各種軸承原理

大家一定見過軸承吧 它不僅在我們生活中隨處可見 而且90%的機械系統都離不開它 它能把旋轉部件精確地固定在特定位置 用可控的方式將產生的力傳遞到翹體或相鄰部件裏 同時在保證運動的前提下 把摩擦降到儘可能低 這就是軸承 爲了儘可能減小摩擦 人們專門設計了各種軸承 從結構和工作方式來看 軸承主要分成平面軸承和滾動軸承兩大類 先來看平面軸承 在平底軸承中 運動部件是直接在軸承座的軸承面上滑動的 舉一個平面軸承常見例子 門鉸鏈 門在開關的時候 裏面那根銷軸就在襯套裏來回滑動 從而使門能夠旋轉 這種平面軸承的本質問題就是滑動摩擦大 壽命受限 而滾動軸承不是讓零件直接互相摩擦 而是在內圈和外圈中間塞一圈能滾的東西 這些能滾的東西就叫滾動體 它們可以是滾珠 對應不同的受力和工況 接下來來看滾動軸承 先從最常見的滾珠軸承說起 如果滾動體是滾珠 那這種軸承就叫滾珠軸承 在所有滾珠軸承中 深鉤球軸承結構最簡單 用途最廣 也是現實中最常見的一種 它的結構非常簡單 滾珠在內圈和外圈的半圓形鉤槽中滾動 這種設計非常適合承受鏡像力 所以深鉤球軸承也常被稱爲鏡像深鉤球軸承 由於滾珠和滾道之間是點接觸 接觸面積小 摩擦損失低 它最大的特點就是快 轉速可以非常高 深鉤球軸承根據防護方式不同 主要分爲開放式和帶防塵蓋兩種 先說最基礎的金屬防塵蓋 這種防塵蓋是非接觸式的 固定在外圈上 與內圈之間留有間隙 因此幾乎不增加摩擦 它主要是防大顆粒灰塵和飛濺的水 但對溼氣和細小顆粒的防護能力有限 如果對密封要求更高 就會用到釘晶橡膠密封蓋 這種密封蓋與內圈之間的間隙更小 能更有效地防止水分和細小污染物進入 不過需要注意的是 它可能會發生輕微接觸 所以被稱爲低摩擦接觸式密封 另外這裏說的深鉤球軸承 滾珠都是單列排列的 因此也叫單列球軸承 當單列球軸承的承載能力不夠用時 就會採用雙列設計 雙列深鉤球軸承在共用的內外圈裏 放入了兩排滾珠 和相同內外徑的單列軸承相比 它的寬度增加並不多 但承載能力卻提升得非常明顯 在空間受限 載荷誘大的場合非常實用 如果工況中不僅有鏡像力 還存在較大的軸向力 那就要用到角接觸球軸承了 角接觸球軸承的滾道是傾斜的 因此它可以同時承受鏡像載荷和軸向載荷 但在單列結構下一定要注意安裝方向 因爲它只能在一個方向上承受主要軸向力 爲了同時承受雙向軸向力 工程上常把兩套角接觸球軸承成對使用 或者直接做成雙列角接觸球軸承 在雙列角接觸球軸承中 常見的排列方式有兩種 一種是背靠背佈置 另一種是面對面佈置 背靠背佈置時 壓力線在軸承外部交叉 支撐點被拉開 這種結構剛度高不容易傾斜 是雙列角接觸球軸承中 最常用最穩定的方案 面對面佈置時 壓力線焦點更靠近 優點是更容易補償不對中 但剛度較低更容易發生傾斜 背靠背佈置是首選方案 再簡單說一下這種 雙列角接觸球軸承的裝配過程 先把滾珠裝進外圈滾道 再把內圈從兩側滑入 滾珠有保持架固定 通過將內圈做成兩半 並從兩側裝入 可以消除裝配間隙 放入更多滾珠 從而進一步提高承載能力 還有一種比較特殊的角接觸球軸承 叫四點接觸球軸承 每個滾珠同時與滾道的四個點接觸 因此可以承受雙向軸向力 不過它的鏡像承載能力有限 更適合以軸向載荷爲主的應用 由於外圈和保持架 可以與內圈分開安裝 這種軸承也叫非自保持軸承 在安裝空間複雜時非常有優勢 如果工況中不可避免存在不對中 比如熱膨脹 軸彎區或者安裝誤差 那就要用到自調新球軸承 它有兩排滾珠 外圈是球面滾道 可以補償大約三度的不對中 非常適合長軸 安裝條件受限的場合 但滾珠畢竟是點接處 表面壓力大 再需要高鏡像承載能力 但轉速要求不高的工況俠 就會用滾子代替滾珠 這類軸承叫圓柱滾子軸承 它的線接處讓承載能力大幅提升 但是軸向載荷能力也很有限 而且對不對中比較敏感 如果把滾子做得又細又長 就成了滾針軸承 它能在極小的空間內 承受很高的鏡像載荷 常見於齒輪箱 腕相結和緊湊型機構 但它不能承受軸向力 而且對潤滑要求非常高 爲了同時承受高鏡像力和高軸向力 就出現了圓錐滾子軸承 由於滾子是錐形的 所有假想延長線都會在軸線上交於一點 從而實現純滾動 低摩擦 圓錐滾子軸承的軸向承載能力 與接觸角α有關 通常在10-30度之間 不過這種軸承對軸向間隙極其敏感 必須精確調整 否則很容易發熱和磨損 而成套出廠的配對圓錐滾子軸承 在出廠時已經設定好間隙和預緊力 安裝的時候不需要複雜調整 非常適合車軸 齒輪箱和機牀等高剛度場合 爲了兼顧高承載能力和自調芯能力 還有一種非常重要的球面滾子軸承 也叫調芯滾子軸承 它的外圈是球面滾道 既能承受超大的鏡像載荷 又能補償約3度的不對中 它既有圓柱孔 也有錐孔版本 通過適配套筒可以精確調節軸承間隙 安裝和維護都非常方便 除了單列球面滾子軸承外 還有雙列球面滾子軸承 它可以承受更高的負載 常見於重型機械 振動設備和網復運動系統中 前面講的這些軸承主要是承受鏡像力的 都被稱爲鏡像軸承 下面再簡單帶你看一下推力軸承 單向推力球軸承 只能承受一個方向的軸向力 不能承受鏡像力 也不能補償不對中 如果需要承受雙向軸向力 就會使用雙向推力球軸承 中間電圈與軸相連 兩側滾珠分別受力 但由於球是點接處 推力球軸承的承載能力有限 在重載工況下就需要推力圓柱滾子軸承 甚至是推力滾針軸承 它的結構扁平 非常適合軸向空間受限的場合 但對軸間和軸承座表面的加工精度要求極高 還有一種非常特殊的球面滾子推力軸承 它既能承受超大的軸向力 又能承受一定的鏡像力 同時還具備自調心能力 常見於重型壓力機 船舶推進系統和大型輸送設備裏