滚子轴承打滑导致轴承蹭伤是一种常见的损坏形式,那你知道什么是滚子轴承打滑吗?为什么会造成滚子轴承打滑呢?采取怎么的措施能够预防滚子轴承打滑?这一些列问题,中华轴承网(简称:华轴网)根据对轴承知识的了解,来分享相关内容。
什么是滚子轴承打滑?
当轴承在工作时,滚子应在内、外环滚道上做纯滚动的运动。如果要求驱动滚子保持架有足够的拖动力,就可以克服其阻力,当滚子拖动力不足以克服阻力时,这时,除了滚动之外,还会伴随着一些滑动,而这种相对于内环(或者外环)出现的运转速度差,就为打滑。
造成滚子轴承打滑蹭伤的因素是什么?
滚子轴承打滑是蹭伤轴承的必要条件,但是出现打滑未必一定会引起表面蹭伤。
造成滚子轴承打滑蹭伤的一些因素有,如轴的振动和交变载荷,产生一种可以撕破润滑油膜的力而导致工作面(滚子及内环滚道工作面较常见)的部分区域上出现蹭伤,如图1所示。
图1 轴承打滑蹭伤图
轴承蹭伤与疲劳剥落相比 , 蹭伤的深度较浅 , 呈带状;而与正常工作面相比 , 则它又比较 粗糙 , 凹 凸不平 , 图2是通过高倍电子显微镜拍下的照片, 轴承打滑蹭伤区是一片大面积的小麻坑 , 且蹭伤区边缘还拖着许多细小的“ 流线 ”。 轴承蹭伤中心区麻坑深度约30~40微米(如图3所示) 。在电子显微镜下仔细观察,可以看出各个小麻坑都是表面上小金属掉块形成的。
图2 打滑蹭伤区的电子显微镜照片
图3 轴承内环滚道蹭伤痕迹的Talysurf描迹
因此可以想象,打滑蹭伤是在润滑油膜被破坏后,由于金属凹凸不平的粗糙表面的相互作用,最终引起材料转移的结果。有的材料被“沾去”,形成麻坑;而沾得较多的部位则突出原始表面之上。另外,工作面上有的部位被蹭伤,有的部位没蹭伤,这是与交变负荷及袖膜被破坏的程度有密切关系。严重时,由于滚子与内环间产生过大的摩擦热量,使内环膨胀,减小了径向游隙,以致使轴承卡死。
采取怎么的措施能够预防滚子轴承打滑?也就是防滑措施
1、减少滚子数和减小滚子直径
滚子是由旋转环所跑动,在强度允许的情况下,减少它的重量,达到减少惯性阻力的目的。对防止和减少滑动就变得十分重要。采用这一措施较简单,仅需臧少它的数量和直径就能达到。在航空涡轮发动机中,由于外载荷不大的特点,因此,接触疲劳已不是滚子的主要破坏因素。按常规标准的轴承尺寸余度还是大的,一般认为滚子数量减少50%,而直径缩小25%以后,依然不影响它的接触疲劳寿命。不少发动机已采用这一措施,例如,斯贝发动机主轴承就是这种类型,不仅滚子明显稀疏,而且尺寸小巧。
2、选择合理结构和减轻保持架重量
保持架除了在强度允许的情况下,尽量减少它的重量之外,还应考虑它的本身特性,例如,应当避免其共振、高速旋转阻力等。
保持架引导方式在高速轴承中也是十分重要的因素。如果保持架的不平衡量控制妥当的话,保持架由外引导改为内引导,对于减少打滑也是十分有利的。因为外引导,保持架和轴承的引导面之间的相对运动,滑油膜形成一一个粘性阻力,而内引导却相反,保持架和引导面之间的滑油膜粘性力则变为拖动力。这样,粘性阻力变成拖动着保持架旋转的力。两者之差也是不可忽视的。
3、环下供油
采用环下供油的优点是带走了轴承的发热,同时使搅拌引起的额外损失最小。又如把外环带挡边改为内环带挡边,无疑也是可以减少搅拌的阻力,如图4所示。
图4高速滚子轴承下的环下供油
4、采用空心滚子预负荷轴承
空心滚子预负荷轴承如图5所示。它能对所有滚子施加预负荷,使所有区域皆无滑动。由于涡轮发动机转子轴承工作转速和温度范围较广,故选择合适的预负荷应当谨慎。即使在很低的外加负荷下,过大的预负荷仍然会使滚子过早破坏。常见的破坏形式是弯曲疲劳。典型的空心滚子,外径和内径之比为2,最大的孔弯曲应力应低于25000磅/英寸;内外径的同心度应保持在0.005毫米。
图5 空心滚子预负荷轴承的载荷分布
5、采用椭圆轴承
采用椭圆轴承是最常见的防滑形式,一般有双瓣和三瓣两种结构,如图6所示。以双瓣椭圆轴承为例,谈谈它的结构和防滑机理。这种轴承一般外环外径为椭圆,外环内径(滚道)及轴承座皆为圆形。装配后,外环滚道变成了椭圆,即对滚子加了预负荷。也就是说使椭圆滚道的短半轴处滚子与滚道间的径向游隙消除了(形成过盈),使滚子受到压缩。因此,除了最下部的几个滚子受到转子重力负荷的作用外,在其左、右90°处的滚子,也各受一定量的预加负荷,从而使承受负荷的滚子数目增加到滚子总数的大约60%(滚子轴承一般承受负荷的滚子数目约占滚子总数的20%),如图7所示。因此,增加了拖动力有利于防止滚子和保持架打滑。但是,给出椭圆度的方法会降低轴承的疲劳寿命,所以,在使用中有必要考虑最佳椭圆度的选取问题。
图6 椭圆轴承的设计
图7 滚子轴承中载荷的分布