無蠕動球軸承

深溝球軸承常用作汽車變速箱的齒輪支承軸承。外圈與軸承座為松配合,可能導致外圈蠕動,這取決于軸承技術參數(shù)、松配合條件或載荷條件等因素。外圈蠕動導致外圈與軸承座的配合面磨損,并增大軸的偏斜或傾斜,從而導致設備產(chǎn)生異常噪聲或振動等問題。近年來對高燃油效率的要求進一步提高,已導致電動機的設計朝著多極化、小型化、輕量化的方向發(fā)展。為了實現(xiàn)這點,軸承座和套圈往往設計得更薄;然而,這可能導致外圈蠕動更經(jīng)常發(fā)生。因此,近年來對防蠕動軸承的需求不斷增長。就像行波型蠕動的情況一樣,當從某個特定方向施加載荷時,此次開發(fā)的無蠕動球軸承能防止蠕動,其中外圈滑動的方向與內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)的方向相同。本文概述了一種新開發(fā)的產(chǎn)品,極易裝配,因為其零件與標準軸承相同。1特點開發(fā)的無蠕動球軸承(以下簡稱開發(fā)產(chǎn)品)的特點如下:優(yōu)越的防蠕動性(在某個特定方向施加載荷的條件下):防止蠕動,無蠕動磨損(在NTN試驗條件下);易裝配:相當于標準產(chǎn)品;耐久性:相當于標準產(chǎn)品(在NTN試驗條件下)。2結(jié)構(gòu)和性能2.1軸承蠕動的類型根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向和現(xiàn)象的不同,軸承蠕動主要有兩類。外圈蠕動的類型見表1。當外圈與軸承座有間隙或外圈發(fā)生彈性變形和滑動時,外圈蠕動與旋轉(zhuǎn)方向相反。當滾動體載荷以行波形式施加導致外圈變形時,外圈蠕動與旋轉(zhuǎn)方向相同。NTN將這種現(xiàn)象稱為行波型蠕動(當載荷以特定方向施加到軸承上時發(fā)生)。表1外圈蠕動的類型2.2行波型蠕動的機理該機理的詳細情況如圖1所示。圖1應變引起的蠕動1)滾動體載荷作用在外圈上;2)正下方的外圈材料發(fā)生位移;3)根據(jù)滾動體載荷的大小,外圈表面變成可達數(shù)微米的波紋狀;4)當內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)時,滾動體也會移動;5)表面波變?yōu)樾胁ú⒁鹜馊θ鋭?。行波型蠕動僅當軸承承受單向載荷時才會發(fā)生。通過使用下面的公式,可阻斷行波。然而,標準軸承要求極厚的截面,在現(xiàn)實中很難防止行波型蠕動(圖2)。圖2軸承套圈和滾動體的厚度2.3開發(fā)產(chǎn)品的概述2.3.1設計目的由于軸承配合和載荷條件的影響,變速箱的齒輪支承處經(jīng)常發(fā)生行波型蠕動。通過關注行波型蠕動的機理,NTN開發(fā)了一種通過阻斷外圈的行波來使蠕動停止的產(chǎn)品。2.3.2外觀零件與標準軸承相同,但開發(fā)產(chǎn)品的特點是在外圈外徑部分的全寬度處有一個弧形切口(圖3、圖4)。圖3開發(fā)產(chǎn)品的外觀圖4開發(fā)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)新產(chǎn)品的尺寸可與標準軸承互換,不影響裝配到軸承座內(nèi)。2.3.3防止蠕動的機理如果外圈外徑面變形并與軸承座接觸,標準軸承在承載區(qū)內(nèi)傳遞行波,造成同向蠕動。然而,開發(fā)產(chǎn)品在切口區(qū)避免與軸承座接觸,從而阻斷行波并使蠕動停止。防止蠕動的機理如圖5所示。圖5蠕動停止的機理1)軸承載荷在通過內(nèi)圈和滾動體后作用在外圈上;2)外圈外徑面由于滾動體載荷而徑向變形;3)切口用于避免與軸承座接觸;4)外圈外徑面由于變形而導致行波被阻斷,防止了蠕動。當切口位于承載區(qū)時,防止了外圈蠕動;即使切口位于承載區(qū)外,當外圈切口由于蠕動進入承載區(qū)時,也會防止蠕動。因此,在將開發(fā)產(chǎn)品安裝到軸承座中時,無需考慮相位因素。2.3.4蠕動速度通過試驗驗證了開發(fā)產(chǎn)品的蠕動速度。試驗條件見表2,試驗結(jié)果如圖6所示。圖6蠕動速度試驗結(jié)果表2試驗條件試驗了四類試樣,除開發(fā)產(chǎn)品外,還有標準軸承、NTN常規(guī)防蠕動AC軸承和涂覆外圈外徑的軸承。標準軸承和AC軸承的蠕動速度隨著載荷的增加而增快。然而,即使在重載下,開發(fā)產(chǎn)品也未發(fā)生蠕動,這證明新設計阻斷了外圈的行波,防止了蠕動。重載下的蠕動速度從快到慢的排序為:標準產(chǎn)品﹥AC軸承﹥涂覆產(chǎn)品﹥開發(fā)產(chǎn)品。2.3.5對外圈切口強度的影響采用FEM分析方法對開發(fā)產(chǎn)品外圈外徑面的應力進行了試驗驗證。分析條件見表3,分析結(jié)果如圖7所示。圖7強度分析結(jié)果表3強度分析條件雖然開發(fā)產(chǎn)品產(chǎn)生的拉應力約為標準產(chǎn)品的10倍,但還未達到可能導致失效的水平,相對于軸承鋼(SUJ2)的容許拉應力,具有數(shù)倍的安全系數(shù)。2.3.6對使用壽命的影響由于切口位置與載荷方向的關系,開發(fā)產(chǎn)品的滾動體載荷分布與標準軸承不同。因此,從理論上計算了其對滾動疲勞壽命的影響。為了解切口如何影響開發(fā)產(chǎn)品,通過考慮外圈和軸承座的彈性變形以及由于Hertz接觸導致的球與溝道之間的彈性接觸量,計算了力的平衡。分析結(jié)果見表4。當切口相對于載荷方向處于45°位置時,與標準產(chǎn)品相比,滾動疲勞壽命降低(約5%);然而,當切口在承載區(qū)正下方時,滾動疲勞壽命實際上提高(約6%)。這是由于與標準產(chǎn)品相比,最大滾動體載荷發(fā)生了變化。因此,切口對滾動疲勞壽命的影響較小。表46208軸承計算結(jié)果2.4開發(fā)產(chǎn)品的評價結(jié)果2.4.1外圈裂紋試驗(靜態(tài))為驗證開發(fā)產(chǎn)品的外圈外徑面切口的強度,進行了靜態(tài)裂紋試驗。試驗夾具如圖8所示。采用專用夾具對開發(fā)產(chǎn)品切口處的載荷情況進行模擬,其中一個滾動體位于承載區(qū),以集中切口處的載荷。采用精密萬能試驗機作為試驗裝置,從內(nèi)圈施加靜載荷,以載荷突然下降的點為開裂載荷。圖8外圈裂紋試驗機試驗結(jié)果如圖9所示。開裂載荷的安全系數(shù)被確定為基本額定靜載荷C0的2倍以上,因此就靜態(tài)破壞而言,認為是可接受的。圖9裂紋試驗結(jié)果2.4.2外圈裂紋試驗(動態(tài))對開發(fā)產(chǎn)品的外圈外徑面切口進行了動態(tài)裂紋試驗,以驗證其強度。為了評估疲勞強度,在超過基本額定動載荷的載荷下進行了超過1×107次循環(huán)。試驗條件和結(jié)果見表5。表5試驗條件和結(jié)果在這些條件下,就動態(tài)破壞而言,認為開發(fā)產(chǎn)品是可接受的。2.4.3耐久性試驗通過耐久性試驗驗證滾動疲勞壽命。試驗條件見表6。切口位置與施加載荷方向(即滾動體載荷最大的方向)成45°。運行時間設定為在計算使用壽命的10倍時停止。由表6的結(jié)果可知,在這些條件下,就滾動疲勞壽命而言,開發(fā)產(chǎn)品是可接受的。表6試驗條件和結(jié)果3結(jié)束語對無蠕動球軸承進行了概述,其特點是在外圈外徑面部分設置切口,以成功防止當軸承在特定方向旋轉(zhuǎn)時由承載區(qū)正下方引起的外圈蠕動。傳統(tǒng)上通過使