齒輪箱軸承選型難點
軸承是齒輪箱的關鍵零部件之一,也是齒輪箱中經常損壞的零件。同時,與一般的軸系統相比,齒輪箱里軸承的選型、應用、安裝、維護等又是十分復雜的。那么齒輪箱軸承應用的難點有哪些,又需要注意什么呢?
受力復雜
齒輪箱運行的時候在輸入軸和輸出軸之間傳遞轉矩和轉速,轉矩傳遞在齒輪嚙合中進行,在齒輪嚙合的過程中,會產生嚙合力。
如果齒輪是直齒齒輪,那么這個嚙合力是一個純周向力。這個周向力在與之垂直的角度去看,就是整個軸系統的一個徑向負荷。
如果是齒輪是斜齒齒輪或者圓錐齒輪等,那么齒輪嚙合力除了有一個周向分量以外,還有一個軸向分量。這個軸向分量的力就是軸系統的軸向受力。
在一些齒輪軸上有時候會有若干齒輪與其他軸上的齒輪嚙合,因此,會有多個軸向,徑向負荷。在空間上這些負荷的方向與嚙合有關。在進行軸承受力計算的時候,要進行分解合成,最終計算軸承上的實際負荷情況。
另外,齒輪箱在運行的時候,如果外界轉矩波動,則會使齒輪嚙合力波動,由此會引起軸承受力的波動。這些都使得齒輪箱軸承的受力分析變得更加復雜。實際進行壽命校核的時候需要進行等效處理。
轉速復雜
齒輪箱中不同的軸具有不同的轉速,從低速軸到高速軸,每根軸上的軸承轉速相同,不同軸上的轉速則不同。這使得軸承壽命校核計算時候折算的時間會有不同。
不同的轉速要求,導致軸承選型時對軸承的轉速能力選擇存在差異。
比如,對于高速軸,會選擇轉速能力更好的軸承,可能會選用深溝球軸承,角接觸球軸承,圓錐滾子軸承等類型。
對于低速軸,會選用承載能力大的軸承,比如滾子軸承,甚至滿滾子軸承,圓錐軸承等等。
潤滑復雜
從潤滑的基本原理不難知道,軸承的溫度、轉速、負荷對軸承潤滑具有直接的影響。
轉速方面,齒輪箱軸承的高速軸、低速軸轉速不一樣,軸承大小也不一樣。因此有時候要選擇一種潤滑滿足寬泛的轉速要求會十分困難。在實際選擇中往往處于兩難境地,不得不做一些妥協。
負荷方面,低速軸的重負荷和高速中的輕負荷是一對矛盾。黏度低了,低速軸軸承難以形成油膜,黏度高了,高速軸又會影響發熱。
溫度方面,齒輪箱內部的潤滑本身具有一定的散熱功能,齒輪的嚙合是齒輪箱發熱的來源。齒輪箱不同軸體溫度差異與嚙合相關,軸承溫度與其距離齒輪之間的傳熱距離有關。不同的溫度對潤滑的黏度影響是客觀存在的,只不過由于潤滑油的流動,使得這個熱量隨著流動被傳遞。
軸系統設計復雜
在齒輪箱軸承系統中經常有與負荷相關的軸向力,因此會選用具有軸向負載能力的軸承進行配對使用。同時整個軸系統的軸向位置精度,不僅僅影響軸承,還會影響齒輪嚙合精度,這對齒輪箱設計來說是至關重要的。在進行軸系統設計的需要軸不僅僅在徑向上,而且在軸向上也具有一定的剛性和定位精度。所以,齒輪箱軸承系統的設計經常使用交叉定位結構。
齒輪箱軸承系統的交叉定位結構中,不僅考慮定位,還要考慮定位精度。當齒輪受到軸向力的時候,整個軸在軸向上的移動應該在可接受的范圍之內。
同時齒輪箱工作的時候,整個系統會發熱,并且不同零部件發熱和散熱的程度不同,導致殼體,軸、齒輪、軸承室的溫度與冷態時不同。這樣就會影響交叉定位結構時軸承內部的剩余游隙。因此齒輪箱軸系統設計的時候,需要考慮不同溫度對軸系統內軸承游隙的影響。
實際上,在齒輪箱運行的時候,負荷的影響和溫度的影響同時發生,因此要綜合進行相應的校核計算。
在上述問題中實際校核計算的結果是軸承室和軸的軸向,徑向公差和精度。