球面滚子轴承

球面滚子轴承（精选七篇）

球面滚子轴承 篇1

随着调心球面滚子轴承从原来的矿山、冶金行业逐步扩大到家电、公共服务 (电梯、空调等) 等行业的应用中, 针对调心球面滚子轴承在使用过程中出现的问题及争议越来越多。为了推广、普及调心球面滚子轴承的应用, 本文针对调心球面滚子轴承在应用中的主要问题———游隙的检测进行了探讨。

在调心球面滚子轴承的应用中, 游隙是一个十分重要的参数, 它关系到轴承的使用寿命和轴承的旋转精度。游隙的选取使用是非常理性化的问题, 它不仅要考虑产品的使用工况, 还要考虑相配件的公差参数, 否则游隙选择不合理将直接影响到产品的应用。

1 理论分析

如图1所示, 调心球面滚子轴承的游隙, 理论上是外滚道凹面和内组件凸面间的间隙, 实际上从调心滚子轴承的结构上看, 轴承的径向游隙是在轴承滚子与内、外圈的接触线上出现, 与轴承的中心平面存在一个α夹角。由于调心球面滚子轴承为双列结构, 两列滚子的接触角是同时出现并且是相对的, 因此轴承的径向游隙也呈两个方向, 其间的夹角为2α。这样对于调心滚子轴承的径向游隙测量较为困难, 因为无法从某个方向单独测量一列滚子与内、外圈之间的径向游隙, 就只有简单的从径向同时测量两列滚子的综合径向游隙, 但这样测量不够准确。同时, 调心球面滚子轴承的球面外圈和内圈还有灵活的调心性能, 这也给径向游隙的准确测量增加了困难。由此我们知道由于结构的特殊性, 调心球面滚子轴承的径向游隙测量是近似的测量, 且测量效率低、测量精度低。在一般的应用场合, 游隙的测量精度对使用影响不大, 但应用于特殊精密场合时, 就需要严格精确地测量径向游隙。

2 测量方法

现行的调心球面滚子轴承径向游隙的测量方法大致有4种:1) 采用径向游隙仪测量;2) 采用简易的平台推量;3) 采用塞尺测量;4) 测量轴向游隙间接控制径向游隙。

2.1 径向游隙仪测量法

径向游隙仪测量法只适用于外径小于150 mm的调心球面滚子轴承。测量时先让内组合件旋转, 使内阻件处于一个正确的位置, 然后再测量径向游隙。测量时, 内、外圈应在一个铅平面内, 测量载荷不能使滚动体和套圈之间产生变形。仪器的重复精度要符合有关标准。

2.2 简易平台推量法

简易平台推量法是在一平台上紧固内圈、推外圈的一种游隙测量方法。测量时, 要使外圈紧贴平台, 反复平移外圈, 仪表显示的最大值即为径向游隙值。

2.3 塞尺测量法

塞尺测量法是调心球面滚子轴承游隙检测的主要方法。该方法操作简单, 效率高。但由于采用的是极限量规法, 不能确定游隙的确定值。在生产实际的应用中, 常因测量人员的技能、测量人员的体质变化。因同一塞尺, 力量大的人能抽过而力量小的人抽不过而产生测量误差。况且用塞尺测量法检测径向游隙的判定准则歧义较多, 表现有:

1) 用较大的一个塞尺试塞外圈与每列滚子之间的间隙, 当有3个滚子处的间隙能通过塞尺, 其余不能通过时, 该塞尺厚度定为被测轴承的最大径向游隙;用较小的一个塞尺试塞外圈与每列滚子之间的间隙, 当3个滚子处的间隙不能通过塞尺, 其余能通过时, 该塞尺厚度定为被测轴承的最小径向游隙[1]。

2) 调心球面滚子轴承径向游隙的测量, 一般是采用塞尺进行, 塞尺的选用按照轴承的径向游隙的大小确定。以游隙的最大值和最小值各选一片塞尺, 厚的等于产品的最大极限尺寸 (不过端) , 薄的等于产品的最小极限尺寸 (过端) , 用它们测量产品的径向游隙时, 将塞片插入滚子与外滚道间转动套圈和滚子保持架组件一周, 在连续3个滚子上能通过, 而在其余滚子上不能通过的塞片厚度为轴承的最大径向游隙。在连续3个滚子上不能通过, 而在其余滚子上能通过的塞片厚度为轴承的最小径向游隙[2]。

3) 大型、特大型圆柱滚子轴承和调心球面滚子轴承径向游隙的检查。这些轴承的径向游隙允许使用塞尺检查, 轴承的最大和最小游隙按下述方法确定: (1) 最大径向游隙。用塞尺沿每列滚子和滚道圆周间隙测量时, 在3个滚子上能通过, 而在其余滚子上不能通过时的塞尺厚度为最大游隙。 (2) 最小径向游隙。用塞尺沿每列滚子和滚道圆周间隙测量时, 在3个滚子上不能通过, 而在其余滚子上能通过时的塞尺厚度为最小游隙。由于用塞尺测量检查径向游隙具有一定的误差。因此, 所测得的最大和最小游隙, 允许大于或小于规定极限数值的0.01 mm。而所测得的最大和最小游隙的算术平均值, 即为该轴承的径向游隙[3]。

上述这些介绍是目前我国关于用塞尺测量球面滚子轴承径向游隙的一些相关规定。由这些规定我们知道, 关于球面滚子轴承的径向游隙塞尺测量法的不同定义存在着略微的差异———即滚子的“三过”和“三不过”是连续还是非连续的规定。正常的应用中, 我们通过理论分析认为, 对于中、小型的球面滚子轴承宜采用非连续判定, 而对于大型的球面滚子轴承宜采用连续判定为好。

2.4 测量轴向游隙间接控制径向游隙

球面滚子轴承的径向游隙也可以通过测量轴向游隙间接控制径向游隙。轴向游隙虽不能精确反映径向游隙但可以近似反映径向游隙。径向游隙和轴向游隙的关系式是:Ga=1.5Gr/e=Gr/tanα

式中, Ga为轴承的轴向游隙, Gr为轴承内圈在对角线上与外圈球面滚道之间的径向游隙, α为轴承的接触角, e值取决于轴承的接触角α (e=1.5tanα) 。

测量外径小于150 mm的调心球面滚子轴承可采用X193、X194仪器进行测量。但在测量外径大于150 mm的调心球面滚子轴承时, 需要用简易测量法进行 (外径小于250 mm、大于150 mm的产品无法测量轴向游隙) 。测量调心滚子轴承的轴向游隙虽然比较方便, 但轴向游隙不能正确反映调心滚子轴承的内部间隙情况, 调心滚子轴承的轴向游隙除与轴承的径向游隙有关外, 还与轴承套圈的形状和位置误差有关。

由于国家标准径向游隙有最大、最小两个极限值, 又因为轴承零件加工中的制造误差, 故计算出的轴向游隙也有大小两个极限尺寸, 在计算轴向游隙的最小值Gamin和最大值Gamax时, 代入公式的Gr分别用Grmax和Grmin即可。

3 结论

为了对上述几种测量方法进行比较, 我们用8个型号的产品做了对比实验, 实验结果如表1。

mm

由表1可知, 用测量轴向游隙的方法控制径向游隙存在一定的测量误差, 原因是受零件的形状误差影响。而其它测量方法测出的值, 它们之间变化不大。各种方法间的区别是测量范围、测量效率、劳动强度的区别。在调心球面滚子轴承径向游隙的测量方法中, 塞尺测量法是最简单、效率最高、适用范围最广的一种方法, 测量精度完全可以满足一般产品的测量应用。游隙仪法是精度比较高的一种测量方法, 适用于高精度的产品。

参考文献

[1]陈龙.滚动轴承应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[2]中国轴协职工教育委员会.装配制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.

球面滚子轴承 篇2

功能梯度材料圆柱滚子轴承承载能力研究

为解决轴承“边缘效应”问题,提高轴承的承载能力,文中采用有限元法对功能梯度材料圆柱滚子轴承滚动体的`材料性能对轴承最大等效应力和最大接触应力的影响进行了研究.研究结果表明:当滚动体材料性能分布合理时,在一定程度上可以降低轴承滚动体的最大等效应力和最大接触应力,降低或避免轴承滚动体“边缘效应”问题,提高轴承承载能力.

作 者：张秀娟 张松哲 魏延刚 ZHANG Xiu-juan ZHANG Song-zhe WEI Yan-gang 作者单位：大连交通大学,机械工程学院,山东,大连,116028刊 名：机械设计 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MACHINE DESIGN年，卷(期)：25(3)分类号：O343.3 TH133.33关键词：有限元分析 功能梯度材料滚子轴承 材料性能 承载能力

球面滚子的热弹流研究 篇3

滚子轴承的滚动体有球面滚子、圆锥滚子、相交圆弧滚子、对数滚子等类型,其润滑问题属于有限长弹流研究的范畴。先后有学者研究了相切圆弧修形滚子[1]、相交圆弧滚子[2]、圆锥滚子[3]、对数滚子[4,5,6]的弹流特性。已有研究表明:对数滚子可实现载荷的轴向均匀分布,但弹流状态下的最佳凸度量与干接触下的凸度量不同[5,6]。调心滚子轴承和球面滚子轴承结构类似,在需补偿对中误差及有冲击性径向载荷条件下,它们的结构强度的优越性突出,因而被广泛应用于冶金、矿山等行业。调心滚子轴承和球面滚子的滚动体均为鼓形滚子,其主要几何参数包括滚子中部半径Rx、滚子母线曲率半径Ry、滚子长度L。其中,Ry远大于Rx,即鼓形滚子的椭圆比已超出Dowson膜厚公式的回归范围。大椭圆比使计算难以收敛,一般认为球面滚子的润滑特性表现为点接触弹流的特点[7]。近期有研究指出此类滚子在静弹性状态下可出现边缘效应[8],可见文献[7]的结论不全面,对球面滚子的弹流润滑研究尚待深入。

1 数学模型及求解技术

图1为球面滚子示意图。该类滚子具有接触域狭长的特点,本文使用有限长热弹流润滑模型对球面滚子进行分析。分别沿卷吸速度方向、滚子轴向和膜厚方向建立x、y和z坐标。分析模型包括Reynolds方程、Roelands黏压-黏温方程、密度方程、载荷平衡方程、膜厚方程及油膜和两固体的能量方程。在对数学模型进行量纲一处理后,数值求解在压力场和温度场之间迭代进行。

压力求解使用多重网格法,其中弹性变形使用多重网格积分法。设置6层网格,在最高层网格上,x、y方向分别均布129个和513个节点;温度计算用扫描求解方法,扫描只在最稠密的网格层上进行。z方向在油膜中设11个等距节点,两固体中各设6个节点,越接近油膜处节点越密,其间距为等比级数,公比为2。x方向的求解域为[-3.6e,1.8e],其中e为对应无限长线接触的Hertz接触半宽;利用对称性,y方向的计算域为[0,0.5L]。压力初值取对应的无限长线接触Hertz压力场,温度初值可取为环境温度t0。温度和载荷的计算精度分别取为1×10-5和1×10-4。表达结果的量纲一量包括:X=100x/Rx,Y=100y/Rx,H=105h/Rx,P=p/pH,T=t/t0,其中p为压力,pH为相应的无限长线接触最大Hertz接触压力,h为膜厚,t为绝对温度,详见文献[9]。

假设润滑油为牛顿流体,取环境温度t0=313K(即40℃),摩擦副的综合弹性模量E′=226GPa。两固体的热导率ka=kb=46W/(m·K),质量热容ca=cb=470J/(kg·K),密度ρa=ρb=7850kg/m3。矿物油的参数为:环境黏度η0=0.08Pa·s,Barus黏压系数α=21.9GPa-1,Reynolds黏温系数β=0.0476K-1,环境密度ρ0=870kg/m3,热导率k=0.14W/(m·K),质量热容c=2000J/(kg·K)。滑滚比为S=(ua-ub)/ue=0.2,卷吸速度ue=(ua+ub)/2=2.0m/s,其中,ua、ub分别为摩擦副两表面的线速度。滚子长度L=6mm,滚子中部半径Rx=6mm。限于篇幅,本文不讨论温度场的计算结果。

2 结果及讨论

2.1固定载荷情况下增大椭圆比

记Ke为椭圆比。令载荷w=630N(pH=0.793GPa)而变化Ke,计算结果见图2、图3。当Ke=23时压力和膜厚表现为典型的点接触弹流分布规律;当Ke=29.11时,压力分布沿滚子全长,端部膜形仍呈闭合状;当Ke=40时,压力和膜厚已表现为有限长线接触的特点,端部压力开始升高,出现边缘效应,端部膜形呈发散状;当Ke=80时,压力边缘效应和端部膜形的发散程度趋于显著;当Ke=150时,压力边缘效应和端部膜形的发散程度更为剧烈。随着Ke的增大,在滚子轴线方向上压力逐渐向端部分布直至出现边缘效应,膜厚也由闭合状向发散状转变。端部膜厚的闭合效应可视为轴向径缩。由图2、图3可见,随Ke的增大,二维弹流润滑逐渐从点接触弹流润滑转变为有限长线接触弹流润滑。图4给出了Ke值从23变化到35的过程中,端部膜形由闭合向发散转变的过程。由图4可见,Ke=29.11是膜形闭合与膜形发散的临界值,压力边缘效应的出现总是与端部膜形闭合效应的消失相对应。端部膜形的闭合效应为滚子摩擦副形状的优化设计提供了机会[10]。文献[11]也对闭合效应进行过讨论。

(e)Ke=150

图5为静弹性接触区随Ke变化的示意图。当Ke=1时,接触区为圆;当Ke>1时,接触区为椭圆,记a和b分别为椭圆的短半轴和长半轴。随Ke的增大,a减小而b增大。定义滚子全长L为名义接触长度,2b为滚子足够长时的假想接触椭圆长轴长度。由于滚子为有限长,当Ke足够大时将导致2b>L,即出现压力的边缘效应。对于图2～图4的算例,当Ke=29.11时,2b=L=6mm,而Ke=29.11恰为压力边缘效应产生和膜形由闭合变为发散的临界值。椭圆比Ke对中心膜厚与最小膜厚的影响见图6,由图6可见:当Ke>29.11即边缘效应出现后,最小膜厚将出现在滚子端部,并随着边缘效应的加强急剧减小,此时Dowson点接触最小膜厚公式已不适用,但能较准确预测中部的最小膜厚。

1.量纲一中心膜厚的数值解 2.Y=0截面的量纲一最小膜厚的数值解 3.Dowson膜厚公式求得的量纲一最小膜厚 4.量纲一最小膜厚的数值解

2.2固定椭圆比情况下增大载荷

工程上的鼓形滚子在工作过程中其椭圆比不变但要承受动载荷,而增大载荷也会导致2b>L,从而出现边缘效应。取椭圆比Ke=31,令载荷在200N(pH=0.447GPa)到1890N(pH=1.374GPa)之间变化,其中,w=555N时,2b=L=6mm。压力和膜厚的变化规律与图2～图4类似。限于篇幅,仅给出膜厚随载荷的变化曲线(图7),其规律与图6相同,即当w>555N时,最小膜厚将出现在滚子端部,并随着边缘效应的加强急剧减小。此时Dowson点接触最小膜厚公式已不适用,但能较准确预测滚子中部的最小膜厚。 因球面滚子属于长椭圆接触并且滚动体在承载区内承受周期性动载荷,如设计不当,在工作过程中将出现点接触与线接触润滑状态的周期性转化,恶化材料的应力状态,从而导致疲劳失效。

1.量纲一中心膜厚的数值解 2.Dowson膜厚公式求得的量纲一最小膜厚 3.Y=0截面的量纲一最小膜厚的数值解 4.量纲一最小膜厚的数值解

3 结论

(1)对球面滚子的弹流分析表明,当实际接触长度小于名义接触长度(即2b<L)时,球面滚子的润滑状态具有点接触弹流的特征;随椭圆比或者载荷的增大,当2b≥L时,球面滚子的润滑状态向线接触状态转变,出现压力和膜厚的边缘效应。设计时应保证足够的名义接触长度。

(2)边缘效应出现时,鼓形滚子的端部膜形总由闭合状转变为发散状。

参考文献

[1]Liu X L,Yang P R.Analysis of the Thermal Elasto-hydrodynamic Lubrication of a Finite Line Contact[J].Tribology International,2002,35(3):137-144.

[2]孙浩洋,陈晓阳,杨沛然.相交圆弧修形滚子的重载热弹流研究[J].机械工程学报,2004,40(7):99-104.

[3]杨萍,杨沛然,刘晓玲.圆锥滚子的等温弹流润滑数值分析[J].摩擦学学报,2005,25(5):456-460.

[4]马家驹,徐文,陈晓阳.滚子摩擦副弹流特性及其应用Ⅱ.工程对数滚子的弹流数值解[J].摩擦学学报,2000,20(1):63-66.

[5]孙浩洋,陈晓阳,刘春浩,等.Lundberg对数滚子的热弹流特性及其凸度量的修正[J].摩擦学学报,2008,28(1):68-72.

[6]孙浩洋,陈晓阳,张宏信.对数滚子的热弹流凸度量设计研究[J].摩擦学学报,2010,30(6):567-571.

[7]陈晓阳,张直明,马家驹.有限长线接触弹流润滑的现状与展望[J].摩擦学学报,1997,17(3):281-288.

[8]李思成,陈晓阳,陈爱华,等.重载下调心滚子轴承接触应力分析及凸形设计[J].轴承,2010(4):1-6.

[9]孙浩洋.凸度滚子的稳态热弹流设计和动态等温特性研究[D].上海:上海大学,2005.

[10]马家驹,陈晓阳,刘双表.滚子摩擦副弹流的闭合效应[J].中国机械工程,1999,19(1):71-73.

圆柱滚子轴承结构的改进 篇4

从轴承寿命L=a1*a23* (C/P) 3/10可以看出, 可采取各方面的技术措施来提高轴承寿命 (L) , 其中提高轴承的承载能力 (额定动负荷C) , 是延长轴承寿命的主要途径。因此, 我们必须对轴承进行优化设计, 改进轴承内部结构。

1 改进圆柱滚子的型面

1) 采用凸度滚子, 消除或减轻滚子边缘的应力集中。实践证明, 由于疲劳剥落而损坏的绝大多数圆柱滚子轴承, 几乎全部是在滚子两端的边缘处开始疲劳损坏, 这是因为滚子的边缘效应引起接触应力集中所致。如图1滚子负荷应力图所示。滚子边缘效应所引起的滚子应力, 一般要比计算应力大3~6倍, 接触应力和变形显著增大的那一段长度, 相当滚子长度的0.07~0.17倍。因此, 需要改变一下滚子的母线形状, 将滚子做成带有凸度形的, 这样就可以使其负荷应力在接触面上均匀分布, 如图2全凸形滚子负荷应力图和图3修正线凸度滚子负荷应力图所示。全凸形状的滚子主要问题在于形状难制造加工;难以控制滚子在轴承中不产生偏斜;轴承的负荷容量有所损失, 而修正线凸度滚子, 却无全凸滚子的缺点。

2) 圆柱滚子修正线凸度的计算。当滚子的偏转角度θ=0时, 径向负荷则正中作用于滚子的工作表面上, 滚子的弹性变形δ (mm) 与滚子 (轴承钢) 的弹性常数Cb (kg/mm) 和轴承滚子负荷PR (kg) 的函数关系为:

式中:le-滚子的有效长度 (mm) 。

根据轴承的长期应用实践, 通常把轴承径向承载负荷归纳为:

轻负荷PR≤0.07C

正常负荷0.07C

重负荷PR>0.15C

滚子负荷的确定, 应考虑通用圆柱滚子轴承的常用实际工况条件, 因而取式 (3) 中的“正常负荷”。同时, 也考虑在“正常负荷”范围内的大多数轴承的实际应用工况, 一般取:

由式 (1) 、 (2) 和 (4) 可推导出滚子的弹性变形。

所谓滚子的修正线凸度量δΔ是滚子的单向弹性变形量, 即滚子的弹性变形量δ的1/2。

修正线凸度滚子的直线部分占滚子全长的70%左右;两头凸度部分的长度各占滚子全长的15%左右。

2 增大圆柱滚子的体积

1) 加大滚子的直径和长度

当轴承的当量动负荷一定时, 轴承的额定寿命L与额定动负荷C成正比变化, 而圆柱滚子轴承的额定动负荷C为:

式中:fc—系数;

le—滚子的有效长度 (mm)

Z—滚子的数量;

Δ—滚子的直径 (mm) 。

从式 (7) 可看出, 额定动负荷C是滚子的长度, 直径和数量的函数。因此, 对轴承结构设计来讲, 亦力求增大圆柱滚子的体积, 即加大滚子的直径和长度, 提高轴承的额定动负荷能力, 从而达到提高轴承寿命的目的, 这种轴承可称为加强型圆柱滚子轴承。

2) 加强型圆柱滚子轴承结构设计参数

(1) 加强型圆柱滚子轴承结构设计主参数, 适用于轴承的2、3、4、5和6系列。

滚子的长度一般可取:

(2) 滚子的直径一般取:

(3) 一般型与加强型圆柱滚子轴承的承载能力及寿命的对比。通过计算, 加强型比一般型的圆柱滚子轴承的额定动负荷平均提高43%、额定静负荷平均提高33%、额定寿命平均提高3倍以上, 详见表1。

当前, 轴承工业正在继续上质量、上品种、上水平和上效益, 应当十分重视采用凸度滚子。本文从轴承延寿出发, 并考虑到技术上的先进性、经济上的合理性和加工制造的可能性, 所提出的滚子凸度计算方法是可行的。

根据计算加强型圆柱滚子轴承比一般型圆柱滚子轴承的额定动负荷平均可提高43%、额定静载荷平均可提高33%、额定寿命平均提高3倍以上。因此, 在发展轴承品种、开发加强型圆柱滚子轴承时, 本文 (8) 、 (9) 提出的轴承结构主参数值, 可以作为轴承供需双方相互制约、共同遵守的技术依据。

参考文献

[1]Eschman·Hasbargen·Weiand.Die Walzlagerpraxis, 1978.

[2]徐学当, 方明岸.德国FAG轴承公司概况.轴承产品技术, 1982.

[3]徐学当, 方明岸.德国FAG轴承公司概况.轴承研究中心, 1981.

[4]Johannes Br·dlein;The Effect of Misalignment On the Life cylindrical Roller Bearings and Teperd Roller Bearing, 1971.

单列圆锥滚子轴承游隙调整 篇5

单列圆锥滚子轴承是工业设备中基础零部件, 其发达程度体现了一个国家的科学技术和社会生产力发展水平。逐渐成为工业制造厂商升级产品主导产业。大批大量生产模式的确立使制造业达到了一个前所未有的颠峰时期。但是近几年来, 随着轴承技术的快速发展和轴承装配方式不断提高, 使用单位对轴承的要求也日趋多样化, 面对轴承变化迅速且无法预测的多种样, 传统的装配方式也有很大变化与需要。在这种情况下, 轴承游戏的调整意义重大, 从现在的使用、安装模式的演变中我们可能会得到有益的启示。[1]

1 单列圆锥滚子轴承游隙调整

滚动轴承的装配是机器装配和修理工作中经常要做的一项操作, 而滚动轴承游隙的调整是滚动轴承装配工作的一个重要环节。准确把握游隙调整的工艺概念, 并且在装配工作中正确地运用这种工艺方法, 是轴承装配工作质量的保证。

滚动轴承的游隙是指在一个套圈固定的情况下, 另一个套圈沿径向或轴向的最大活动量, 故游隙又分为径向游隙和轴向游隙两种。

滚动轴承装配时, 其游隙不能太大, 也不能太小。游隙太大, 会造成同时承受载荷的滚动体的数量减少, 使单个滚动体的载荷增大, 从而降低轴承的旋转精度, 减少使用寿命;游隙太小, 会使摩擦力增大, 产生的热量增加, 加剧磨损, 同样能使轴承的使用寿命减少, 严重时造成电机过负荷不能正常运行, 轴断裂等故障。因此, 许多轴承在装配时都要严格控制和调整游隙。

滚动轴承实际的理想工作间隙, 是在轴承温升稳定后所调整的间隙。因此, 轴承游隙的调整应分两个阶段进行:首先在常温下按照有关的操作规范和技术要求对轴承游隙进行调整, 至间隙合适并用手转动应感到旋转灵活;然后, 将调整机构适当回松 (防止试车时由于温度升高而使轴承突然抱死) , 进行空运转试验, 从低速到高速空运转时间不超过2小时, 在最高速的空运转时间不少于30分钟, 轴承应运转灵活、噪声小、工作温度不超过50℃, 最后将调整机构复位并锁紧即可。?游隙的调整通常都是采用使轴承的内圈对外圈作适当的轴向相对位移的方法来完成的。

圆锥滚子轴承通常是分离型的, 即由带滚子与保持架组件的内圈组成的圆锥内圈组件可以与圆锥外圈 (外圈) 分开安装。圆锥滚子轴承主要承受以径向为主的径、轴向联合载荷, 所以圆锥滚子轴承游隙的调整非常重要。

实例一:白灰车间链式给矿机减速机运行近两年, 一段轴断, 更换减速机一段轴后, 电动机的过热经常动作, 设备不能正常运行, 用手动盘转检查发现阻力非常大, 为了确定故障出在电动机还是减速机, 将联轴器断开, 分别用手动盘转检查, 电动机旋转自如, 而减速机的阻力非常大, 确定问题出在减速机, 打开减速机视窗检查一段轴, 齿轮是斜齿, 经过分析判断认为:是减速机一段轴轴承游隙调整过小造成。将减速机一段轴端盖螺栓松开, 再用手动盘转, 减速机旋转自如, 证明当时的分析判断正确, 经过对减速机一段轴轴承游隙的调整, 链式给矿机运行正常。

实例二:白灰车间C2减速机运行将近一年半多, 一段轴断, 一段轴经过修复更换, 运行30分钟, 减速机一段轴轴承温度高, 对减速机一段轴轴承游隙的调整, C2皮带机运行正常。

实例三:2#回转窑主传动减速机运行近一年零八个月, 一段轴断, 从原厂购进减速机一段齿轮轴, 进行更换, 回转窑主传动减速机不能正常运行, 会给回转窑带来极其重大的损害, 由于此减速机地位的特殊, 必须给予高度重视, 经过查找资料、认真研究, 严格按资料提供的数据对轴承进行调整, 保证了修复后的减速机运行。

那么单列圆锥滚子轴承游隙怎样调整呢?

单列圆锥滚子轴承的接触角有两种, 第一种是15°、第二种是25~29°。常见的是第一种, 即轴承接触角为15°的, 如图1所示。

在有关资料中要求轴承的游隙, 应优先选用基本组游隙。轴承的游隙是按轴承公称内径选择的。单列圆锥滚子轴承资料中给的是轴向游隙, 是从0.02~0.35mm非常难以测量, 同时又给了径向游隙与轴向游隙的关系试:C=2Ca tgβ, 径向游隙比较容易测量, 用塞尺测量就可以了, 非常方便。

式中:C———单列圆锥滚子轴承径向游隙

Ca———单列圆锥滚子轴承轴向游隙

β———单列圆锥滚子轴承的接触角

如:某单列圆锥滚子轴承轴向游隙为0.12~0.2mm, 查得tg15°=0.2679, 那么此轴承的径向游隙应为, C=2Ca tgβ=2× (0.12~0.2) ×0.2679= (0.064~0.107) mm。

从以上计算中不难看出, 单列圆锥滚子轴承轴向游隙是径向游隙的两倍, 这样就给我们带来很多方便, 不必查tgβ值, 简单计算即可得到单列圆锥滚子径向游隙, 利用塞尺测量单列圆锥滚子径向游隙, 轴承的径向游隙超出给定的范围, 按超出数值的两倍加垫调整轴承游隙, 轴承的径向游隙小于给定的范围, 按小于数值的两倍减垫调整轴承游隙。以上轴承游隙调整往往都是在轴承端盖没有使用密封胶时进行的, 所以, 调整轴承游隙应趋近于轴承游隙给定范围的小值。

新购进的减速机, 也不要盲目相信厂家轴承游隙调整的得当, 在重要地点使用的减速机有必要打开视窗进行检测, 轴承游隙得当, 直接使用, 轴承游隙不得当也要调整。

2 结束语

综上所述, 滚动轴承游隙的调整, 是提高轴承旋转精度和承载能力、降低传动系统振动和噪声的有效手段, 操作中除了应达到滚动轴承装配的一般技术要求外, 还要重点考虑轴承温升和润滑对调整工作的影响, 并且在进行空运转试验之后还要进行细致的检查和二次调整, 耐心细致的工作态度也是装配维工作不可缺少的良好品质。?滚动轴承游隙的调整是一项刻不容缓的工作。

摘要：滚动轴承的装配是机器装配和修理工作中经常要做的一项工作, 而滚动轴承游隙的调整是滚动轴承装配工作的一个重要环节。准确把握游隙调整的工艺概念, 并且在装配工作中正确地运用这种工艺方法, 是轴承装配工作质量的保证。

关键词：滚动轴承,游隙调整,实例

参考文献

[1]吕克.最新国内外轴承代号对照手册[Z].中国机械工业集团洛轴轴承研究所.

[2]张松林.中国机械工程学会编丛书名[M].江西科学技术出版社.

轴承圆柱滚子质量涡流探伤检测 篇6

1 涡流检测原理

在一个发射绕组及两个相对的接收绕组内有两个铁芯。对此系统施加交变电流, 则系统周围会产生磁场。这是一个平衡的系统。两个接收绕组之间的电压差为0伏。当这种差动方式的探头移动到导电工件表面时, 工件表面会产生涡流。涡流会阻碍探头芯产生的磁场, 从而接收绕组中的感应电压会下降。当两个探头芯下的工件表面相当时, 两个接收绕组差动电压为0伏。当探头移过裂纹时, 涡流部分中断及变弱。其结果是第一个铁芯磁力线增强, 之后是另一个铁芯磁力线增强。接收绕组中的感应电压增加, 差动电压改变。涡流检测仪器可以识别裂纹引起的差动电压的改变, 从而检测到表面缺陷。如图1所示。

2 滚子标样的制作

2.1 标样介绍

涡流检测的成功与否取决于所选标样是否合适。涡流检测实际上是一种通过零件和标样比较的方法, 经数据及对代表分选性能的标样进行物理检测就可确定分选的有效性。通过标定来对零件进行合格筛选。

检测的目的是确保拒收含有临界不连续的零件, 更重要的是, 必须把所有不安全和可能造成人员损害或死亡的零件同安全可靠的零件分隔开。

2.2 标样用途

标样可用于检验涡流检测设备的工作情况 (如建立频率、增益、门槛值等) , 也可用于检测区域所有行为的校准 (涡流设备的稳定性, 零件和探头固定装置的稳定性, 门槛值的准确性等) 。参考标样可以用于NDT仪器的校准, 但通常校准设备和检测用标准件是分开的。标准件用于在一组被检和被接受零件放行前确认涡流检测的准确度。

2.3 滚子标样制作要求

用于调整仪器的灵敏度和建立验收级别的参照标准将与生产零件具有相同组成和条件。

由于国内没有轴承圆柱滚子标准件制作标准, 国外标准中有提出参照标准件将有两个人工缺陷。机加工在代表性的圆柱轴承滚动体的承载表面上, 没有其他明显的自然缺陷。人工缺陷将带有电火花加工的槽, 其平行于承载表面中心轴线, 彼此相距圆周上120°。其中一个槽位于承载表面的中截面处, 规格为0.762mm长×0.051mm宽×0.051mm深;另一个槽位于承载表面的边缘, 规格为1.524mm×0.05mm×0.05mm (长×宽×深) 。槽的尺寸公差为±0.0127mm。

3 检测过程

清洗

由于灰尘及脏物引起的提离效应, 因为滚子涡流检测的特殊性, 零件短小, 有的只有直径4mm大, 在检测时应确保滚子清洗干净, 主要防止两方面, 一个是存在的杂质会影响零件跳动, 导致被检侧面与探头的距离变化;另一方面不洁净的滚子在传输过程中出现粘连导致零件跳动也会造成检测信号变化, 从而干扰检测。

防止电磁干扰

在检测过程中将干扰源如电脉冲、磁场、电焊及其他电磁设备远离线圈。

边缘效应

测量靠近工件边缘易产生边缘 (提离) 效应, 对检测结果产生较大影响, 通过设置检测延迟编码器脉冲数避开干扰。

参数设置

检测频率设置400KHz, 检测工件直径、工件长度设置实际值, 线性速度应小于工件长度数值, 分选编码器脉冲设置应根据零件大小调整合适参数 (通过调整挡板节奏使之恰好做分选动作即可) 。之后应按计算按钮确定工件转速 (重要) 。

机械部分调整

料道调整

因为零件相对较小, 适合的轨道能够防止滚子站立、打横, 能够有效保证传输。需要对料道进行调整, 保证滚子刚好顺利通过即可。

探头调整

因为探头由X、Y机构固定, 探头只能沿滚子传输方向移动, 因此保证探头与滚子被检测面距离为0.5mm, 此时为最佳距离。

光纤调整

光纤调整分两部分, 其一为上料系统检测是否缺料控制振动盘工作, 此光纤应调整能够及时震动上料即可。另一部分为计数光纤, 是位于探头附近监控滚子数量, 应调整强度保证在滚子连接处指示灯灭, 在滚子承载面指示灯亮, 否则会计数错误, 从而导致检测结果错误。

进行标定

使用参考标样进行标定, 将缺陷特征记录为典型不合格参考值, 将5件或以上合格件做为合格参考值, 并对标样进行测试, 应能分选为不合格零件。

实施检测

各机械电气工位调整良好及参数设置完毕后, 按动检测开关即可实施检测, 检测过程中出现故障时机器能够自动停止工作并报警, 裂纹检测系统故障界面会显示故障原因。检测结束后可以将检测结果通过usb输出保存, 用于问题分析。实物检测见图2, 原理图见图3。

信号分析与结论

eddyvisor设备在检测圆柱滚子上还没有广泛使用, 在近两年的使用与摸索中也不断出现一些问题, 这些问题基本是由于对设备的不熟悉造成, 在分析问题并完善后能够有效的实施检测并控制产品质量, 现将主要影响检测结果的几方面因素进行总结。

探头与工件距离影响

在相同的增益下探头与检测表面0.7mm时的检测信号是探头与检测表面1mm时的两倍, 通过试验证明当探头过于远离检测面时会造成对有伤件的漏检。

光纤设置影响检测结果

影响检测结果主要为计数光纤, 当光纤没有识别滚子数量时会将两粒滚子中间的缝隙判定为缺陷, 从而报警, 其导致结果为不合格且计数错误。正常光纤是放置于滚子上方并垂直于滚子承载面, 通过设置光纤强弱来实施计数, 如果强度适合, 当光纤照在承载面上时返回的光能够被接收到则判定为一粒滚子在当前位置没有结束, 当光纤照到两粒滚子的缝隙时没有足够的光返回时则判定为检测结束。所以, 光纤的强弱应保证恰当才能确保检测结果。

分选编码器设置对检测结果的影响

因为分选合格与不合格件的挡板是通过电磁扭转实现, 而其动作节奏是通过设置分选编码器参数完成, 一般情况下我们通过肉眼观察节奏, 只要零件落下挡板动作与否不会干扰下落即为合适 (产品不合格时必须动作) 。但通过实际测试发现, 挡板动作协调时对合格不合格件分选并不是完全正确, 而是应该寻找实现协调动作的最小参数, 并对样件进行测试合格后才能有效保证检测后的分选可靠性。

杂质及污物的干扰

零件表面存在杂质或检测设备主轴不干净导致滚子运转时产生抖动, 造成检测面与探头距离的变化, 产生严重干扰信号, 这种情况下基本为不合格。

零件存在油污产生粘连现象, 由于滚子体积较小, 很少的油污都会造成之间的粘接, 因为滚子在检测时是沿轴向排列送料, 粘接的可能性更大, 发生粘接时由于前一粒滚子下落时带动后面的, 造成提离效应, 形成不合格信号, 造成拒收。

滚子形状特点引起提离效应

所谓提离效应就是指变化的电磁场作用在导体附近, 导体内产生电涡流。电涡流的大小随着变化电磁场与导体的距离改变而变化, 这就是提离效应。因为滚子长度较小, 在检测中一般在5mm~30mm左右, 而探头在检测过程中移动速度较快, 当探头经过滚子倒角及边缘时, 会产生很大的提离信号, 形成噪声信号。通过以下方式能避免提离影响。

采用光纤及编码器配合的方式

当光纤和探头在同一圆周方向中, 这样检测开始没有问题, 因为光纤测到缝隙后给PLC信号之后触发检测正好有一定的延时 (毫秒级) , 避开了滚子头部噪声区域, 但是检测到尾部缝隙, 经光纤发出信号到PLC到检测结束中间有时间, 尽管很短, 但是将导致探头正好检测到滚子末端噪声区域, 这样就干扰了检测。

解决办法:光纤放置在探头后一点距离, 光纤探测到滚子的缝隙时, PLC延时几个编码器的脉冲触发仪器开始检测, 这样正好避开滚子端部开始区域的噪声区。当光纤探头到下一个缝隙时, 正好是之前检测过的滚子的末端, 通过光纤信号PLC发出停止检测信号给仪器, 正好避开滚子的末端噪声区域。光纤和探头的间距为滚子末端检测的盲区。

如何根据工件长度与检测线性速度确定检测速度并保证探头对零件的有效覆盖?

我们每次检测时需要输入工件直径D (mm) 、工件长度 (L) mm、要求的检测线速度V (mm/秒) 。

(1) 送料脉冲计算

送料轮的直径已知为80mm, 所以周长=80x3.14=251.33mm

送料轮的转速计算=V/251.33转/分钟

已知每转一周送料轮的脉冲为10000个

所以送料轮的脉冲= (10000 x V) /251.33

当要求的线速度为10mm/秒时, 脉冲数为397.88脉冲/分钟。

(2) 驱动轮的脉冲, 驱动电机的脉冲探头的扫查线宽度为0.5mm, 所以扫查的螺纹间距为0.5mm, 在线速度V下, 工件的转速为V/0.5=2V转/秒。

对于小滚轮, 其直径为50mm, 每转一周4000脉冲, 所以驱动滚轮的转速= (2V*D) /50。

脉冲数= (4000x2VD) /50。

已知电机和滚轮的脉冲数比=14:22, 所以电机的脉冲为 (4000x2VDx14) / (50x22) = (160VDx14) /22=101.82x VD。

对于大滚轮, 其直径为100mm, 每转一周4000脉冲, 电机脉冲和滚轮相同。

所以驱动轮的转速= (2VD) /100, 驱动轮和电机脉冲都为 (4000x2VD) /100=80VD。

最终编程时, 将扫查线宽定为0.4mm, 即保证有20%的重复覆盖。

通过已知检测某一零件的检测线速度和送料轮的脉冲数可以计算避开倒角引起提离效应的最小延时脉冲数, 这是理论上的。当我们进行检测时, 可考虑对倒角大的零件脉冲延时数可以大些, 倒角小的设置小些, 最后通过样件检测结果判断或看是不是每一零件检测结束时都不合格判断即可。

4 分析与结论

通过多方面的测试和验证, 在对设备充分了解的基础上eddyvisor涡流探伤设备在检测圆柱滚子方面有很好的作用。随着对轴承产品质量的严格要求和产品需求量的增加, 涡流探伤在轴承滚子方面将会持续完善和广泛应用, 更加提高生产效率。

摘要：针对轴承圆柱滚子实际生产过程中常见的裂纹与其他缺陷, 本文结合实际检测工作, 研究涡流探伤在轴承圆柱滚子质量检测中的应用, 首先介绍参考标样的制作、为保证检测结果的可靠性创造的有效条件和整个检测过程, 重点讨论了探头与工件距离、光纤设置、分选编码器设置对检测结果的影响, 杂质和污物的干扰, 以及滚子形状特点引起的提离效应, 为轴承圆柱滚子产品质量检验提供了参考。

关键词：轴承圆柱滚子,裂纹,涡流检测,杂质干扰

参考文献

[1]张方, 郭顺生, 程松波.金属表面裂纹涡流检测系统[J].测试技术学报, 2006, 20 (5) :467-470.

[2]杨风, 吴其洲.金属表面裂纹深度定量标定系统[J].华北工学院学报, 2004, 25 (3) :227-230.

[3]刘宝, 徐彦霖, 王增勇, 等.涡流检测技术及进展[J].兵工自动化, 2006, 25 (3) :80-82.

[4]Jing Lin.Feature extraction of machine sound using wavelet and its application in fault diagnosis[J].NDT&E Int, 2001 (34) :25-30.

轴承圆锥滚子外观缺陷检测研究 篇7

轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件,对机器的精度以及使用寿命有重要影响。 因此,轴承的生厂商对于轴承滚子表面加工的质量的测量是必不可少的。现有的生产实践中针对于轴承滚子的表面加工质量的检测无专门的检测技术,多数仍采用目视法,依靠经验丰富的技工用眼睛一个一个对轴承滚子进行识别。测试者的主观因素会影响测试的结果; 另外这种人工视觉检测方法检测速度和工作效率低,因此并不适用于大规模现代工业的要求[1,2]。

黄昊等[2]介绍了一种基于图像处理器的圆锥滚子表面缺陷的在线检测系统。徐琛[3]提出一种利用离线样本学习实现轴承外侧表面缺陷在线快速检测的方法。陈廉清等[4]采用计算机视觉识别技术对微小轴承端盖上的缺陷进行了自动识别,设计了一套适合于检测微小轴承表面缺陷的系统. 该系统可以采集到高质量的图像信息. 利用SUSAN算子实现了对图像的分割和微小轴承表面缺陷的快速检测。苏俊宏等[5]针对圆柱型零件高曲率表面缺陷及外形尺寸不能同时进行在线检测的问题,设计并实现了基于机器视觉的在线检测系统。Yang等[6]利用机器视觉的方法实时在线检测圆锥滚子的表面缺陷。以上基于机器视觉的方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度,易于实现信息集成,但在检测微小圆锥滚子表面缺陷有一定的局限性,往往受到CCD相机的光学物理参数、 光学投射器特征参数、传感器本身的结构参数及外界干扰源等等的影响。Jena[7]提出采用振动方法来检测缺陷,但是这种基于振动的方法对小缺陷的检测效果比较不明显。

本研究采用光学单缝衍射原理搭建圆锥滚子外观缺陷检测系统,可以提高缺陷的检测精度和效率。

1形态学算法

为了使得到的衍射条纹更清晰,通过采用形态学运算算法,可有效平滑条纹边缘、去除噪点。形态学运算是一种根据形态学思想发展起来的图像处理方法, 主要的处理对象是二值图像。其主要内容是根据设计的运算、算法、概念,描述图像的基本特点。根据形态学的基本算法,处理和观察图像,可以达到改善图像质量的目的。描述图像的各种几何特征,如面积、骨架、 周长等,这些数据可用于判断缺陷。最基本的形态学运算有开运算和闭运算[10]。

形态学开运算是指先对图像进行腐蚀操作后膨胀处理,以达到移除独立的小区域、小目标、平滑较大目标的边缘的目的,同时不明显改变图像的面积。

开运算的数学表达式为:

式中: S—开运算后的图像; X—二值化后的图像; B—用来表示开运算的结构,每一个结构元素的值为0或1。

利用开运算可以有效去除衍射条纹中存在的噪点。

形态学闭运算是指先对图像进行膨胀操作后腐蚀处理,以达到填充物体目标图像内部微小的缝隙和孔洞,连接相邻目标以及平滑目标边缘的目的,同时不明显改变目标图像的面积。

闭运算的数学表达式可以表示为:

式中: SB—闭运算后的图像; X—二值化后的图像; B— 用来表示闭运算的结构,每一个结构元素的值为0或1。

2基于光学单缝衍射的圆锥滚子外观缺陷检测系统

当光通过与波长相比限度足够小的障碍物时,理论上的阴影区域会观察到光,且光的强度并非均匀分布,这就是光的衍射现象[8]。

夫琅禾费单缝衍射如图1所示。

a—单缝; b—透镜; c—观察屏

单缝A - B面上的子波源发出的平行光经聚焦在观察屏上的透镜焦点O。由透镜近轴光线的等光程性可知,A - B上个子波源发出的光到O点的光程相等, 因此各光线在O点相互叠加呈现出明亮条纹,即中央明纹。

根据菲涅尔半波带法,单缝两端的子波源发出的光到P点的光程差满足下式:

式中: a—单缝宽度; φ—衍射角; m—半波带数; λ 为平行光波长。

当m为偶数时,相邻两个半波带上相应的子波源发出的光的光程差为半波的奇数倍,在观察屏上干涉相消,呈现出暗条纹。同理,当m为奇数时,将会剩下一个半波带无法被消除,在观察屏上呈现出明条纹。 对于其他无法满足式( 3) 的任意衍射角,此时的衍射光束介于明暗之间的中间区域[9]。

衍射光路是圆锥滚子外观缺陷检测系统的基础, 衍射条纹的清晰与否直接影响后续图像处理算法的难易程度和处理效果,因此光路的搭建至关重要。

检测系统如图2( a) 所示,光路主要由5个部分组成: 激光器、透镜、单缝、观察屏、以及带有 透镜的CMOS摄像头。单缝是利用一个静止的圆柱靠近圆锥滚子表面产生的。另外,由于要检测圆锥滚子的整个表面,所以需要让圆锥滚子转动的装置。该系统采用一个转动的圆柱带动圆锥滚子转动,从而实现对圆锥滚子表面曲面的检测。圆锥滚子转动的驱动装置如图2( b) 所示。为了检测圆锥滚子锥面所有区域的缺陷, 这个旋转的圆柱是通过摩擦力带动圆锥滚子的转动, 从而实现锥面所有区域的缺陷。从上述的单缝产生的衍射条纹,照射到如图2( a) 所示的观察屏上,再利用CMOS摄像头可以拍摄一系列不同圆锥滚子表面位置的衍射条纹实现图像的采集。

当圆锥滚子表面不存在缺陷的时候,衍射条纹基本是平行的如图3( a) 所示。当滚子表面存在缺陷时 ( 相当于单缝宽度发生变化) ,此时检测系统可以将圆锥滚子表面上的缺陷转化为相应的衍射条纹,此时衍射条纹将会在圆锥滚子相应部位会产生弯曲现象,如图3( b) 箭头所示的地方。利用CMOS摄像头可以实时捕捉条纹,一旦条纹发生变化就说明该处存在缺陷。 这是检测系统的基本原理。

3实验及结果分析

为了便于提取上述因缺陷存在导致衍射条纹发生的局部变化,该系统利用有缺陷和无缺陷圆锥滚子衍射条纹图像的差运算来突出这种变化,从而实现对缺陷的有效检测。图像的差运算也称为差分运算,是一种常用于检测物体运动及图像变化的图像处理方法。 处理原理是将一个图像矩阵中的像素值减去另一个图像矩阵中对应的像素值,并将得到的差值取绝对值依次赋值到另一个矩阵中,最后得到的便是两幅图像进行差运算后的图像。

有表面缺陷和无表面缺陷圆锥滚子的衍射条纹图像分别如图4( a) 和( b) 所示。对有表面缺陷圆锥滚子表面缺陷衍射条纹图像和无缺陷图像进行差运算结果如图4( c) 所示,从图中可以看出在圆锥滚子缺陷处存在一些条纹,同时在非缺陷出也存在不同程度的噪声。

本研究利用形态学运算平滑条纹边缘并去除噪点,结果如图4( d) 所示。从图中可以清晰准确得到圆锥滚子表面缺陷的存在。在实际工程应用中,利用CMOS摄像头可以实时捕捉条纹,一旦经过差运算和形态学运算的增强条纹有存在就说明该圆锥滚子存在缺陷,从而实现对有缺陷产品的筛选,可以实现检测的自动化。

4结束语

为了解决目前基于目视法的轴承滚子表面加工质量检测效率低,且容易受人为因素影响的问题,基于光学单缝衍射原理,本研究搭建了圆锥滚子外观缺陷检测系统。笔者利用CMOS摄像头采集了一系列不同圆锥滚子表面位置的衍射条纹图像,并将这些图像和没有缺陷圆锥滚子的衍射条纹图像进行差运算,然后再利用形态学运算算法,有效去除噪点,并增强衍射条纹,便于轴承滚子表面缺陷有效检测和识别。