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滚动轴承点接触及接触应力分布情况

时间:2026-04-10 浏览量:64

  滚动轴承是一种典型而复杂的摩擦副单元,按摩擦学的摩擦形式分类,滚动轴承几乎包罗了全部的各种类型的摩擦形式。

  滚动轴承所有的零部件之间的相互运动形成了不同方向、不同速度的滚动与滑动摩擦,在实际运行过程中这种运动摩擦大多数是处于边界与混合润滑状态。轴承内旋转的零部件与所使用的润滑油、润滑脂之间会发生流体或类似流体的搅拌运动摩擦,润滑油、润滑脂及固态、固体润滑介质内都存在自身的内摩擦。在外界负荷的作用下轴承内部滚动体与滚道接触部位的变化,会导致轴承内相互运动状态的改变,出现旋转摩擦或混合运动摩擦,同时不同结构的滚动轴承也会导致各类轴承之间的摩擦状态的差异性等。上述各种摩擦形式都将对整体轴承的运动状态如:温升、摩擦力矩、零部件接触表面的形态等带来不同程度的影响与伤害,都会影响轴承的正常使用寿命,因此对轴承及轴承系统的摩擦状态的分析、分类是滚动轴承摩擦学的基础及主要的部分。

  轴承的滚动体与内、外滚道之间的接触处是承受负荷及传递运动的部位,因此是轴承摩擦、磨损容易发生的区域。当轴承在负荷作用下运转时由于接触处的材料表面并非处于完全刚性状态,所以在接触处的接触应力分布、摩擦状态等都与滚动体与滚道的接触形式有关,滚动轴承的滚动体与内、外滚道之间的接触形式分为:点接触和线接触两大类型。

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  点接触是指不承受载荷时两物体在一点接触。对滚动轴承而言,所有球轴承的球(滚动体)与内外滚道都处于点接触状态。以深沟球轴承为例;钢球与滚道在无负荷状态下呈一点接触,而在负荷作用下,由于接触处的材料表面并非处于完全刚性状态,因此钢球与滚道的,接触处将由点扩展成一个接触面。接触面在与接触法线垂直的平面内的投影为一个椭圆。椭圆的长(X)轴的长度为2a,短(Y)轴的长度为2b。接触处的大接触应力σmax发生在椭圆的中心。随着与椭圆中心的X与Y轴的距离变化,接触应力逐步减小。同时随着钢球与滚道的曲率变化及外界负荷的大小即方向(指径向与轴向)的变化,接触椭圆的大小、位置及椭圆区域内的压力分布也会发生相应的变化。

  属于点接触类型的滚动轴承有向心球轴承、角接触球轴承、推力球轴承及所有“球类”轴承。

  从两圆相切为一点的概念分析,弧形滚子与弧形滚道面的接触也属于点接触状态,如调心滚子轴承、推力调心滚子轴承也属于点接触类型的轴承。但与球轴承的不同之处在于其滚动体与滚道接触处的接触弧形大得多,在载荷作用下由于结构差异其接触椭圆面积的变化、载荷的分布都会有所不同,因此调心滚子轴承、推力调心滚子轴承的摩擦系数比球轴承大,承受载荷的能力也大。

  不论是球轴承或弧形接触的滚子轴承,其滚动体与滚道接触区域都会形成一个椭圆的接触区域,因此接触应力分布是不均匀的,所以在同一个接触区域内,其运动及摩擦形式、磨损的形貌也有差异。

  


密封轴承和开式轴承的极限转速比较

  密封轴承是一类使用非常广泛的滚动轴承,其主要特点是能有效地防止外界异物、水分等有害物质侵入轴承的内部,破坏润滑,降低轴承的使用寿命。  一般密封轴承与同类开放式轴承并无太大的结构区别,而在使用性能上,特别是轴承运行速度的选择上应加以注意。密封型深沟球轴承的极限转速与轴承的密封结构形式有关,接触式密封轴承其密封件的唇口与旋转的轴承套圈相接触,因此接触式密封轴承虽然具有良好的密封性能,但接触式密封轴承在运行过程中,轴承的内部摩擦、温升、启动力矩都比同类开放式、防尘盖和非接触式轴承要大,所以接触式密封轴承的极限转速相对比同类轴承的极限转速要低。一般接触式深沟球轴承的极限转速为同类开放式轴承的极限转速的60-70%。  对于微预压、微接触型密封轴承其具有良好的密封性能,同时在密封接触处的摩擦很小,所以微预压、微接触型密封轴承的极限转速与开发式及防尘盖结构轴承相同。

2026-06-02

滚动轴承保持架与滚动体的摩擦运动分析

  在轴承旋转过程中,轴承在载荷区域内保持架是由滚动体推动运转、而在非载荷区域内滚动体是由保持架推动进行运行。滚动体与保持架相互接触部位就是保持架的“兜孔”。这也是滚动体自转速度ng与保持架之间的摩擦、磨损部位。  保持架在轴承平稳运行过程中几乎不承受载荷,但在轴承急、加减速度时保持架“兜孔”内的滚动体将对“兜孔”有比较大的冲击,这将会导致保持架“兜孔”隔离部位与滚动体的接触载荷加大、摩擦磨损加剧,甚至发生保持架隔离梁的变形、根部断裂的机械损坏。  保持架兜孔与球(滚动体)之间是纯滑动摩擦,滑动摩擦速度为球(滚动体)自转(ng)线速度。因此难以形成良好的润滑油膜,  同时保持架材料的硬度及耐磨性能远低于滚动体材料,因此保持架兜孔的磨损失效现象还是比较易见的(图1)。图1.实体保持架兜孔窗梁磨损形貌  轴承在旋转时滚动体与滚动体之间由保持架进行隔离,因此滚动体的自转速度ng仅对保持架“兜孔”发生相对运动与摩擦。由于滚动体的个数对轴承的承载能力有很大影响,因此在有些转速比较慢、载荷比较大的使用场合,会采用无保持架结构的满装滚子轴承(图2)。在满装滚子无保持架结构的轴承运行过程中,滚动体与滚动体之间的接触处A会发生两倍自转速度ng的摩擦,因此滚动体的摩擦磨损要比有保持架时严重,无保持架满装滚子轴承的摩擦系数要比同类轴承高,而许用速度低,同时对于无保持架的线接触的圆柱、滚针轴承因滚动体无保持架的“约束”,滚动体的自由度比较大,运行稳定性能也差,因此必须控制滚动体的累计周向间隙。图2.无保持架满装滚子轴承的滚动体与滚动体之间的摩擦

2026-04-23

CRBT505交叉滚子轴承结构特性 承载能力及倾覆力矩

CRBT505属于精度交叉滚子轴承,内外圈一体,具有高刚性、高承载,能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的特性。#人形机器人轴承应用  一、外形尺寸(mm) - 内径 d:50- 外径 D:61- 高度 B:5- 滚子节圆 dp:54.7- 倒角:0.15 min 二、载荷与性能 - 径向额定动载荷 Cr:2.43 kN- 径向额定静载荷 Cor:3.49 kN- 重量:0.032 kg- 温度:-30℃~+80℃- 精度:P5(径向跳动、端面跳动)-轴向载荷及倾覆力矩: 三、结构与特点 - 交叉滚子排列,一个轴承可同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩- 内外圈一体,满装滚子结构,刚性极高 四、典型应用 - 机器人关节、协作机器人、SCARA- 数控分度盘、测量仪器、光学设备- 医疗设备、半导体设备、雷达云台 

2026-04-20
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