滚动轴承的介绍

1大同公司三峽廠馬達設計處張名凱 滾 動 軸 承 的 種 類 與 應 用2滾動軸承的結構與特徵3滾動軸承依滾子之形狀分類如下:4滾子與軌道面之接觸型態接觸型態依滾子形狀,軸承型式,軌道面曲率,與所承受之負荷而定5滾動軸承的種類1.1.滾珠軸承滾珠軸承:係由兩個鋼環構成了一道窄的、雙重的圓形軌道，以使滾動元件可在裡頭運轉。為使之具有最小的磨損量及最大的負荷能力，滾動元件應由硬化鋼製成。為維持對正與確保平衡，滾動元件(鋼珠)可藉保持器(separator)或滾珠籠(cage)在軌道上等距離的分離，使其不相接觸，而得減少摩擦及噪音。滾珠軸承依其受力的方向及功用可分為徑向滾珠軸承及止推滾珠軸承兩大類 6滾動軸承的種類2.2.滾子軸承滾子軸承與滾珠軸承的構造及原理均非常相似，唯將滾珠改為滾子及比滾珠承更能耐得住巨大負荷。而和滾珠軸承相同的部分是外環、內環及分離器(或稱籠)。滾子軸承依其受力的方向及功用可分為徑向滾子軸承及滾子止推軸承兩大類。7徑向滾珠軸承深槽滾珠軸承深槽滾珠軸承(deep groove ball bearing)deep groove ball bearing)：此種軸承，最為常用，價格亦較其它種軸承便宜；採用單列與雙列的設計，內外鋼環不可分離。此種軸承除了能承受徑向負荷之外，亦能承受頗大的軸向推力。另外，有蓋板型的軸承具有防護層，可防止灰塵侵入；封閉型的軸承，則能避免潤劑外流，並能防止外來的污染。8徑向滾珠軸承自動調心滾珠軸承自動調心滾珠軸承(self-aligning ball bearing)：此種軸承有雙列滾球，共有一個球面形滾槽。這種軸承具有對準誤差自動補正的作用，適合於長軸、軸承箱對正不易或在軸有相當程度彎曲之處，以減輕軸及軸承因此等原因而產生之內力。9徑向滾珠軸承斜角滾珠軸承斜角滾珠軸承(angular contact ball bearing)：此種軸承可同時承受徑向負荷與軸向負荷。單列斜角滾珠軸承只能承受單方向的軸向推力，而雙列斜角滾珠軸承則可以承受雙方向的軸向推力。為了能承受雙方向的軸向推力，可將兩個單列斜角滾珠軸承配對使用。10止推滾珠軸承1.1.單列止推滾珠軸承單列止推滾珠軸承(single-row thrust ball bearing)：只能承受來自單方向的軸向推力，不能承受徑向負荷。2.2.雙列止推滾子軸承雙列止推滾子軸承(double-row thrust ball bearing)：可以承受雙方向的軸向推力負荷，但不能承受徑向負荷。11止推滾珠軸承斜角滾珠止推軸承斜角滾珠止推軸承(angular contact thrust ball bearing)：可承受徑向與軸向的負荷12徑向滾子軸承圓筒滾子軸承圓筒滾子軸承(cylindrical roller bearing)：亦稱直滾子軸承(straight roller bearing)，其滾子為等直徑的圓柱體，各圓柱的中心線與主軸的中心線平行。適用於承受較大之徑向負荷及高速迴轉之用。13徑向滾子軸承滾針軸承滾針軸承(needle bearing)：即是直徑較小的滾子。標準滾針的直徑由15mm，長度由5.849.8mm。滾針軸承常使用徑向體積較小之處，往往可藉增加軸承的寬度(即滾針的長度)，來增加其負荷的能力。14徑向滾子軸承錐形滾子軸承錐形滾子軸承(tapered roller bearing)：此種軸承可同時承受較大徑向負荷與一個方向的軸向負荷，也可兩個軸承並置使用，其為分離型的設計，內圈和外圈可分別安裝。15徑向滾子軸承球面滾子軸承球面滾子軸承(spherical roller bearing)：在有二條軌道的內圈和軌道為球面的外圈之間，裝配有球面形滾子的軸承。外圈軌道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有自動調心的功能。在軸、軸承箱出現撓曲時，可以自動調整，不增加軸承負擔。可以承受徑向負荷及二個方向的軸向負荷。徑向負荷能力大，適用於有重負荷、衝擊負荷的情況。16滾子止推軸承圓筒滾子止推軸承圓筒滾子止推軸承(cylindrical roller thrust bearing)：亦稱直滾子止推軸承(straight roller thrust bearing)是一種剛性大，佔用軸向空間小，可承受較大軸向推力，常用於止推滾珠軸承無法使用的場合。17滾子止推軸承錐形滾子止推軸承錐形滾子止推軸承(tappered roller thrust bearing)：使用錐形的滾子，座圈上製成錐形，故此形式的滾子軸承，可支撐推力。滾針止推軸承滾針止推軸承(needle thrust bearing)：與圓筒滾子止推軸承相同，唯將滾子改為滾針，可承受較大的負荷。18滾子止推軸承球面滾子止推軸承球面滾子止推軸承(spherical roller thrust bearing)：球面形滾子傾斜排列，座圈軌道呈球面形，所以具有調心功能。推力負荷能力大、在承受軸向負荷的同時，也可以承受少許徑向負荷。19滾動軸承使用特性表*20滾動軸承的記號規定21滾動軸承規格記號表22滾動軸承的尺寸級序23滾動軸承的尺寸級序24滾動軸承的孔徑記號1.內徑在500公厘以上者，系列號碼後用短斜線連接軸承實際之內徑2.內徑在500公厘以下者，以內徑號碼表示之，標示於孔徑記號處 00表示內徑為10公厘 01表示內徑為12公厘 02表示內徑為15公厘 03表示內徑為17公厘 自0496，將號碼乘以五倍，即為軸承內徑尺寸3.內徑在10公厘以下者，最後一位數字代表軸承實際內徑25滾動軸承的接觸角記號表26滾動軸承的材料要求27軸承的間隙軸承內部間隙之定義為軸承某一圈在某一方向上可移動之總距離。作徑向移動者稱為徑向間隙，軸向移動者稱為軸向間隙。28軸承的間隙1.軸承製作完成，內部即留有一定量之間隙。2.軸承安裝後，由於干涉配合間隙會減少。3.運轉時內外輪溫差關係，間隙會再進一步減少。4.軸承運轉時期間隙越接近零，其性能越佳，但若產生負間隙，則軸承會過熱。5.有些情況下軸承調整為負間隙有助於提高剛性與運轉精度。(例如工具機汽車差速器之小齒輪軸)6.何種情形需選擇間隙比標準級大之軸承?a.高速運轉 b.軸承內外環接干涉配合 c.外熱由軸傳至軸承29軸承的公差與配合一般只有當軸承內外輪予以適當的干涉配合安裝時，才能獲的滿意的徑向定位與支撐，及避免圓周方向的有害滑動。通常軸承不是內輪採用緊配合，就是外輪採用緊配合1.旋轉狀況與使用目的 a.內輪採用緊配合的時機:內輪旋轉。b.外輪採用緊配合的時機:外輪旋轉。c.根據使用條件，安裝，拆卸的難易:不給予內外圈緊配合。(但需針對預料會產生滑動的配合面採取潤滑或其他措施)選擇配合所需考慮的因素:30軸承的公差與配合2.負荷大小 負荷增大時內圈會膨脹使其與軸之干涉配合鬆掉。3.軸承內部間隙 軸承與軸或軸承箱採干涉配合時，會造成軸承內部間隙減少，需考 慮是否使用較大間隙之軸承。4.運行精度需求 運行精度要求較高之場合，為了減少變形及振動一般不用間隙配合。5.軸與軸承箱的設計與材質 不可使軸承產生非均勻變形。6.須軸向移動時 須使軸承內外圈之一，在運行期間可做軸向移動。選擇配合所需考慮的因素:31軸承損壞的原因 大多數的軸承可以達到計算所得的壽命，但是有些軸承未能達到所計算之壽命，根據SKF的調查結果軸承損壞的原因。1.潤滑不良362.正常疲勞343.污染144.其它16 含安裝方法不正確 靜止中受到長期之振動 軸電流 軸與軸承箱尺寸不精確 32軸承損壞的原因 潤滑不良大約36%的軸承過早損毀的原因，是由於選用不正確的潤滑劑或潤滑劑使用不足造成的。潤滑不良會使軸承過熱並使材質軟化，軸承變色，然後咬死。有一些情況下，軸承珠子與軌道面發亮，經過一段時間以後變得非常模糊，然後均勻剝落。保持器嚴重磨損也是潤滑不良所引起 33軸承損壞的原因 疲勞機器超負荷、維修不當或失修，軸承軌道面經珠子反覆壓縮產生疲勞現象，會使軸承受到嚴重損害，因而造成34%軸承過早的損毀。34軸承損壞的原因 污染至少有14%的軸承過早損毀歸因於污染問題。污染滲入軸承造成軸承磨損加速，間隙間加大，最後不堪使用。避免軸承受到污染，各階段皆重要。1.出廠時軸承絕對要乾淨2.安裝時不可弄髒3.油封要良好，4.加油時潤滑劑需絕對乾淨 35軸承損壞的原因 其它1.安裝方法不正確造成滾子珠子擦損軌道，內外輪相互對正不確，軸承受未預料到的推力負荷2.軸承靜止中受到長期之振動，使軌道面產生凹痕其特徵為凹痕底部發亮或生鏽。3.軸與軸箱尺寸不精確若配合緊度不夠，軸承便會產生打滑現象，使軸承溫度過高亦可能使軸承破裂。軸或軸箱真圓度不夠亦會使軸承內外環變形，負荷集中某些地方，使軸承產生過早疲勞。36軸承損壞的原因 其它4.軸電流當軸電壓增大至超過油膜絕緣強度，則油膜將被破壞而在軸承及軸的金屬接觸部位形成電流流通，造成電弧(arc)作用，電弧的高溫即引起金屬熔融現象。此種熔融現象，一般會在滾子及內外環軌道面分別造成彈坑狀和洗衣板條紋侵蝕痕跡，此洗衣板痕跡並會使軸承發生高頻噪音。電弧作用同時會導致碳的析出使潤滑油變黑劣化，受損的金屬表面及碎屑則造成軸承的異常磨耗加劇，終致整個軸承損壞。37軸承的壽命 滾動軸承的性能，因用途而異，須在所規定的期間內保持其性能。即使正確地將軸承用於某種用途，經過一定時間後，噪音、振動增加，因磨損造成精度下降、潤滑脂老化、滾動面疲勞剝離，不能再使用。這種軸承的截止到不能使用的期間是廣義的軸承壽命。各自被稱為；噪音壽命、磨損壽命、潤滑脂壽命、滾動疲勞壽命等等。除上述壽命之外，使軸承不能再使用的現象有；燒結、斷裂、裂紋、軌道輪的卡傷、密封損傷等，這些應作為軸承故障與軸承壽命相別。這些故障的起因多來自錯誤地選擇了軸承，軸、軸承箱與周圍的設計不良，安裝不良，使用方法或維修保養的錯誤。38軸承的壽命 滾動疲勞壽命軸承承受負荷運轉，內圈、外圈的軌道面及滾動體的轉動面，由於不斷反覆承載，材料疲勞，在軌道面或轉動面出現剝落狀損傷。把截止到最早出現剝落的總旋轉次數叫做滾動疲勞壽命，多叫做狹義的壽命。39軸承的壽命 額定疲勞壽命軸承的疲勞壽命，即使同樣尺寸、結構、材料、熱處理、加工方法的軸承，即使在同一條件下運轉，也是參差不齊的。這是因為材料本身存在參差不齊。因此，將這種參差不齊的壽命，作統計現象處理，稱為額定疲勞壽命，又稱為基本額定壽命。所謂基本額定壽命，是指一組數量足夠多的同一型號軸承在相同的運轉狀況下，其中90%的軸承所能達到或超過的壽命。40基本額定壽命的計算基本額定壽命可由下列公式表示xpcL10L10=基本額定壽命，單位為百萬轉C=基本額定動負荷，NP=等值軸承動負荷，N滾珠軸承時 X=3滾子軸承時 X=10/341基本額定壽命的計算若軸承為恆速運轉則將基本額定壽命利用下列公式更改為工作小時數較方便xhpcnL60100000010L10h=基本額定壽命，單位為小時n=轉速，轉/分42軸承材料溫度係數之影響溫度上昇後負載能力會下降。不同溫度時動負載能力降低的程度可用基本動額定負載率C乘以由下表得到的溫度係數來計算溫度上昇後軸承能否正常工作，也取決於軸承在該工作溫度下是否有足夠的尺寸穩定性；所用的潤滑劑是否保持其潤滑性能；及油封、保持架等零件之材料是否適宜等。軸承溫度125150175200250溫度係數ft1.001.000.950.900.7543額定壽命的調整基本額定壽命公式中，已將軸承負荷對該軸承壽命之影響列入考慮。一般之工程應用中，計算基本額定壽命L10便已足夠。但亦可將影響軸承壽命之其他因素詳細加以考慮。ISO為此於1997年提出經修訂之壽命公式。該調整額定壽命公式如下。pnaPCaaaL32110321LaaaLna或可簡寫為 Lna=調整額定壽命，百萬轉a1=與可靠性相關之調整係數a2=與材料相關之調整係數a3=與工作條件相關之調整係數。對於一般可接受的90可靠性及與C值相應的材料及正常工作條件而言，a1=a2=a3=1，這時基本額定壽命公式與調整額定壽命公式完全一致。44壽命調整係數a1可靠係數a1 與可靠性相關的係數a1用以決定L10壽命以外的軸承壽命，即概率超過90可達到或超過額定壽命之軸承壽命。a1值可見下表。可靠性Lnaa1909596979899L10aL5aL4aL3aL2aL1a10,620,530,440,330,2145壽命調整係數a2軸承特性係數 a2a2是補償由材料改良而帶來的疲勞壽命延長的係數。一般軸承使用之標準鋼材實際上比ISO281/I-1977要求的鋼材具有更高的壽命性能。所以在使用額定負載時可令a2=1。但使用特殊材料的軸承則可使用更高的a2值。46壽命調整係數a3使用條件係數 a31.溫度上昇後材料性能之變化則由降低基本動額定負載之途徑來表現。2.軸承溫度不過高時，工作條件係數a3基本上由軸承潤滑情形決定。3.在一個密封良好，清潔條件正常的軸承配置中，係數a3取決於粘度比K，其定義為實際粘度v與足夠潤滑所需粘度v1間的比率。v及v1均為工作溫度下的動態粘度。47油膜厚度的選擇潤滑之效率首先由軸承滾動接觸表面之隔離程度來決定。若欲建立足夠的承荷潤滑油膜，潤滑劑須在一定工作溫度下仍具有某最低粘度，該溫度也即軸承工作時的溫度。這種油膜厚度(粘度比)用K來表示K=運轉溫度下使用之基油黏度/運轉溫度下所需最低基油黏度K=4 表示珠子與軌道面完全由油膜分開K 1 表示嚴重之金屬與金屬接觸一般而言正常之軸承潤滑 K 介於1至3之間。48綜合壽命調整係數a2 及a3對於使用條件係數a3，目前，未知因素很多，由於使用環境的多樣，很難定量表示。並且，軸承特性係數a2也受使用條件影響。所以也可以把a2和a3作為一個數值a23來處理。這時調整壽命公式即成為10231LaaLna若清潔條件正常，a23之值可由粘度比K之函數值查表得到。