TIMKEN轴承的安装设计

TIMKEN轴承的安装设计

为了得到良好的主轴精度,不仅要选择合理的精密TIMKEN轴承,还应考虑以下因素:

  • 支撑TIMKEN轴承的零部件的良好设计和机加工(TIMKEN轴承安装面的圆度和同轴度、主轴和轴承座的支撑挡肩的垂直度以及表面粗糙度)
  • 正确使用TIMKEN轴承上给出的信息
  • 正确的配合
  • 合理的TIMKEN轴承游隙

最合理的安装设计的选择主要取决于系统刚度、速度能力是否得到优化,是否易于安装。

TIMKEN轴承座配合

TIMKEN轴承座配合

通常,在轴作为旋转部件的情况下,TIMKEN轴承的外圈是静止不动的。安装时只需手推或轻轻拍打就可以了。如果TIMKEN轴承座是旋转件,那么选用安装配合所需考虑的因素和内圈与旋转轴的安装是一个道理。

一般来说,超精密球轴承的最大外径和轴承座的内径相同。如果TIMKEN轴承外径公差是 0.008mm(0.0003 in.),那么TIMKEN轴承座内孔的最大直径要比最小直径大 0.008mm(0.0003 in.)。

为了优化TIMKEN轴承的安装,需要遵守公差,或是咨询TIMKEN公司代表的建议。同样重要的是,控制好轴和轴承座挡肩的垂直度和倒角尺寸,目的是保证安装时TIMKEN轴承准确的定位。

在热量沿着轴传递的高速应用中,特别重要的是,浮动端TIMKEN轴承能轴向移动,以便补偿热膨胀。如果球轴承自身受热径向膨胀,或是TIMKEN轴承座内径太小,那么球轴承就可能无法轴向滑动,因此,在这种情况下,浮动端TIMKEN轴承所建议的轴承座安装配合需要比平均配合稍松一些。

同样,在弹簧加载的球轴承应用中,轴承座安装配合必须保证在所有运行条件下,TIMKEN轴承都能在弹簧作用下自由轴向移动。

TIMKEN轴承的轴配合

TIMKEN轴承的轴配合

轴配合的主要目的是保证将TIMKEN轴承内圈合理地安装在轴上。通常情况下,对于旋转轴而言,松配合下的内圈会在轴上发生相对转动,导致TIMKEN轴承磨损和表面剥蚀。随着载荷和速度的增加,这种情况会进一步恶化。为了防止打滑(相对转动),内圈宜紧固安装到位,并且紧靠轴肩。但是,同样重要的是,这种配合不宜过紧。太多的过盈量所引起的内圈膨胀量,将会影响到TIMKEN轴承的内部配合,并且产生热量和增加功率消耗。

一般来说,对于超精密球轴承(ABEC 7/ISO P4 和 ABEC 9/ ISOP2),建议轴的尺寸和公差要和TIMKEN轴承内孔的相同。如果是预紧的TIMKEN轴承,建议的轴配合是过渡配合,因为过紧的配合会使TIMKEN轴承内圈膨胀,增加轴承预载荷,从而导致过热。例如:当内部预紧力为16千克(35磅)的双联轴承 2MM9111WI DUL,安装在过盈配合量是 0.010 mm(0.0004 in.)的轴上,内部预紧力会增加至大于86 千克(180 lbs.),这会导致轴承温度急剧升高。

表面处理——精密TIMKEN轴承

表面处理——精密TIMKEN轴承

对于精密TIMKEN轴承而言,与其配合的轴及轴承座采用的公差应达到TIMKEN轴承的内外径公差的标准。

此外,也需要具有高质量的表面处理和更严格地控制与TIMKEN轴承配合面的加工公差。

TIMKEN圆锥滚子轴承轴和轴承座的公差

TIMKEN圆锥滚子轴承轴和轴承座的公差

通常来说,在加工主轴和轴承座的挡肩及配合面时,要求慎重考虑它们的形位公差。

  • 每个TIMKEN轴承横截面上配合面的圆度
  • 每个TIMKEN轴承配合面的圆柱度,圆柱度包括配合面的锥度、圆度和其他形状公差
  • 每个TIMKEN轴承配合面的同轴度。同轴度包括了配合面之间的平行偏斜和角向偏斜
  • 每个TIMKEN轴承配合面的倾斜度,当内圈配合面是锥形时,需要考虑这个因素

以下两个公差用于TIMKEN轴承的挡肩:

  • 各挡肩与对应TIMKEN轴承配合面之间的垂直度。考虑到实际测量,也可以认为是,各挡肩和由配合面所决定的主轴或轴承座中心线之间的垂直度
  • 各挡肩的平面度。若要综合评定各挡肩垂直度和平面度,最切实可行的方法是测量挡肩相对于主轴或轴承座中心线的总跳动量。如果使用了调节螺母,还宜测量调节螺母接触面的跳动量

这些形状公差的具体值需要由TIMKEN轴承的等级、规格和应用来确定。通常来说,这些公差不宜大于装配后TIMKEN轴承的总指示读数(T.I.R.)。

有些形状公差很难精确测定,用户可有选择地测量影响它们的因素(例如,可测量圆度和锥度来代替圆柱度)。同时,用户也要考虑测量所需投资的人力和财力,这取决于TIMKEN轴承应用的部位和用户对主轴及轴承座生产的置信度。

有色金属TIMKEN轴承座的特点

有色金属TIMKEN轴承座的特点

当把外圈压入铝制或镁制的TIMKEN轴承座时,应特别小心,以避免金属刮伤。这是由于碎屑一旦嵌入外圈和支撑台肩之间,将会造成不恰当的配合,支撑和对中。在装配时最好将外圈冷冻,或加热TIMKEN轴承座,或两者都采用。同时,还可用特殊的润滑来辅助装配。在某些情况下,可将外圈装入钢制嵌件内,然后将嵌件装入铝制或镁制的TIMKEN轴承座内。此时可以采用表中的配合。在将外圈直接装入铝制轴承座的情况下,建议的最小紧配合可采用每毫米的外圈外径为1.0µm的过盈量。采用镁制TIMKEN轴承座时,建议的最小紧配合应采用每毫米的外圈外径为1.5µm的过盈量。

TIMKEN圆锥滚子轴承的公差配合

TIMKEN圆锥滚子轴承的公差配合

TIMKEN圆锥滚子轴承的设计具有安装时游隙可调的特点(Hydra-rib类型的TIMKEN轴承可实现运行时游隙可调),而不会受制于TIMKEN轴承和轴(轴承座)之间安装配合的影响。这将使轴和轴承座的许用公差范围变得更广,也让用户有了更大的空间去选择合适的TIMKEN轴承内外圈配合,以应对不同的应用工况。

TIMKEN圆锥滚子轴承安装配合取决于以下参数:

  • TIMKEN轴承的精密等级
  • TIMKEN轴承的布置类型
  • TIMKEN轴承的载荷方向和类型
  • TIMKEN轴承的运转条件(振动、高速)
  • 轴和轴承座的截面及材料
  • TIMKEN轴承的安装和游隙的设定

对于某些情况,比如轴和轴承座截面较小、非钢制轴、有色金属轴承座、临界运行条件(例如高速、异常的受热或受力条件等等)下,常用的安装配合建议就不合适。另外,有些TIMKEN轴承的装配步骤和方式,以及为了简化TIMKEN轴承游隙的调节,都需要一些特殊的配合建议。在这些情况下,宜根据经验判断或咨询TIMKEN公司的代表。

对于精密TIMKEN轴承而言,与其配合的轴及轴承座采用的公差应达到TIMKEN轴承的内外径公差的标准。此外,也需要具有高质量的表面处理。

在机床行业,几乎100%的情况都是旋转轴的应用。对于一些简单的布局,常规做法是内圈和外圈都采用紧配合,目的是消除不需要的径向游隙。

TIMKEN轴承的系统公差

TIMKEN轴承的系统公差

在确定哪一种TIMKEN公司的超精密球轴承最适合某种应用以前,最重要的是了解TIMKEN轴承特性的相关细节、公差和安装。虽然成本是另一个因素,可是要在超高速和超精的应用上使用了低精密轴承,反而更不经济。

TIMKEN公司严格控制了精密轴承的公差带,以保证产品性能的一致性和互换性。为了充分发挥这种产品的性能,需要与其匹配的零部件(如轴承座、轴、隔垫等等)在生产中,同样采用这种窄公差带。因此,必须特别注意轴和轴承座的安装配合以及TIMKEN轴承座设计的具体细节。

Timken角接触球轴承

TIMKEN球轴承的特点

TIMKEN球轴承的特点

美国环形轴承工程师委员会制定了球轴承的五种公差等级(即ABEC1、ABEC3、ABEC5、ABEC7 和 ABEC9)。数字越大,表示公差的范围越小,轴承越精密。TIMKEN公司的每个球轴承都是严格按照ABEC标准制造的。

通常来说,这些标准与国际标准化组织制定的同类公差等级相当,即ISO P0(ABEC 1),ISO P 5(ABEC 5),ISO P 4(ABEC 7)和ISO P2(ABEC 9)。

对于涉及到高速、有超精和刚度要求的应用,TIMKEN公司按照 ABEC7和ABEC 9/ISO P4 和 ISO P2公差制造了一系列完整的超精密TIMKEN球轴承。这类设备包括高级机床、喷射式发动机、计算机硬件、机器人和太空探测飞行器。机床轴承(基本上采用单列)共分成四大系列,即超轻系列(9300/ISO 19)、特轻系列(9100/ISO 10)、轻系列(200/ISO 02)和中载系列(300/ISO 03)。

TIMKEN轴承的散热方式

TIMKEN轴承的散热方式

当球轴承主轴为油脂润滑时,TIMKEN轴承所产生的热量只能通过周围零件的传导散掉。在喷射或循环油润滑的情形下,所产生的热量既可以通过轴与TIMKEN轴承座的传导散掉,还可以通过流经TIMKEN轴承的润滑油带走。尽管这两个途径都很重要,但总的来说,传导的作用要小一些。

举个例子,一个油雾润滑的磨削主轴,前端或砂轮一侧的TIMKEN轴承被固定,靠近磨削冷却液。传动侧或后端的TIMKEN轴承起轴向保护作用,可以在TIMKEN轴承座内轴向浮动,平衡由于温度变化引起的尺寸变化。在前端TIMKEN轴承位置,热量以较快的速度传导出去,是因为主轴前端的质量、外圈与轴承座挡肩、端盖和TIMKEN轴承座内孔的紧密接触。在这种情况下,又有油雾润滑和磨削冷却液的作用,热量可以有效地被传递走。

后端或浮动端的一对TIMKEN轴承的情形就没有那么好了。通常,轴在滑轮一端的质量不大。滑轮具有一定的热传导的能力,但又会接受皮带摩擦产生的热量。由于没有冷却液和传导面积小,通常这一侧的工作温度会稍高一些。