美国NHBB轴承内部轴承几何形状

内部轴承几何形状

当球轴承在负载下运行时，力通过球从一个轴承套圈传递到另一个轴承套圈。由于每个球和环之间的接触面积相对较小，中等负载可以产生每平方英寸数十甚至数十万磅的应力。这些内应力对轴承的寿命和性能有重大影响。轴承的内部几何形状——径向游隙、滚道曲率和接触角——必须仔细选择，以便分配载荷以获得最佳性能。

径向和轴向游隙

大多数滚珠轴承在组装时会在滚珠和滚道之间存在轻微的松动。这种松动称为径向游隙和轴向游隙。径向游隙是当轴承处于未安装状态时，一个轴承套圈在垂直于轴承轴线的方向上可以相对于另一个移动的最大距离。轴向游隙或端游隙是未安装球轴承的两个圈之间在平行于轴承轴线的方向上的最大相对位移。

由于径向游隙和轴向游隙都是部件之间相同程度松动的结果，因此它们相互依赖，但它们的值通常在大小上有很大不同。径向游隙通常在 0.0002 到 0.0020 英寸之间变化，而轴向游隙的范围可能从 0.001 到 0.010 英寸。当设备处于初始设计阶段时，应始终参考典型应用的建议径向游隙范围。

在大多数球轴承应用中，径向游隙在功能上比轴向游隙更重要。虽然径向游隙已成为标准采购规范，但您也可以指定轴向游隙要求。但是请记住，任何给定轴承设计的径向游隙和轴向游隙的值在数学上是相互依赖的。径向游隙受轴和轴承 ID 之间或轴承座和轴承 OD 之间的任何过盈配合的影响 由于重要条件是整个设备组装后剩余的实际径向游隙，轴承的径向游隙规格必须根据与安装和编码部分的讨论。

自由错位角

由于大多数滚珠轴承部件之间允许存在先前描述的松动或游隙，内圈可能相对于外圈略微翘起或倾斜。这种位移称为自由错位角。给定球轴承中允许的不对中量取决于其径向游隙和轨道曲率值。不对中具有积极的实际意义，因为它使球轴承能够适应相关轴和轴承座中可能存在的微小尺寸变化。不对中轴承的性能会在一定程度上下降，但对于在合理轻载荷下的轻微不对中，在大多数情况下影响并不显着。一般来说，轴承受到轴和轴承座的不对中量 物理布置不应超过轴承的自由不对中角。未对准的自由角通常小于 1 度。

滚道曲率

滚道曲率是滚道半径与滚珠直径的比值。通常，滚道曲率值为 52% 到 54% 或 57%。较低的 52% 至 54% 的曲率意味着球与滚道的紧密一致性，在遇到重载的应用中非常有用。更高的 57% 曲率更适合扭矩敏感应用。

接触角

接触角是垂直于球轴承轴线的平面与连接球与内外滚道接触的两点的线之间的角度。轴承的初始接触角与径向游隙直接相关 - 径向游隙越大，接触角越大 - 以及其内外轨道曲率。纯径向载荷需要低接触角；当推力载荷占主导地位时，建议使用更高的接触角。

推力轴承的接触角提供滚道内滚珠位置的指示。当推力载荷施加到滚珠轴承时，滚珠远离滚道的中间平面并占据滚道最深部分与其边缘之间的某个位置。

下面显示的接触角表给出了空载下的标称值。

径向游隙、轴向游隙和接触角的公式

径向播放

P D  = 2Bd (1 - cos β 0 )

P D  = 2Bd -​​ √(​​(2Bd) 2  - P 2 E)

轴向游隙

P E  = 2Bd sin β 0

P E  = √(4BdP D  - P 2 D )

接触角

β 0  = cos -1  (2Bd -​​ P D  / 2Bd)

β 0  = sin -1  P E  / 2Bd

符号

P D  = 径向游隙

P E  = 轴向游隙

β 0  = 接触角

B = 总曲率 = (f i  + f o  - 1)

f i  = 内圈曲率*

f o  = 外圈曲率*

d = 球直径

* 表示为滚道半径与球直径之比。