游隙分为径向游隙和轴向游隙,通常我们关注和控制的是径向游隙。游隙不是越小越好,也不是越大越好,需要一个“最佳值”来平衡温升、预紧和负载。
1、游隙类型(按测量状态分)
1.1 原始游隙
轴承出厂时的游隙。
1.2 安装游隙
轴承安装到轴和轴承箱后的游隙。由于过盈配合会使套圈膨胀(内圈)或收缩(外圈),安装游隙会小于原始游隙。
1.3 工作游隙
泵在运行状态下,达到工作温度和工作转速时的游隙。这是最关键的状态。
1)温升效应:内圈、滚动体温度最高,热膨胀最大,导致游隙减小。
2)转速效应:高速离心力会使滚动体向外甩,导致游隙增大。
目标:选择正确的原始游隙,使得轴承在工作状态下的工作游隙为一个微小的正值(接近零或略有盈余),这是轴承寿命最长、运行最平稳的状态。
2、确定游隙的步骤与方法
2.1 选择游隙组别
1)滚动轴承的游隙有标准组别。最常用的是CN组 - 普通游隙,这也是轴承默认的标准游隙。该等级适用于大多数普通运转条件,其数值介于C2和C3之间。
2)其它组别包括:C2(小于CN)、C3(大于CN)、C4(大于C3)、C5(大于C4)。
2.2 主要考量因素:
1)配合公差:这是影响最大的因素。过盈量越大,安装后游隙减少得越多。必须根据选择的轴和孔的公差,估算出游隙的减少量。SKF等厂商提供计算公式和估算表。
2)工作温度与温差(ΔT)
a. 内圈与轴的温升高于外圈与轴承座,会导致游隙进一步减小。
b. 需要估算内、外圈的温差,计算热膨胀导致的游隙减小量。
3)载荷性质:对于重载荷或冲击载荷,需要更大的工作游隙(选C3),以防止因滚子压扁等弹性变形而导致的实际负游隙(预紧),从而引发过热。
4)要求精度与刚度:对于要求高刚度和低振动的场合(如机床主轴),可能需要预紧(负游隙)。但绝大多数离心泵应用不需要预紧,而是需要适当的工作游隙。
5)轴与轴承箱的材料:如果材料不同(如铝制轴承座),热膨胀系数差异大,需额外计算。
2.3 决策流程与行业惯例:
1)对于绝大多数标准的卧式离心泵:
由于配合过盈和温升效应(两者都减小游隙)是主导因素,行业普遍做法是:选择比CN组大一级的游隙,即C3组游隙。这样可以确保轴承在热起来之后,仍然有合适的工作游隙,避免因热膨胀而导致工作游隙消失甚至产生有害的预负载。这是经过长期实践验证的安全、可靠的选择。
2)特殊情况:
a. 精密机床、高速电主轴:可能需要CN或C2组,并施加预紧。
b. 振动冲击极严重的场合:可能选C4组。
c. 铝制轴承座、温差极大等特殊工况:必须进行详细的热力学计算和游隙演算。
3、总结
对于离心泵,最常用的游隙是:C3。对于极端或特殊工况,可咨询轴承供应商的建议。
(来源:中国通用机械工业协会泵业分会)
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