工业齿轮箱中调心滚子轴承应用特点分析

工业齿轮箱中调心滚子轴承应用特点分析

王芳王青松

杭州前进齿轮箱集团股份有限公司311203

摘要：本文主要通过Bearinx的计算分析来研究工业齿轮箱中调心滚子轴承的应用特点，主要表现为几个典型的问题。

关键词：调心滚子轴承工业齿轮箱应用特点分析

一、概述

调心滚子轴承是由内外三条滚道（内一条外两条）倾斜成一定角度的双列滚子，具有非常突出的自动调心能力而得名。调心滚子轴承能够承受径向和轴向的载荷，更多的是对于径向载荷的承载，是齿轮箱的重要组成零件，在齿轮箱中起到的作用主要有：

（1）支撑固定齿轮箱的轴系，承受径向和轴向的应力并进行引导，保障齿轮啮合。

（2）能够实现齿轮箱中的功率传递，并且提供较高的传递效率（即调心滚子轴承的功率损失较低）。

（3）调心滚子轴承还能够实现机械齿轮箱的旋转部分与静止部分分开，提高传递效率，减少耗能损失。

对于齿轮箱的设计，关于轴承部分的设计主要有轴承型号与数量的选择、轴承强度计算和校核以及轴承设计经济性等内容，因此轴承的选择要考虑多种因素，比如寿命、噪声、变形等。

二、轴承型号选择

不同类型的滚子轴承具有不同的特性，适用于不同的使用情况和功能。因此选择合理的轴承型号要充分考虑轴承工作的条件（转速、润滑条件、温度、定位或非定位等）、受力情况以及额定载荷、极限转速等多种因素。每种因素对于轴承的额定寿命等各方面指标具有不同的影响，目前对于这些指标的计算主要还是根据设计任务书上的要求以及相关的经验公式进行估算。选择轴承类型时还要考虑轴承的使用安全性和特殊功能性，本文所述的滚子轴承主要运用于工业齿轮箱。

研究工业齿轮箱中调心滚子轴承的应用特点主要从修正额定寿命、单列受载情况以及角度不对中补偿能力等方面进行分析，本文选择了调心滚子轴承22326为研究对象。为了体现调心滚子轴承在工业齿轮箱中的应用特点，我们还选择了圆锥滚子轴承32326和圆柱滚子轴承NJ2326进行对比。

量a1取1。除了ISO281的寿命计算公式以外，在实际操作时还要充分考虑轴承的工作环境条件、轴承材料性质（抗疲劳能力等）、润滑条件、污染条件以及内部载荷分布情况等因素。我们根据相关科学软件计算以及实际粗略的估计可以得到a2。

对于齿轮箱的输入轴设计可以参考下表的滚子轴承选择，如表1其中，C1表示轴承的基本额定动载荷。由图表可以清楚地看到，调心滚子轴承22326的基本额定动载荷相对最大（这三个滚子轴承的外形尺寸以及工作条件相同）。

根据寿命计算结果可以清楚地看到，调心滚子轴承22326虽然额定寿命相对其他两种滚子轴承的更高一点（为9776个小时），但是修正寿命却相对较低。这主要是因为在相同载荷的条件下，调心滚子轴承22326出现疲劳失效的应力循环次数较少，而且修正额定寿命计算方法考虑到更多的环境影响因素和轴承自身物力性质等因素，所以调心滚子轴承的修正额定寿命更低。

2.角度不对中补偿

对于工业齿轮箱中采用的轴承，其制造的材料往往都不是完全的刚性材料，尤其是现代机械制造业，轴承在工作过程中受到载荷之后会发生径向或者轴向的微小挠曲。工厂的实际加工过程中，轴承的加工水平和技术也决定了轴承或多或少会出现精度问题，比如两个同轴的轴段或者轴孔出现不对中的现象。不对中现象的产生会影响轴承的内部载荷分布情况，因此根据上述分析会进一步影响到轴承的额定寿命，降低轴承的使用性能。调心滚子轴承与一般的圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承不同，其轴承的轴段或轴座在发生不对中时会自我微调，即角度不对中补偿，调整的角度约为1°到2°，相对其他两种滚子轴承的调心角已经是非常大的范围了，加强了调心滚子轴承安装和工作的容错率，这也是调心滚子轴承的重要特性。根据相关检验，轴承的额定寿命（修正）随着角度不对中的变化而变化，一般情况下，不对中角度越大，修正额定寿命的变化率越小。此外，不同类型轴承额定修正寿命变化率随着不对中角度增高的变化情况不同，比如NJ2326的寿命下降变化率在这三种类型轴承中最大，而调心滚子轴承则没有明显的下降，这说明其角度不对中补偿能力强。不同类型轴承额定寿命受到角度不对中影响的情况如表3所示：

可以看到，在发生微小不对中角度的情况下（1mrad），圆柱滚子轴承以及圆锥滚子轴承的修正额定寿命都发生了较大的变化，而且是降低的趋势，调心滚子轴承的修正额定寿命几乎没有发生变化。

3.调心滚子轴承的单列受载

根据经验可知工业齿轮箱一般情况下采用斜齿轮传动，斜齿轮与直齿轮不同，在齿轮传动转矩时会产生一定的轴向载荷，这就使得对于齿轮箱结构设计的工作更加复杂。而且，调心滚子轴承具有相互对称布置的双列滚子，在轴承的运动间隙大于零且在一定程度上小于载荷比时，就会出现仅有一列滚子受载荷的情况，即上面所说的单列承载。具体的公式如下：

根据调心滚子轴承22312的实际情况测得其运动间隙为0.233，在这种条件下，轴承就会产生单列受载的情况。即，调心滚子轴承受到联合载荷，当承载最大的那一列滚子的载荷值为零时就说明滚子轴承是单列承载。单列受载轴承的载荷比与径向运转间隙有关，而且运转间隙越高，轴承的内部承载分布情况越集中，所以轴承的载荷比越合理。因此在安装和使用调心滚子轴承时，为了避免轴承单列受载，通常情况下会按照上述公式进

行控制和调整。轴承的载荷情况和相关几何参数如表4和表5所示：

通过上述实验分析可以发现，调心滚子轴承的修正额定寿命在正常情况下相较于圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承不占优势甚至是处于劣势；但是如果在角度不对中的影响下，调心滚子轴承的修正额定寿命稳定性相较于其它两种类型轴承有非常明显的优势，而且，当不对中角度越大，调心滚子轴承的寿命优势就越明显。因此，在选择轴承类型时，不仅仅要考虑尺寸和材质，还要综合考虑轴承的寿命、调心率以及受载情况等因素。

四、结束语

调心滚子轴承在工业齿轮箱中已经得到广泛使用，这是因为工业齿轮箱中会发生角度不对中以及单列受载的情况，影响了轴承的使用寿命。调心滚子轴承受到这种问题的影响较小，但是调心滚子轴承的无不对中角度寿命相对较低，是目前需要解决的问题。

参考文献：

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