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SKF关于滚动轴承的转速

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  滚动轴承能达到的转速是有限制的。通常轴承的转速会受润滑剂和轴承零件材料能达到的工作温度限值的限制。轴承在达到极限工作温度时的转速,取决于轴承产生的热量,任何外热以及可以从轴承带走的热量。

  轴承产生的热量取决于轴承的类型、尺寸、内部设计、载荷、润滑以及对中情况。同时还受到其它因素的影响,包括保持架设计、精度和内部游隙等。

  SKF的产品目录中列出了两种转速,参考转速(与热量有关)和极限转速(与机械结构有关)。

  一般情况下,轴承的极限转速高于参考转速。然而,对于某些轴承系列,由于摩擦特性好于轴承的机械能力而允许保持高转速,因此,参考转速可能高于极限转速。但是在任何情况下,必须始终考虑轴承的极限转速,即使是轴承在最有利的工作条件下运行。

  1、极限转速

  轴承的极限转速(与机械结构有关)取决于某些特定的条件,包括保持架结构的稳定性或强度、保持架引导面的润滑条件、作用在滚动体上的离心力和回转力、轴承座精度和其它对转速造成限制的因素,例如密封轴承的密封件和润滑剂等。

  经验表明,即使是轴承在最有利的载荷和摩擦条件下运行,也会由于技术原因或由于在一定时间内保持稳定的工作条件所需的成本太高,而不应超过最大转速。

  产品列表中所列的极限转速适用于基本的轴承设计。在极限转速高于参考转速的情况下,工作温度可能明显高于参考值。在这些条件下,可能需要进行适当的测量(保持架、密封、预紧及润滑剂是否可以承受高温)。如果这些测量还不足够,则需要验证轴承内部游隙以及轴承座与轴颈的精度,并进行适当调整以满足更苛刻的工作条件。

  此外还必须考虑轴承系统中的材料是否满足轴承工作温度和所需使用寿命的要求。当稳定工作温度高于轴承材料稳定级数建议的最高温度(例如,对于SN级数,建议的高温度为120℃)时,可能需要具有更高稳定级数的轴承以维持安装应力和轴承内部游隙。

  对于润滑脂,还应考虑其它因素,如在工作温度下保持架引导面的润滑条件和润滑脂的稠度。

  部分开式球轴承的摩擦非常低,在产品表中所列的参考转速可能会高于极限转速。因此需要计算调整后的参考转速并与极限转速进行比较,然后取两者之间的较低值。在某些特殊情况下,例如对于一些圆柱滚子轴承,如果选择其它保持架,则可使轴承在高于表中所列的标准极限转速的情况下运行。

  若需要轴承在高于产品列表中的极限转速下运行,必须要改进一些对转速造成限制的因素。如要对轴承、润滑系统或应用进行修改。所做的修改可能包括提高轴承旋转精度;更改保持架材料和结构、润滑条件和散热方式等。

  在某些应用中,其它因素比极限转速更为重要。如:

  ◆低转速。在转速非常低的情况下,滚动体和滚道之间的接触面很难形成弹性液动润滑膜。在这些应用中,应考虑使用包含极压(EP)添加剂的润滑剂或者固态油。

  ◆往复摆动。在这种运动方式中,轴承转动的方向在旋转一圈之前已经改变。因为轴承在逆向转动的一瞬间,转速为零,所以不可能维持一个完整的液动润滑膜。在这些情况下,为了得到能够承受负荷的边界润滑膜,应使用含有效极压(EP)添加剂的润滑剂。混合陶瓷轴承能够在润滑不足的情况下运转良好,因此存在着快速加速、减速和载荷逆转(方向变化)的应用中,具备良好的性能。通常在往复摆动的工况下,没法给出一个具体的额定转速或现代的转速。因为能达到的最高转速不是取决于热平衡,而是取决于作用在轴承的惯性力。在每次逆向转动时,滚动体可能会因惯性而滑动一段距离,导致与滚道之间的磨损。允许的加速度和减速度取决于滚动体和保持架的质量、润滑剂的类型和使用量、工作游隙和轴承载荷。

  2、参考转速

  SKF产品列表中的参考转速是代表一个参考值,用于确定在给定的负荷及润滑剂粘度下轴承的允许工作转速。参考转速(与热量有关)是根据ISO 15312中建立的热流密度的标准参考值,对轴承的转速性能进行快速评估。ISO标准提供了参考工作条件以及在这些参考条件下热流的标准值。图表中所示的标准参考热流密度位于轴承应用的范围值之内,如阴影部分所示。

 

 

 

  某一个轴承的参考转速是指在特定工作条件下的转速,即轴承因摩擦而产生的热量,以及从轴承通过轴、轴承座和润滑剂带走的热量,两着之间达到平衡。要评估特定应用中的实际温升和热流,需要对轴承周围的冷却条件进行详细分析。参考转速的数值是基于ISO 15312标准。为油润滑制定的ISO标准也适用于脂润滑。ISO标准不包括外圈转动的情况。因此,在外圈转动的应用中,可能需要降低额定参考转速。对于带接触式密封的轴承,转速并非是由滚动体/滚道接触面摩擦产生的热量决定的。因此,这些轴承不包括在ISO参考转速标准之内,并且产品表中是仅列出极限转速。

  ISO参考转速是基于开式轴承及以下工作条件:

  ◆轻载荷

  -对于径向轴承,径向载荷P=0.05Co

  -对于推力轴承,轴向载荷P=0.02Co

  ◆在20℃的环境温度下,轴承的温升为50℃,即在不转动的外圈或座圈(推力轴承)测量的轴承温度为70℃。

  ◆普通组游隙的开式轴承

  ◆对于油润滑轴承

  润滑剂:矿物油,没有极压(EP)添加剂,70℃时的运动粘度为:

  ν=12mm2/s(ISO VG 32)径向轴承

  ν=24mm2/s(ISO VG 68)推力滚子轴承

  润滑方法:油浴润滑,油位在最低位置的滚动体的中心

  ◆对于脂润滑轴承

  润滑剂:锂皂矿物油润滑脂,基油的粘度为40℃时,100-200mm2/s(例如ISO VG 150)

  润滑脂填充量:约为轴承内自由空间的30%。

  当负荷和粘度高于参考转速的特定工作条件时,轴承内的摩擦会增加。除非允许轴承有更高的工作温度,否则将不能达到产品列表中的参考转速。反过来说,在粘度较低的情况下,有可能达到较高的转速。如果把轴承的转速提高到参考转速以上工作,但没有采取任何预防措施,轴承的温度可能会急剧上升。轴承温度上升会降低润滑剂的粘度,使有效的油膜更难于形成,因而导致摩擦增加,轴承的温度会进一步升高。如果由于轴承内圈同时升高而导致轴承工作游隙的减小,最终会把轴承卡住。任何高于参考转速的情况,通常表示内、外圈之间有较大的温差,因此一般需要使用较大游隙组别的产品如C3,并密切观察轴承温度的分布。

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佰联轴承网轴承工程师

2019.07.01