 轴承额定载荷 脂润滑系数 (Cgr) 随着时间的推移, 油脂质量降低将导致油膜厚度变薄, 因此, 需考虑油脂质量降低对轴承寿命造成的影响, 通过脂润滑系数 (Cgr) 进行寿命预测调整 Cgr = 0.79 低载荷寿命系数 (a3p) 当轴承表面接触应力较低, 且润滑膜厚度足够可以完全将接触表面的微观组织分开时, 轴承寿命试验显示此时轴承的疲劳寿命相当高 通过计算机程序分析实验得到的数据, 铁姆肯公司的工程师引入了低载荷寿命系数来预测在低载荷下运行的轴承的调整寿命 通过图 75 可以看出, 低载荷寿命系数 (a3p) 是润滑寿命系数 (a3l) 与轴承额定载荷与动态当量载荷比值的函数 C/Pr =13.48 C/Pr =9.63 C/Pr =7.7 C/Pr =6.74 C/Pr =5.78 C/Pr =5.12 C/Pr =4.81 C/Pr =4.24 C/Pr =3.85 C/Pr =3.5 C/Pr = 图 75. 低载荷寿命系数 TIMKEN 工程手册 53

56 轴承选择流程 轴承额定载荷 偏心寿命系数 (a3m) 对轴承性能来说, 轴相对于轴承座的同心至关重要 当轴承在中等载荷到重载荷下偏心增加时, 在滚道和滚动体接触区域边缘处会产生较高的接触应力 如图 76 所示, 滚道或滚动体的特殊修型在大多数情况下能降低偏心的影响 该图显示了在偏心情况下的圆锥滚子轴承滚动体与内圈滚道直接的接触应力, 其中一个有特殊修型, 另外一个没有特殊修型 特殊修型明显地降低了边界应力, 进而提高了轴承性能 偏心寿命系数考虑了修型对于轴承寿命的影响 对于圆锥滚子轴承, 确定滚子轴承的额定载荷的基础条件为 弧度的偏心 超过以上偏心值时, 轴承寿命会降低可通过偏心寿命系数得到此时的调整寿命 对于圆柱滚子轴承, 偏心系数也可以用来衡量轴向载荷对于轴承寿命的影响 轴承受到的轴向载荷会在滚子中心形成力矩, 导致滚子与滚道的接触应力偏向滚子端部, 与轴承偏心相似 对于带有修型滚动体的圆柱滚子轴承, 下表列出了建议的最大偏心值 应力 (ksi) 应力 (ksi) 偏心情况下的内圈滚道接触应力 A. 滚道长度无特殊修型 载荷相对于额定载荷的百分比 表 12. 建议的圆柱滚子轴承的最大偏心值 毫弧度 最大偏心量 度数 < >35 请与您的铁肯姆公司工程师确认 由于调心滚子轴承本身具有自调心能力, 其偏心系数为 1.0 如表 13 所示, 根据轴承系列的不同, 调心滚子轴承可允许的偏心在 0.5 和 1.25 度之间 如超出允许的偏心值, 其寿命将降低 使用精确的计算机程序, 可预测在不同偏心程度 不同径向载荷和轴向载荷情况下的所有铁姆肯公司轴承的性能 运用这些程序, 铁姆肯公司工程师可设计出特殊的轴承 - 特殊的修型以适应不同的径向载荷与轴向载荷以及不同的偏心, 满足您的应用要求 更多信息请咨询您的铁姆肯公司工程师 0 B. 滚道长度有特殊修型图 76. 偏心存在情况下圆锥滚子轴承接触应力表 13. 建议的调心滚子轴承最大偏心值轴承系列最大偏心值 238 ± , 230, 231, 239, 249 ± , 240 ±1 232, 241 ± TIMKEN 工程手册

57 轴承选择流程 系统寿命及加权平均载荷和寿命 系统寿命及加权平均载荷和寿命 系统寿命 系统可靠性是指系统中所有轴承的寿命可达到或者超过一定值的概率 系统可靠性也是系统中单个轴承可靠性的乘积 R( 系统 ) = RA RB RC. Rn 在应用中, 系统寿命与系统中每一个轴承寿命的关系如下 : L10( 系统 ) = [(1/L10A) 3/2 + (1/L10B) 3/2 +.(1/L10n) 3/2 ] -2/3 加权平均寿命和载荷公式 在众多应用中, 轴承将在不同的载荷下工作, 轴承选型经常是基于最大载荷和最高速度作出的 然而, 在这些条件下, 通过详细研究载荷谱得到加权平均载荷, 可得到更加有意义的分析 基于加权平均载荷进行的轴承选型将考虑速度 载荷的变化, 以及不同速度载荷所占时间的百分比 尽管这样, 仍然有必要考虑极端加载情况, 以评估轴承的接触应力和偏心 加权平均载荷 不同速度 载荷以及时间百分比 : Fwt = [(n1 t1 F1 10/3 +.nn tn Fn 10/3 ) / na] 0.3 匀速增加的载荷和恒定速度 : Fwt = [(3/13) (Fmax 13/3 - Fmin 13/3 ) / (Fmax - Fmin)] 0.3 在轴承寿命公式中使用加权平均载荷时, 并没有考虑不同速度对润滑寿命系数 (a3l) 的影响 对于速度不恒定的载荷谱, 建议计算每个条件的寿命, 然后通过加权寿命公式计算公式计算加权寿命 加权平均寿命 Lnwt = 1/{ [t1 / (Ln)1]+ [t2 / (Ln)2]+ [tn / (Ln)n]} TIMKEN 工程手册 55

58 轴承公差, 公制和英制公差 轴承公差, 公制和英制公差 球轴承和滚动轴承都按照一系列标准进行制造, 每一个都有定义公差以及尺寸 ( 诸如轴承内径 外径 宽度以及跳动 ) 的不同精度等级要求 此外, 轴承可根据公制和英制进行制造, 两种体系下轴承的外形尺寸公差也不同 由于历史原因, 两种体系的最大不同是英制轴承制造时内径外径公差为正公差, 公制轴承制造时内径外径公差为负公差 对于球轴承 圆锥滚子 圆柱滚子 以及调心滚子轴承, 下表列出了不同的标准与精度等级 在本手册中, 球轴承 圆柱滚子 调心滚子轴承适用 ISO 标准, 圆锥滚子轴承适用铁姆肯公司标准 接下来的表格列举了球轴承与滚子轴承的外形尺寸公差 这些尺寸公差, 结合后面章节中涉及的轴承安装以及配合可一起用于普通工业应用的轴承选型 表 14. 轴承规格及等级 系统 规格 轴承类型 标准轴承精度等级 精密轴承精度等级 公制 Timken 圆锥滚子轴承 K N C B A AA ISO/DIN 所有轴承类型 P0 P6 P5 P4 P2 - ABMA 圆柱, 调心滚子轴承 RBEC 1 RBEC 3 RBEC 5 RBEC 7 RBEC 9 - 球轴承 ABEC 1 ABEC 3 ABEC 5 ABEC 7 ABEC 9 - 圆锥滚子轴承 K N C B A - 英制 Timken 圆锥滚子轴承 ABMA 圆锥滚子轴承 TIMKEN 工程手册