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简单,但艰难的

径向球面滑动轴承在非公路设备和车辆中起着关键作用

非公路设备和车辆的原始设备制造商(OEM)一直在不断地寻找新方法,将技术应用到他们的设计中,无论新旧——任何能使他们的产品在生产率、有效载荷和效率方面具有优势的东西。他们生产的机器和车辆必须承受极端的环境、苛刻的操作条件和沉重的负载。可靠性和易于维护是最重要的;现场维修设备费用昂贵,而且往往几乎不可能。然而,许多设计都建立在可靠的平台上,包括传动系统、悬架、转向连杆、扭力杆、连杆、铰接接头、重型连杆枢轴和液压缸。所有这些应用都有一个重要的共同点:它们使用径向球面滑动轴承和杆端。工程师们还没有开发出能够更好地适应这些车辆和设备的移动和重载组合,具有可靠性和成本效益的轴承。

这里是你应该知道的关于这些相对简单和极其强硬的轴承发现在大多数非公路应用。

轮式挖掘机在施工现场卸沙(所有照片由AST提供)。

它们是如何工作的

径向球面滑动轴承有一个具有球面凸外表面的内圈,和一个具有相应球面(但凹)内滑动接触表面的外圈。这两种一般的样式与制造方法有关。模压式轴承是通过“模压”或成型,将外圈置于内圈(或球)之上。断裂型轴承在一个位置上有一个分离或断裂的外圈,以便在制造过程中方便环的组装。

轴承可以由不同的滑动接触面组合组成,即内圈和外圈的滑动面由不同的材料制成。有些组合需要维护(如钢对钢),而另一些则不需要。

杆端比较

杆端包括一个眼形头与整体柄,形成一个外壳和三个选项之一:一个标准球面滑动轴承,一个球面滑动轴承内圈,或一个在头的孔和内圈之间有滑动层的球面滑动轴承内圈。作为一个规则,杆端可用左或右内螺纹或外螺纹。杆端可以有钢对钢、钢对青铜、钢对聚四氟乙烯复合材料或钢对聚四氟乙烯织物的滑动接触面组合。

各种尺寸和样式的杆端和球面滑动轴承。

杆端和球面滑动轴承具有相同的设计原则和功能,设计用于处理不对准下的径向载荷。杆端在连杆和连杆中更常见,因为它们易于安装和调整。它们可以选择滑动接触面组合,使它们无需维护,或钢对钢风格可以容纳润滑脂配件,允许定期重新润滑。

然而,球面滑动轴承-由于其结构和内部几何形状-可以处理较重的径向载荷下的不对中比杆端。它们可以调节轴承座和轴之间的不对中,以及在低速下的振荡运动。虽然这些轴承可以处理少量的轴向载荷,但它们应该用于载荷主要是径向的地方。

品种和案例研究

维修(钢对钢)球面滑动轴承在非公路应用中更为常见。这些轴承在两个环上都有一个硬化的滑动接触面。表面用二硫化钼(MoS2)润滑和磷酸盐涂层处理。它们具有耐磨和耐腐蚀的特性。具有这种滑动接触面组合的轴承需要初始的、定期的润滑。滑动接触面的高强度使这些轴承特别适用于必须容纳交替方向的重负荷、冲击负荷或重静态负荷的轴承布置。如果没有适当的保护,带有衬套的免维护轴承(聚四氟乙烯复合材料或聚四氟乙烯织物)容易受到污染而恶化,而且它们不适合重载交替使用。

现代拖拉机的液压软管。

由于钢对钢滑动接触面组合轴承需要定期再润滑,它们通常在内环和外环上有润滑孔和凹槽,以便油脂流入滑动接触区域。重要的是,当安装时,这些特征与配套组件中的沟槽和润滑脂连接件对齐。

当安装外圈断裂的轴承时,关键是要将接头定位在主负载方向90⁰个位置,否则使用寿命将会缩短,特别是在重载下。在大多数目录中,倾斜或错位的角度通常用符号α标记,可以从3⁰个到15⁰个不等。大多数目录的工程部分都列出了轴承公差、内部间隙和推荐的装配方法。在美国,ANSI/AFBMA标准22.1和22.2,系列3,涵盖这些类型的轴承。

在非公路设备中,球面滑动轴承最常见的用途之一是液压缸,设计为在单一方向传递力的线性执行器,因为它们能有效地处理不对中——液压缸故障的常见原因。球面轴承常用于液压缸的楔式安装。偏离荷载中心线,引入所谓的“侧荷载”。这给气缸活塞、密封件、衬套和杆件施加了横向压力——这些部件的设计无法承受这些压力,所以它们很快就会失效。球面轴承允许由于侧向加载而产生一定程度的不对中,提高汽缸寿命。

典型的挖掘机或反铲挖掘机有6个或更多的油缸,用于铲斗、吊杆、铲斗、舷外支架、转向装置和车辆上的其他设备和附件,这些设备和附件除了转向连杆、减震器和枢轴点外,还使用这些轴承。

球面滑动轴承可提供各种类型和配置,以解决特定的负载和操作条件,以及环境条件。

球面滑动轴承配置(左上:标准,偏差角度α;右上:偏位角β较大;左下:扩展内圈;右下:密封型)。

密封的类型

球面滑动轴承可配置密封件,以在恶劣环境中保护滑动表面。密封件固定在外圈上,并与内环积极接触,以保持污垢和碎片的外面,并保持润滑剂。不同的密封材料和设计不同的制造商,但大多数密封要么是聚酯弹性体材料或丁腈橡胶粘在钢板嵌件。这些塑料和橡胶密封是最适合的应用,轴承看到频繁倾斜或周向运动。这有助于保持接触面清洁。

扩展的内圈

为了便于组装,并消除对垫片的需要,这些轴承也可采用扩展内圈设计。这些价格稍微高一些。

高角度

根据其尺寸,大多数球面滑动轴承可在5到15度范围内调整偏差。然而,更高的角度的不对中可以容纳与一个特殊的系列。这个系列有一个增加的横截面内环,允许更高的倾斜角度,高达20度。

安装在轴和壳体上的球面滑动轴承的横截面图。径向和轴向载荷轴,滑动接触区。

抗冲击

在一些非公路应用中,冲击或冲击载荷是常见的,可以对轴承产生破坏性影响。大多数球面滑动轴承由经过硬化的52100铬钢制造。这些轴承具有良好的耐磨性和疲劳强度。然而,由于它们的高硬度,在这些条件下,它们很容易剥落、开裂和断裂。在这些应用中,推荐使用低碳、渗碳钢(如8620)制造的球面滑动轴承,并经过称为表面硬化的特殊热处理。表面硬化提供了一层高硬度的耐磨和疲劳外层,轴承的核心是“更软”,或更有韧性,这使轴承能够吸收冲击。这些轴承有溢价。

加载和生活

球面滑动轴承可以容纳轴向和径向的载荷,后者的载荷主要是径向的。角接触类型可用于更大的推力或轴向载荷。负载可以是组合的,方向是恒定的或交替的。

其他的加载考虑:

  • 当负载轴承发生滑动运动时,负载是动态的,导致轴承磨损。
  • 动态负载可以是振荡的或旋转的。振动载荷只能沿横向轴调整,并且仅限于轴承设计的不对准角度或倾斜角度。
  • 在给定的应用中,振动频率越高,轴承寿命越低。
  • 在静载荷下,限制因素是轴承或杆端材料的强度。

虽然这些轴承有非常直接的结构和工作原理,计算使用寿命是棘手的-所以建议工程师联系制造商的帮助。额定负载的值取决于所使用的定义,因此不可能总是与每个制造商发布的额定负载进行直接比较。

动态负载评级

当球面滑动轴承受到动态应力时,使用动态额定负载进行计算。它代表了在大小和方向上恒定的载荷,在此载荷下,在室温下,以确定的滑动速度连续振荡运动将获得一个基本额定使用寿命(表示为滑动距离)。它假设作用在径向和角向关节轴承和杆端上的载荷是纯径向的,而作用在关节推力轴承上的载荷是纯轴向的,并且是中心作用的。动态应力经常发生在以下组合情况下:倾斜时,在负载下进行振荡或旋转运动;具有交变载荷下的微滑移运动;而且负载的交变频率很高。

静态的额定载荷

当球面滑动轴承在负载下保持静止,只有偶尔的校准运动时,使用静态负荷额定值。当动载轴承承受较大冲击载荷时,应考虑到这一点。

额定值表示当轴承接触面的静态接触应力达到材料应力极限时,球面滑动轴承所能承受的载荷。它在室温下是有效的,它假定周围的部件防止轴承的变形。

在较高的温度下,它必须乘以一个依赖于滑动接触面组合的温度因子。温度因子与动态应力轴承相同。还需要考虑各种滑动接触面组合的允许温度范围。对于杆端,这是杆端壳体在固定负载下的强度。杆端静态负荷额定值给出的安全系数是杆端壳体材料抗拉强度的1.2倍。

使用寿命

球面滑动轴承的使用寿命表示为在达到确定的轴承间隙增加或确定的摩擦增加之前,轴承所承受的振荡运动次数或运行小时数。

在混合摩擦或干摩擦条件下运行的球面滑动轴承的使用寿命是由滑动表面的渐进磨损、滑动材料的塑性变形和滑动表面的疲劳引起的轴承间隙/轴承摩擦的增加决定的。根据应用的不同,允许的磨损和摩擦增加量会有所不同——这意味着即使在相同的操作条件下,实际获得的使用寿命也会有所不同。

有效的使用寿命是给定的球面滑动轴承在实际运行条件下的寿命。它主要由负荷的大小和类型,以及污染、腐蚀、高频负荷和运动周期和冲击决定。其中一些因素是不可能确定的,或者是很难确定的。

约翰•华莱士是一名机械工程师,在工程、制造和质量保证方面有超过30年的行业经验。2003年以来,他一直担任AST轴承的运营副总裁。可以通过John.Wallace@astbearings.com联系到约翰

史蒂文•桑切斯体育是一名机械工程师学位,新泽西州的注册专业工程师,BSA认证轴承专家,在工程和制造领域拥有超过25年的行业经验。自2013年以来,他一直担任AST轴承的工程经理。可以通过Steven.Sanchez@astbearings.com联系史蒂文

润滑

金属对金属球面滑动轴承

对于需要维护的球面滑动轴承(金属对金属),润滑可以通过减少摩擦和磨损增加轴承的寿命,还可以减少噪音和提供防腐屏障。

为了使润滑有效,油脂必须流入负载区域-内圈和外圈之间的接触区域。当润滑脂不能流进负载区时,必须卸载轴承,以便有效地润滑它。在运行期间定期对轴承进行再润滑,并在运行条件改变时重新检查,这将大大延长其使用寿命。推荐使用含极压添加剂的NLGI 2级润滑脂。

负载区润滑剂不足,导致金属间接触,导致轴承过早失效。在内圈(球)上有特殊沟槽图案的轴承可以增加轴承在肮脏和极端环境下的寿命。这些凹槽通过提供额外的通道将润滑剂移动到负载区域,从而促进更有效的润滑剂分布。此外,沟槽移动并捕获污垢和碎片,从而使这些污染物远离滚道表面。这些轴承也有溢价。

免维护钢对ptfe球面滑动轴承

对于钢- ptfe内衬(织物或复合材料)球面滑动轴承,重要的是避免额外的润滑。滑动接触面的任何润滑都可能破坏轴承内部的自润滑性能,缩短轴承的使用寿命。

当工作条件需要加强密封和防腐保护时,建议在轴承周围的空间填充锂基润滑脂。

总结

径向球面滑动轴承在非公路领域发挥着重要的作用,特别是在建筑、林业和农业部门,因为它们对这些行业中使用的设备和车辆至关重要。它们是原始设备制造商能否创造耐受极端环境的可靠产品的关键。了解径向球面滑动轴承的基础知识,以及它们与其他常用组件的比较,是做出良好设计选择的基础。


文章“简单,但坚强”出现在2021年6月《输变电工程》。新历18luck官网

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轴承