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调心球轴承承受不了很大的轴向载荷,过载时外圈会先起皮

作者:云获客 来源: 技术分享 5 次浏览

调心球轴承外圈是球面,能补偿偏斜,轴向承载却很低。轴向力把钢球推向球面边缘后,外圈会先于内圈起皮剥落。

调心球轴承承受不了很大的轴向载荷,过载时外圈会先起皮

调心球轴承的外圈内表面是球面,内圈有两条沟,两列钢球贴着球面滚动。球面允许内圈轴线相对外圈偏转,座孔不同心或轴有挠度时,钢球能沿球面自行找正,避免把载荷压在滚道的一条棱上。径向力靠钢球与滚道的点接触传递,接触斑很小。轴向方向上球面没有沟肩,钢球受到较大轴向力时会整列滑向球面一侧。

深沟球轴承能承受一定轴向力,是因为沟道两侧有肩,接触角会随轴向力抬高。调心球轴承的外圈没有这种肩,接触角始终很小,轴向承载能力只占径向承载能力的一小部分。把调心能力理解成也能扛轴向力,是选型时常见的错位。斜齿轮、锥齿轮或单侧皮带带来的轴向分力,会直接作用在钢球与球面之间。

过载时外圈怎样起皮

钢球被轴向力推向球面边缘后,接触椭圆有一部分落到滚道边界以外,剩下的接触面变窄,局部压力急剧升高。最大剪应力更靠近表面,而且落在几何突变的边缘,裂纹从这里起源,扩展后金属呈薄片脱落,看起来就是起皮。内圈沟道这时仍在钢球的正常接触范围内,应力没有同等升高,所以剥落顺序是外圈在前、内圈在后。轴向力再大时,钢球会越过球面边缘,在外圈内侧留下一圈挤压亮带,这是过载已经越过起皮初期的标志。

早期的皮很薄,分布在外圈滚道靠向受力方向的那一侧,沿圆周可以连成带,带的另一侧还留着原来的磨削纹。继续运转,薄皮变成较深的剥落坑,钢球周期性撞击坑边,振动随之出现。润滑脂里会见到亮晶晶的金属薄片,而不是红褐色细粉。若只有一列钢球对应的外圈起皮,说明轴向力方向是固定的。

和其他滚道损伤区分

正常寿命终结的疲劳,剥落带位于接触区中部,内外圈往往先后都有,外圈并不独占边缘。润滑失效时滚道整体变暗,布满沿滚动方向的擦伤,两列和内外圈同时受损,没有清晰的单侧边界。磨粒进入则是圆周上的划痕,划痕先于剥落,内外圈都能找到。轴向过载的早期表面,除了贴边的起皮,其余区域仍然光洁。

安装敲击会留下与钢球间距一致的浅坑,坑底光滑,没有疲劳扩展纹,而且常在内外圈相对的位置成对出现。这种静压痕与边缘起皮不是同一过程。保持架兜孔磨穿时钢球散乱,滚道以压伤为主,不会形成贴着外圈一侧的连续起皮带。外圈单侧边缘起皮而内圈沟底仍然完整,轴向过载才站得住。游隙偏大时接触带会左右漂移,起皮位置不稳定;轴向过载的起皮则始终贴着受力方向的同一侧。同一轴上的推力轴承若已失效,轴向力也会转移到这里。

角偏差过大也会让接触偏向一侧,但那是绕球心的倾斜,接触带在外圈上呈局部加重,轴向位置不一定贴死边缘,而且常伴有密封圈单侧磨损。纯轴向过载时,两套轴承座的同轴度可以是好的,接触带却严格贴着受力侧。检查座孔同轴度和轴的挠度,是为了排除调心已经用尽、钢球压在球面极限位置的情况。

轴向力有时不来自工作机械,而来自轴承自己的定位。固定端若用调心球轴承又把外圈两侧都顶死,轴受热伸长没有退让,伸长量会变成持续轴向力。游动端外圈本应能在座孔里滑移,座孔锈蚀或过盈过大时滑移失效,热伸长同样推着钢球挤向外圈边缘。这种起皮和齿轮轴向力造成的起皮形貌相同,要靠结构而不是只靠外观来分。

只更换轴承、不改变受力分配,新轴承会以同样方式再起皮。固定端应改用能建立接触角的轴承来承受轴向力,调心球轴承放在游动端,只承担径向力和角偏差。游动端外圈与座孔的配合要保证受热后仍能移动,端盖不能把外圈顶住。若轴向力方向会反向,固定端还要能双向承受,否则反向时力又会回到调心球轴承上。

拆检时宜记下起皮相对齿轮或皮带轮的方向,用来核对轴向力指向。润滑脂里的金属屑呈薄片而不是氧化物细粉,说明主要是接触疲劳而不是润滑剂失效后的磨料磨损。内圈若后来也出现沟底剥落,那是外圈起皮之后冲击和偏载带来的二次损伤,不能据此把原因改判成普通的到期疲劳。