无蠕动球轴承

深沟球轴承常用作汽车变速箱的齿轮支承轴承。外圈与轴承座为松配合,可能导致外圈蠕动,这取决于轴承技术参数、松配合条件或载荷条件等因素。外圈蠕动导致外圈与轴承座的配合面磨损,并增大轴的偏斜或倾斜,从而导致设备产生异常噪声或振动等问题。近年来对高燃油效率的要求进一步提高,已导致电动机的设计朝着多极化、小型化、轻量化的方向发展。为了实现这点,轴承座和套圈往往设计得更薄;然而,这可能导致外圈蠕动更经常发生。因此,近年来对防蠕动轴承的需求不断增长。就像行波型蠕动的情况一样,当从某个特定方向施加载荷时,此次开发的无蠕动球轴承能防止蠕动,其中外圈滑动的方向与内圈旋转的方向相同。本文概述了一种新开发的产品,极易装配,因为其零件与标准轴承相同。1特点开发的无蠕动球轴承(以下简称开发产品)的特点如下:优越的防蠕动性(在某个特定方向施加载荷的条件下):防止蠕动,无蠕动磨损(在NTN试验条件下);易装配:相当于标准产品;耐久性:相当于标准产品(在NTN试验条件下)。2结构和性能2.1轴承蠕动的类型根据旋转方向和现象的不同,轴承蠕动主要有两类。外圈蠕动的类型见表1。当外圈与轴承座有间隙或外圈发生弹性变形和滑动时,外圈蠕动与旋转方向相反。当滚动体载荷以行波形式施加导致外圈变形时,外圈蠕动与旋转方向相同。NTN将这种现象称为行波型蠕动(当载荷以特定方向施加到轴承上时发生)。表1外圈蠕动的类型2.2行波型蠕动的机理该机理的详细情况如图1所示。图1应变引起的蠕动1)滚动体载荷作用在外圈上;2)正下方的外圈材料发生位移;3)根据滚动体载荷的大小,外圈表面变成可达数微米的波纹状;4)当内圈旋转时,滚动体也会移动;5)表面波变为行波并引起外圈蠕动。行波型蠕动仅当轴承承受单向载荷时才会发生。通过使用下面的公式,可阻断行波。然而,标准轴承要求极厚的截面,在现实中很难防止行波型蠕动(图2)。图2轴承套圈和滚动体的厚度2.3开发产品的概述2.3.1设计目的由于轴承配合和载荷条件的影响,变速箱的齿轮支承处经常发生行波型蠕动。通过关注行波型蠕动的机理,NTN开发了一种通过阻断外圈的行波来使蠕动停止的产品。2.3.2外观零件与标准轴承相同,但开发产品的特点是在外圈外径部分的全宽度处有一个弧形切口(图3、图4)。图3开发产品的外观图4开发产品的结构新产品的尺寸可与标准轴承互换,不影响装配到轴承座内。2.3.3防止蠕动的机理如果外圈外径面变形并与轴承座接触,标准轴承在承载区内传递行波,造成同向蠕动。然而,开发产品在切口区避免与轴承座接触,从而阻断行波并使蠕动停止。防止蠕动的机理如图5所示。图5蠕动停止的机理1)轴承载荷在通过内圈和滚动体后作用在外圈上;2)外圈外径面由于滚动体载荷而径向变形;3)切口用于避免与轴承座接触;4)外圈外径面由于变形而导致行波被阻断,防止了蠕动。当切口位于承载区时,防止了外圈蠕动;即使切口位于承载区外,当外圈切口由于蠕动进入承载区时,也会防止蠕动。因此,在将开发产品安装到轴承座中时,无需考虑相位因素。2.3.4蠕动速度通过试验验证了开发产品的蠕动速度。试验条件见表2,试验结果如图6所示。图6蠕动速度试验结果表2试验条件试验了四类试样,除开发产品外,还有标准轴承、NTN常规防蠕动AC轴承和涂覆外圈外径的轴承。标准轴承和AC轴承的蠕动速度随着载荷的增加而增快。然而,即使在重载下,开发产品也未发生蠕动,这证明新设计阻断了外圈的行波,防止了蠕动。重载下的蠕动速度从快到慢的排序为:标准产品﹥AC轴承﹥涂覆产品﹥开发产品。2.3.5对外圈切口强度的影响采用FEM分析方法对开发产品外圈外径面的应力进行了试验验证。分析条件见表3,分析结果如图7所示。图7强度分析结果表3强度分析条件虽然开发产品产生的拉应力约为标准产品的10倍,但还未达到可能导致失效的水平,相对于轴承钢(SUJ2)的容许拉应力,具有数倍的安全系数。2.3.6对使用寿命的影响由于切口位置与载荷方向的关系,开发产品的滚动体载荷分布与标准轴承不同。因此,从理论上计算了其对滚动疲劳寿命的影响。为了解切口如何影响开发产品,通过考虑外圈和轴承座的弹性变形以及由于Hertz接触导致的球与沟道之间的弹性接触量,计算了力的平衡。分析结果见表4。当切口相对于载荷方向处于45°位置时,与标准产品相比,滚动疲劳寿命降低(约5%);然而,当切口在承载区正下方时,滚动疲劳寿命实际上提高(约6%)。这是由于与标准产品相比,最大滚动体载荷发生了变化。因此,切口对滚动疲劳寿命的影响较小。表46208轴承计算结果2.4开发产品的评价结果2.4.1外圈裂纹试验(静态)为验证开发产品的外圈外径面切口的强度,进行了静态裂纹试验。试验夹具如图8所示。采用专用夹具对开发产品切口处的载荷情况进行模拟,其中一个滚动体位于承载区,以集中切口处的载荷。采用精密万能试验机作为试验装置,从内圈施加静载荷,以载荷突然下降的点为开裂载荷。图8外圈裂纹试验机试验结果如图9所示。开裂载荷的安全系数被确定为基本额定静载荷C0的2倍以上,因此就静态破坏而言,认为是可接受的。图9裂纹试验结果2.4.2外圈裂纹试验(动态)对开发产品的外圈外径面切口进行了动态裂纹试验,以验证其强度。为了评估疲劳强度,在超过基本额定动载荷的载荷下进行了超过1×107次循环。试验条件和结果见表5。表5试验条件和结果在这些条件下,就动态破坏而言,认为开发产品是可接受的。2.4.3耐久性试验通过耐久性试验验证滚动疲劳寿命。试验条件见表6。切口位置与施加载荷方向(即滚动体载荷最大的方向)成45°。运行时间设定为在计算使用寿命的10倍时停止。由表6的结果可知,在这些条件下,就滚动疲劳寿命而言,开发产品是可接受的。表6试验条件和结果3结束语对无蠕动球轴承进行了概述,其特点是在外圈外径面部分设置切口,以成功防止当轴承在特定方向旋转时由承载区正下方引起的外圈蠕动。传统上通过使