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什么是轴承间隙？内部游隙和配合

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了解轴承间隙

定义：什么是轴承间隙？

轴承间隙 （也称为内部间隙或轴承游隙）是指在滚动体与两个滚道同时接触之前，一个轴承滚道相对于另一个滚道在径向（径向间隙）或轴向（轴向间隙）上可以移动的总距离。简单来说，它是轴承在装配前预留的“松动”或“游隙”，用于补偿热膨胀、载荷变形和过盈配合的影响。.

合适的轴承间隙对于轴承的最佳性能至关重要，它会影响载荷分布、摩擦、噪音、运转精度和使用寿命。间隙过小会导致过热和过早失效；间隙过大则会导致噪音。, 振动, 以及轴定位不准确。.

轴承间隙的类型

1. 径向内部间隙

最常用的类型：

  • 定义： 内圈相对于外圈可以沿径向移动
  • 测量： 其中一圈赛道固定不动，测量另一圈赛道的最大径向位移。
  • 典型值： 适用于小型至中型轴承的公差为 5-50 微米（0.0002-0.002 英寸）。
  • 影响： 径向刚度、载荷分布、径向运行精度

2. 轴向内部间隙

对某些类型的轴承而言非常重要：

  • 定义： 内圈可以相对于外圈沿轴向移动。
  • 相关对象： 角接触轴承、圆锥滚子轴承
  • 调整： 通常可通过垫片或拧紧螺母进行调节
  • 影响： 轴向刚度、预紧力、推力

安全许可等级

轴承的制造采用标准化的间隙等级：

ISO认证组

  • C2： 间隙小于正常值（更紧）
  • CN（正常）： 大多数应用的标准间隙
  • C3： 间隙大于正常值（较松）
  • C4： 间隙大于 C3（甚至更松）
  • C5： 间隙大于 C4（最大标准间隙）

选择标准

根据申请情况选择合适的许可：

  • C2（紧身）： 低噪音应用、最小轴跳动要求、低工作温度
  • CN（正常）： 适用于大多数通用工业应用的标准
  • C3（松散）： 高过盈配合、高工作温度、重载荷、球面滚子轴承
  • C4、C5： 极高的温度、极重的过盈配合、具有显著热膨胀的大型轴承

影响作业许可的因素

初始许可与运行许可

安装和运行过程中所需的间隙会发生变化：

净空缩减系数

  • 过盈配合（轴）： 轴上的紧密配合会使内圈膨胀，从而减少间隙（通常为 70-80% 的过盈量）
  • 过盈配合（壳体）： 壳体内的紧密配合会压缩外圈，从而减少间隙（通常为 10-20% 的过盈量）
  • 工作温度： 内圈（随轴旋转）通常比外圈温度高，温差增大导致间隙减小。
  • 加载： 施加的载荷会使滚道发生弹性变形，从而减小有效间隙。

净空增加因素

  • 轴承磨损： 随着时间的推移，材料去除会增加间隙。
  • 塑性变形： 布氏压痕或凹痕会增加间隙
  • 种族蔓延： 干预不足使得种族能够在各自的赛程中轮换，磨损出凹槽。

操作间隙计算

最终运行许可必须考虑所有影响：

  • 工作间隙 = 初始间隙 – 配合减小量 – 热减小量 + 磨损
  • 合理的设计可确保最终操作间隙为较小的正值。
  • 零或负工作间隙会导致预紧力，从而增加摩擦和热量。

不正确的清除效果

间隙过小（轴承过紧）

  • 摩擦过大： 高接触载荷会增加摩擦和热量产生。
  • 过热： 可达到破坏性温度（> 120°C）
  • 过早疲劳： 高载荷会加速轴承疲劳寿命的消耗。
  • 噪音： 轴承过紧可能会产生尖锐的吱吱声
  • 癫痫发作风险： 极端情况下可能导致癫痫发作

间隙过大（轴承松动）

  • 冲击载荷： 滚动体在负载反转时冲击滚道
  • 噪音： 可听见的嘎嘎声或敲击声
  • 振动： 冲击和不均匀载荷分布导致振动加剧
  • 准确度降低： 过多的 轴跳动 定位误差
  • 加速磨损： 冲击载荷和滑移会加速磨损
  • 笼子损坏： 过大的间隙可能会损坏笼子

测量方法

安装前（未安装轴承）

径向间隙测量

  • 支撑外圈，对内圈施加较小的径向载荷
  • 用千分表测量位移
  • 典型值：中等尺寸轴承为 10-30 微米
  • 与制造商规格对比

感觉法（定性）

  • 一场比赛进行，另一场比赛用手移动。
  • 经验丰富的技术人员可以评估是否需要进行清理。
  • 虽然不够精确，但可用于快速验证。

安装后

轴向位移法

  • 对于安装式轴承，施加轴向力
  • 测量轴向位移（与径向间隙相关）
  • 需要能够接触到轴端

振动分析

  • 间隙过大会导致高频振动增加。
  • 冲击特征 时间波形
  • 轴承固有频率的变化

安全审查选择指南

温度上升考量

  • 估算轴承温升（通常比环境温度高 20-60°C）
  • 计算内圈和外圈之间的微分膨胀量
  • 选择初始间隙以提供最佳操作间隙
  • 经验法则：对于100mm内径轴承，每升高1℃温差，间隙减小1µm。

过盈配合补偿

  • 轴配合过紧：使用 C3 或 C4 来补偿内圈膨胀
  • 轴配合松动：CN 或 C2 可能适用
  • 壳体配合的影响通常不如轴配合的影响显著

应用特定选择

  • 精密应用： C2 或 CN 用于最小跑偏
  • 电动机： C3 常见原因是轴配合过紧和温度升高
  • 高温运行： C4 或 C5 用于补偿热膨胀
  • 重物： C3 或 C4，负载下间隙略有减小是可以接受的。

与振动和诊断的关系

对振动特性的影响

  • 过大的间隙会产生非线性振动响应
  • 多种的 谐波 冲击载荷
  • 宽带高频噪声
  • 不规则振动与速度不成比例

诊断指标

  • 随着时间的推移，整体振动水平的增加表明磨损加剧，间隙增大。
  • 高频冲击表明间隙过大
  • 轴承刚度的变化会影响 临界速度
  • 温度监测显示轴承过紧（温度高）与正常情况相反

轴承间隙是一项关键参数，必须正确选择和验证，以确保轴承的最佳性能。了解间隙如何影响振动、噪声和轴承寿命，有助于更好地选择轴承、采用正确的安装方法，并有效地诊断轴承状况。.

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