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滾動(dòng)軸承的摩擦很小,但它們的摩擦條件是變化的,在個(gè)別類(lèi)型的FAG軸承中,除了存在滾子間的接觸摩擦外,還存在著不同程度的滑動(dòng)摩擦。潤(rùn)滑摩擦也同樣存在。摩擦引起的熱量影響軸系的工作溫度。
滾動(dòng)體在滾道中滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦,而滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生于保持架中滾動(dòng)體的引導(dǎo)面、保持架擋邊的引導(dǎo)面和滾子軸承的滾子表面與滾道擋邊之間。潤(rùn)滑摩擦是工作表面之間的潤(rùn)滑劑,在工作時(shí)發(fā)生擾動(dòng)由潤(rùn)滑劑內(nèi)部摩擦引起的。
摩擦組成和影響因素
摩擦組成 | 影響因素 |
---|---|
滾動(dòng)摩擦 | 載荷大小 |
滾動(dòng)體的滑動(dòng)摩擦 保持架的滑動(dòng)摩擦 | 載荷的大小和方向 轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑情況、磨合情況 |
流動(dòng)摩擦 (流體阻力) | 類(lèi)型和轉(zhuǎn)速 潤(rùn)滑劑的類(lèi)型、流量和工作粘度 |
密封摩擦 | 密封的類(lèi)型和密封預(yù)載 |
空轉(zhuǎn)摩擦取決于潤(rùn)滑劑的流量、速度、工作粘度、FAG軸承密封和磨合情況。
摩擦?xí)D(zhuǎn)化為熱能。這些熱能必須要從FAG軸承中散發(fā)出去。根據(jù)摩擦熱和散熱的平衡可計(jì)算許用轉(zhuǎn)速 npen(參考:FAG軸承轉(zhuǎn)速)。
潤(rùn)滑油散熱,潤(rùn)滑油帶走一部分熱量。有冷卻裝置的循環(huán)油潤(rùn)滑散熱效果良好。脂潤(rùn)滑不能散熱。
通過(guò)軸承和軸承座散熱的效果取決于FAG、INA軸承和周?chē)Y(jié)構(gòu)的溫度差。必須考慮相鄰的熱源或熱輻射源。(上圖為軸承、軸承座之間的溫度分布)
摩擦力矩M是FAG軸承的運(yùn)動(dòng)阻力矩。
摩擦力矩的估算,軸承的工作條件:
摩擦力矩M可以近似地由下列公式計(jì)算:
M = µ*F*d/2
M:總摩擦力矩(Nmm)
µ:摩擦系數(shù)
F:軸承受力的合力
d:軸承內(nèi)徑(mm)
常用的摩擦系數(shù)在下表中列出,表中數(shù)值不適用于與上述條件不同的場(chǎng)合(載荷大小、轉(zhuǎn)速、粘度)。
軸承類(lèi)型 | 摩擦系數(shù) |
---|---|
深溝球軸承 單列角接觸球軸承 雙列角接觸球軸承 四點(diǎn)接觸球軸承 調(diào)心球軸承 圓柱滾子軸承 滿裝圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承 調(diào)心滾子軸承 推力球軸承 推力圓柱滾子軸承 推力調(diào)心滾子軸承 | 0.0015 0.002 0.0024 0.0024 0.0013 0.0013 0.002 0.0018 0.002 0.0015 0.004 0.002 |
摩擦力矩的計(jì)算
FAG軸承的摩擦力矩決定于載荷、轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑油的粘度。摩擦力矩M是與載荷無(wú)關(guān)的摩擦力矩M0和與載荷有關(guān)的摩擦力矩M1之和。在重載荷和低轉(zhuǎn)速條件下,將有很大附加混合摩擦力矩加在M0和M1上面。在正常工作環(huán)境下產(chǎn)生使軸承工作表面分離的潤(rùn)滑膜時(shí),全部摩擦力矩只包括M0和M1,即
M = M0 + M1 (N.mm)
在計(jì)算受軸向載荷的FAG圓柱滾子軸承的摩擦力矩時(shí),必須考慮混合摩擦力矩的成分。有高滑動(dòng)率的FAG軸承,如滿裝圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承和止推軸承,在跑合時(shí)期以后,如果滿足下列條件,則在混合摩擦范圍以外工作。
n*v/(P/C)0.5 大于等于9000
n:轉(zhuǎn)速
v:潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中的基礎(chǔ)油的工作粘度
摩擦力矩的與載荷無(wú)關(guān)分量
M0與工作粘度和轉(zhuǎn)速n有關(guān)。至于工作粘度是通過(guò)FAG軸承溫度影響到軸承摩擦。此引,軸承尺寸(dm)與軸承接觸面積的寬度對(duì)M0有影響。M0可由下式求得:
M0 = f0 * 10-7 * (v * n)2/3 * d3m (N*mm)
f0:與軸承類(lèi)型和潤(rùn)滑方式有關(guān)的系數(shù)(見(jiàn)下表)
v:潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油的粘度
n:軸承轉(zhuǎn)速
dm:(D+d)/2軸承的中徑
軸承類(lèi)型和系列 | 系數(shù)f0 |
---|---|
深溝球軸承 | 1.5 -- 2 |
單列角接觸球軸承 72 73 | 2 3 |
雙列角接觸球軸承 32 33 | 3.5 6 |
四點(diǎn)接觸球軸承 | 4 |
調(diào)心球軸承 12 13 22 23 | 1.5 2 2.5 3 |
帶保持架圓柱滾子軸承 2,3,4,10 22 23 30 | 2 3 4 2.5 |
滿裝圓柱滾子軸承 NCF29V NCF30V NNC49V NJ23VH NNF50V | 6 7 11 12 13 |
圓錐滾子軸承 | 3 4.5 6 |
調(diào)心滾子軸承 213,222 223,230,239 231,232 240,241 | 3.5 -- 4 4.5 5.5 -- 6 6.5 -- 7 |
推力球軸承 511,512,513,514 522,523 | 1.5 2 |
推力圓柱滾子軸承 811 812 | 3 4 |
推力調(diào)心滾子軸承 292E 293E 294E | 2.5 3 3.3 |
系數(shù)f0用于油浴潤(rùn)滑軸承,油面高度達(dá)到軸承滾動(dòng)體的中心。在同類(lèi)型FAG軸承中,寬系列軸承的f0值較大。如果受徑向載荷的向心軸承安裝在垂直軸上,應(yīng)將表中給出的值加倍;對(duì)于采用大流量冷卻潤(rùn)滑油或大量潤(rùn)滑脂(即供脂多于排出的脂)的場(chǎng)合也應(yīng)作相同處理。
在開(kāi)始階段,新加入潤(rùn)滑脂f0值與油浴潤(rùn)滑的f0值相近。當(dāng)潤(rùn)滑脂在FAG軸承中均布以后,可取為表中f0一半。它相當(dāng) 于噴油潤(rùn)滑的值。如果FAG進(jìn)口軸承用脂潤(rùn)滑是合適的,摩擦力矩M0主要由基礎(chǔ)油的內(nèi)摩擦產(chǎn)生。
與載荷有關(guān)的摩擦力矩分量M1
由滾動(dòng)摩擦和擋邊及保持架引導(dǎo)面的滑動(dòng)摩擦引起。當(dāng)滾動(dòng)接觸面之間有潤(rùn)滑油膜隔開(kāi)時(shí)(k=v/v1大于等于1),用系數(shù)f1計(jì)算M1。
M1 = f1 * P1 * dm (N*mm)
f1:考慮載荷影響的系數(shù)
P1:產(chǎn)生M1的載荷
dm:(D+d)/2軸承的中徑
軸承類(lèi)型和系列 | f1 | P1 1) |
---|---|---|
深溝球軸承 | (0.0005--0.0009)·(P0/C0)0.5 | Fr或3.3Fa·0.1Fr 2) |
角接觸球軸承 | 0.0008·(P0/C0)0.5 0.0009·(P0/C0)0.5 0.001·(P0/C0)0.33 0.001·(P0/C0)0.33 | Fr或3.3Fa·0.1Fr 2) Fr或1.9Fa·0.1Fr 2) Fr或1.0Fa·0.1Fr 2) Fr或1.4Fa·0.1Fr 2) |
四點(diǎn)接觸球軸承 | 0.001·(P0/C0)0.33 | 1.5Fa + 3.6Fr |
調(diào)心球軸承 | 0.001·(P0/C0)0.33 | Fr或1.37Fa/e-0.1Fr 2) |
圓柱滾子軸承 有保持架 滿裝滾子 | 0.0002--0.0004 0.00055 | Fr 3) Fr 3) |
圓錐滾子軸承 單列 雙列或單列成對(duì) | 0.0004 0.0004 | 2YFa或Fr 2) 1.21Fa/e或Fr 2) |
調(diào)心滾子軸承 213,222系列 223系列 231,240系列 230,239系列 232系列 241系列 | 0.0005·(P0/C0)0.33 0.0008·(P0/C0)0.33 0.0012·(P0/C0)0.5 0.00075·(P0/C0)0.5 0.0016·(P0/C0)0.5 0.0022·(P0/C0)0.5 | 1.6 Fa/e - 0.1a,當(dāng)Fa/Fr > 1 Fr{1+0.6/(e-Fr)3} 當(dāng)Fa/Fr大于等于e |
推力球軸承 | 0.0012·(Fa/C0)0.33 | Fa |
推力圓柱滾子軸承 | 0.0015 | Fa |
推力調(diào)心滾子軸承 | 0.00023 -- 0.00033 | Fa (當(dāng)Fr 大于等于0.55Fa) |
*較大值用于較寬的系列
1)當(dāng)P1<Fr時(shí),取P1=Fr
2)取兩值中的較大者
3)只承受徑向載荷。對(duì)于同時(shí)承受軸向載荷的圓柱滾子軸承,必須除M1外,加入摩擦力矩 Ma M = M0 + M1 + Ma
FAG軸承越大,滾動(dòng)體直徑相對(duì)于軸承中的dm越小。大尺寸FAG軸承,特別是橫載面較小的軸承,利用此式計(jì)算得到的摩擦力矩M1常比工作中得到的摩擦力矩大。
計(jì)算同時(shí)受軸向載荷的圓柱滾子軸承的摩擦力矩時(shí),應(yīng)把軸向載荷產(chǎn)生的摩擦力矩分量Ma與M0和M1相疊加。結(jié)果是:
M = M0 + M1 + Ma (N·mm)
而 Ma = fa * 0.006 * Fa * dm (N·mm)
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