什么是TIMKEN轴承的系统公差

什么是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TIMKEN轴承座的安装配合以及轴承座设计的具体细节。

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,TIMKEN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 P5(ABEC 5),ISO P4(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TIMKEN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)。

为了满足机床行业的严格要求,甚至ABEC 9/ISO P2 公差都不能代表最高精度值,因为有些特殊应用要求TIMKEN轴承拥有更高的精密度。

TIMKEN轴承散热的特点

TIMKEN轴承散热的特点

当球轴承主轴为油脂润滑时,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。

TIMKEN轴承预载荷和发热的特点

TIMKEN轴承预载荷和发热的特点

TIMKEN轴承承载时的生热与运转速度和轴承预载荷有关。施加预载荷对于取得轴向和径向最大刚性是必要的。但是,如果速度增大了,TIMKEN轴承预载荷可能需要减小来维持轴承的正常运转温度。

对于高速运转,TIMKEN轴承预载荷应该足够大以保证滚珠的滚动摩擦,但也不能过高而引起过热。如果需要运转速度较低时,TIMKEN轴承预载荷应适当增大以提高轴承的刚性,但前提是TIMKEN轴承运转温度正常。因此,生热和主轴刚性之间的平衡决定了轴承预载荷的大小。预载荷要与工作速度、所需TIMKEN轴承寿命相适应。

对于工作台主轴,运转速度一般较低而载荷较大。主轴需要在承载条件下,径向和轴向取得最大刚性,因此就必须增大TIMKEN轴承预载荷。

当TIMKEN轴承发热会有什么影响

TIMKEN轴承发热会有什么影响

TIMKEN轴承低运转温度,配合足够的主轴刚性,对精密机床是很重要和理想的。这一点对与高速磨削主轴显得尤其突出,因为TIMKEN轴承的预载荷是施加在TIMKEN轴承上的基本载荷。低运转温度带来的好处有:加工工件更好的尺寸稳定性;对TIMKEN轴承润滑的需求减小;防止主轴轴承座外表面发热,去除温度变化对安装配合以及预载荷的不良影响。

通过轴承座散热的TIMKEN轴承

通过轴承座散热的TIMKEN轴承

通过TIMKEN轴承座散失的热量,在大多数情况下是很难分析确定的。如果稳定状态TIMKEN轴承的温度对于一个工况是可知的,可以估计TIMKEN轴承座的散热速度。

在稳定状态的温度,TIMKEN轴承的散热速度必定等于轴承的生热速度。生热速度与润滑油的散热速度之差即为在已知温度下轴承座的散热速度。

TIMKEN轴承座的热量损失主要是通过传导与对流,因此它相对于温度差别是成线性变化。

通过循环油散热的TIMKEN轴承

通过循环油散热的TIMKEN轴承

如果润滑油的流动在TIMKEN轴承的流出一侧不受限制,可以自由通过TIMKEN轴承的流速取决于TIMKEN轴承尺寸和内部几何量、油的流动方向、轴承速度和润滑油性质。

圆锥滚子轴承本身就有从滚子小端向大端泵送润滑油的功能。为取得最大油流和散热效果,油注入点应靠近滚子小端。

在溅油或油浴润滑系统中,热量将通过传导由TIMKEN轴承座内壁带走。这种润滑方式的散热率可以通过在轴承座的箱体内使用冷却线圈而得以提高。

TIMKEN轴承散热系统的特点

TIMKEN轴承散热系统的特点

TIMKEN轴承系统的散热率受很多因素影响,因此需要考虑热量交换的方式。大多数系统的主要热交换方式是通过TIMKEN轴承座壁的传导、TIMKEN轴承座内外表面的对流、以及循环润滑剂的对流作用。在很多应用中,总的热量散失可以分为两类:

  • 通过循环油带走的热量;
  • 通过TIMKEN轴承座带走的热量

脂润滑TIMKEN轴承的备选磨合步骤

脂润滑TIMKEN轴承的备选磨合步骤

恒定速度磨合也是可能的。在操作中,TIMKEN轴承要在全速下运转30秒。停机后,轴承里的热量会逐渐散失。这种方法可以避免很危险的温度爬升。停机时间的长短取决于各种设计因素,但至少不小于运转时间的5倍。重复这一过程,直到温度恒定。

脂润滑TIMKEN轴承的磨合步骤

脂润滑TIMKEN轴承的磨合步骤

  • 按要求加入适量油脂
  • 从一个合理的较低速度开始,一般为最大工作速度的10%
  • 当TIMKEN温度稳定后,以合理较小的递增量增大速度
  • 如上述持续增加速度。如出现温度快速升高(温度超过70ºC/170ºF),应停止磨合过程最高TIMKEN轴承温度不应超过70ºC170ºF)。否则,会导致TIMKEN轴承预载荷过大,和油脂和TIMKEN轴承的永久性损坏。
  • 让系统冷却到室温
  • 在温度到达峰值之前,以前一个速度重起磨合过程
  • 继续重复以上过程,直到取得最大运转速度时,温度达到平衡。理想的平衡运转温度为35ºC46ºC95ºF115ºF