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NSK圆锥滚子轴承低摩擦技术演进

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圆锥滚子轴承的摩擦

  圆锥滚子轴承的摩擦阻力理论中,Aihara把圆锥滚子轴承的摩擦分类为:1)外圈滚道面与滚子滚动面的滚动摩擦TR;2)滚子端面与内圈挡边的滑动摩擦TS;3)滚子与保持架的滑动摩擦(非常低);润滑油搅拌阻力。其中,TR和TS是圆锥滚子轴承的主要摩擦,也是实现低摩擦的主要控制项。对进一步减摩则要聚焦润滑油搅拌阻力。



圆锥滚子轴承的摩擦分类



NSK的六代圆锥滚子轴承低摩擦技术演进

第一代圆锥滚子轴承

  通过优化滚子端面与挡边的接触位置、改进滚子端面与内圈大挡边的表面粗糙度来减小TS,与常规标准轴承相比,整个运行过程减摩20%。


滚子端面与挡边的接触位置


常规标准轴承和低摩擦轴承的摩擦力矩对比

第二代圆锥滚子轴承

  通过优化轴承内部结构参数来减小TR。当以低摩擦为重点设计轴承结构参数(如:接触角、滚子数、滚子长度、滚子直径等)时,轴承其他要求的性能(如寿命和刚度)会降低。因此,圆锥滚子轴承通常成对使用,通过优化2套轴承尺寸以及平衡轴承结构参数,在确保轴承寿命和刚度的前提下可达到减摩的目的。


轴承结构


第1代和第2代成对轴承的摩擦力矩对比

第三代圆锥滚子轴承

  通过应用新开发的长寿命材料和热处理技术(TF系列)减小轴承尺寸,使其比第2代轴承进一步减摩。

第四代圆锥滚子轴承

  优化凸形,抑制边缘载荷的发生(局部表面接触应力增加)。第4代圆锥滚子轴承相比第3代,无论是正常载荷还是重载,寿命均提高;刚度提高;轴承减重约20%,减摩30%。

 


第3代和第4代轴承滚子与滚道的接触应力和凸形的对比


摩擦力矩对比

第五代圆锥滚子轴承

  聚焦润滑油搅拌阻力。采用塑料保持架,控制流入轴承的滑油量,根据油流分析结果确定塑料保持架形状。

  通过缩小保持架与内圈小挡边的间距来减少小端润滑油流入面积;采用保持架填充轴承内部空间。在确保充足润滑的条件下,可减摩20%。


带塑料保持架的圆锥滚子轴承横截面


 

第4代和第5代轴承摩擦力矩测试对比

第六代圆锥滚子轴承

  一般应用在变速箱高转矩输出端(中间轴和差速轴)。低速旋转时TS显著影响总摩擦力矩,仍以进一步减小TS为目标,进一步改进滚子端面与内圈大挡边之间的表面接触条件。低速时最多减摩60%且在整个转速范围内最多减摩20%。


第5代和第6代轴承的摩擦力矩测试结果对比

来源:《Motion&Control》