轴承101:它们是什么,它们是如何失败,为什么他们很重要

轴承是什么?

轴承是机器的正式的技术定义的元素:

1. 约束之间的相对运动中指定一个总体设计两个部分。
2. 减少这些运动部件之间的摩擦。

可以找到一个简单的定义的名称“轴承”本身:支护结构设计的“熊”压力或负荷在一个给定的设计。

而轴承的典型用例是一个轴旋转的轴,经过合理设计,促进运动的不同期望的范围。线性轴承,例如(见下文),允许线性而不是旋转运动,与轴承元素沿着铁路或杆。

的实际设计部分执行这个函数可以相差很大。轴承可以用木头做材料,从铜到高级聚合物。一些轴承设计依靠频繁的润滑,而其他人在他们的环境中几乎可以运作从来没有是润滑(如空间)。有些轴承设计抵抗腐蚀,同时保持淹没很长一段时间,而另一些则需要在高温的条件下操作的钢铁制造厂。

今天,轴承是精心设计的组件构建高度特定的应用程序,环境危害,维护需求和面市。

轴承基础知识

在典型的旋转轴承的情况下,“杂志”的一部分轴支承面接触。在最简单的情况下,轴承不是一个分立器件:《华尔街日报》简单的幻灯片轴承表面,忍受任何摩擦,产生的热量,戴。可用在少要求情况下,轴承设计,无助于减少热量和磨损的摩擦会产生不可接受的情况下使用时的速度和条件要求苛刻的领域的现代应用工业生产、航空航天和汽车。

一个巨大的命令式在轴承设计,因此,减少摩擦,提高轴承的性能和寿命。

可以添加一些额外的特性来减少摩擦,第一次润滑。传统上,这是由最初的和周期性的注入油和油脂。今天,一些设计嵌入高级润滑油在轴承材料本身(请参阅下面的自润滑轴承,)减少手动润滑的需要。其他的设计利用低摩擦材料,不需要润滑,在适当的操作条件。

第二个选项是添加一个滚动的设计元素来减少摩擦,同时保留所需的承载特性。轴承的设计可以有效地划分为两个高级类别在此基础上添加。

套/轴颈轴承和滚柱轴承

1. 球和滚子轴承:在这些设计中,滚动体放置在两个袖子:内套,联系《华尔街日报》,外套筒接触孔。一个“球”是最常见的滚动体,但是这些也可以辊,齿轮或其他设计。(通常是金属)滚动元素本身需要润滑,定期或通过一个密封轴承的设计(见下文)。
2. 滑动轴承(也称为“期刊”或“普通”的轴承):在这个设计中,《华尔街日报》简单的幻灯片在轴承表面,没有额外的机械元件。新的低摩擦,自润滑选项使滑动轴承有用在各种要求苛刻的应用程序之前需要一个滚动体的设计。

平原诉飞机上注意轴承:没有什么“平原”

你会注意到,许多业内人士指套/杂志轴承“普通的”,而不是“飞机”,正如我们指的是三星。

我们认为这种区别有助于突出“平原”轴承绝不是简单的或低负荷应用。

术语“平面轴承”侧重于轴承的几何性质,而不是机械的底层机制的复杂性。低摩擦、自润滑塑料意味着滚动元素的存在不再是hard-guide轴承的潜在的应用。

轴承类型的概述

平面轴承:套筒,杂志,衬套

你可以把一个平面轴承的轴承在其最简单的形式:任何non-rolling元素包含两个表面摩擦连接在一起的地方一个平面轴承。常见的类型包括套筒轴承、法兰轴承(见下文)。

轴颈轴承,滑动轴承,”和“套管”都是大致相当的不同行业使用的术语来描述相同的基本设计理念。

滑动轴承

滑动轴承是什么?

滑动轴承是最简单的平面轴承的设计,包括平滑套筒之间安装一个轴和孔。一般来说,某种液体或微粒日报》和轴之间的润滑剂会坐。

诉套筒轴承衬套

“套”是一个密切相关的分类,有时风险引入混乱。

衬套的正式定义是一个薄的套筒或管约束相对运动。但是这是不同于套筒轴承吗?不,不一定。一些行业简单地使用术语“套管”作为历史的巧合。一般来说,我们发现衬套总是指单组分的袖子。

滑动轴承应用

滑动轴承是一种通用的组件在几乎所有类型的设计的。只是几个例子包括:

• 汽车——传动轴,链接,别针和曲柄组件
• 农业——连杆总成附件、操舵装置
• 越野——液压缸销栓轴承
• 海洋——稳定的驱动杆的轴承
• 食品加工和包装- - - - - -输送机和灌装设备。

法兰轴承

这个设计添加了一个“缘”,或突出的边缘,作为定位机制拥有连接套筒。这法兰连接安装面垂直于轴承轴运行。这额外的支持是至关重要的在应用程序与高速度,高负载,或广泛的振动运动。

推力轴承

在其最简单的形式,可以认为一个推力轴承垫圈。正式,推力轴承为部队提供了一个轴承,轴向轴。一个典型的例子是对飞机的螺旋桨轴。

像其他类型的轴承,推力轴承可以使用滚动体,滚珠或滚柱支持在一个戒指。低摩擦塑料提供类似的好处他们提供在线性或旋转的应用:正确的材料可以承受轴向力,减少需要润滑。

线性轴承

直线轴承是什么?

直线运动轴承(有时称为“线性滑动”)提供免费运动沿着路径定义。

这个线性运动与旋转运动的典型的轴承设计在本文前面所述。像一个旋转轴承,直线轴承可以非常简单,就像一个木制的书桌抽屉放在一个木滑轨。但更复杂的线性轴承设计允许更少的摩擦,动作更快,更精确控制的活动范围。

线性轴承的例子包括从抽屉里滑到地震减震器,帮助保护建筑物不受地震。

线性轴承如何工作?

在轴承最常见的安排,旅行沿着广场铁路或圆杆指南。

铁路提供了一个线性轴承沿着轨道。的形状和设计这种铁路可能取决于负载将如何承担目标应用程序。例如,与弯曲的火车轨道,这个铁路不需要一条直线。

轨行轴承机制被称为“马车”或“块。“运输和铁路之间的接触点被称为“种族”。

与旋转轴承一样,这两个部分之间产生摩擦。这种摩擦可以消散一些组合滚动元素,润滑和低摩擦/自润滑塑料袖子。

一般来说,所有的轴承设计元素在本文中,我们探索适用于线性轴承,包括密封、润滑、自动润滑的选择。

例如,oil-infused青铜套筒是一个常见的低负荷设计;一个简单的例子是一个滑出式抽屉轨道。更苛刻的应用程序需要更复杂的机制。甚至一些线性轴承设计将雨刷机制在轴承前清除污垢和碎片从铁路和限制污染。

线性轴承用于什么?

直线轴承的应用是广泛的旋转轴承。他们从简单的家具抽屉过山车和高性能机床,要求非常精确的调节。

法兰直线轴承

在这个设计中,一个小肋式轴承结构突出,符合相应等级/压痕的铁路。这个法兰引导沿着铁路轴承同时限制接触点。

密封的线性轴承

与其它轴承设计,线性轴承可以封锁使用金属或橡胶。这种做法可以减少污染,防止润滑油泄漏:见下面的密封轴承,。

密封轴承

密封轴承润滑在制造过程中注入,然后封锁。都是为了:

• 防止润滑剂从轴承机制。
• 防止污染物进入轴承机制。

海豹未必是永久的。很多轴承,例如,采用橡胶密封,可以随时删除维护(润滑/清洗)。

像《华尔街日报》一样,轴承密封材料需要仔细校准压力,温度,和使用寿命的要求。选择合适的密封材料和设计将密封寿命最大化。

什么是密封轴承用于?

通常,密封的轴承是用来在情况频繁重新润滑是不切实际的,或者/尘土污染是首要考虑因素。

密封轴承vs打开轴承:当使用密封的轴承

打开轴承设计的主要优点是维护成本和易于访问。

如果频繁的维护计划,一个密封的设计的额外成本可能不值得。

然而在其他环境中,像那些充满颗粒物从制造业的操作,使用印章(或自润滑轴承)可能是一个虚拟的必要性。

金属密封轴承

金属密封轴承通常是最便宜的密封轴承的选择,但更难以维护的访问。

橡胶密封轴承

Rubber-sealed轴承通常比金属密封贵但可以更容易地打开重新润滑。然而,他们不能在温度特别高。

聚合物密封轴承

与轴承,塑料聚合物(特别是聚四氟乙烯)为海豹开辟新领域有优越的性能特征。

聚合物海豹,例如,可以站起来更多的热量比橡胶密封,同时提供改进的腐蚀和耐化学性相比,金属密封(这是很重要的在任何应用程序的清洁化学物质破坏密封的质量风险,影响其性能和寿命)。

为什么轴承失败?

要真正了解轴承选择,重要的是要首先了解如何失败。而底层函数总是相似的,扩散,因为不同的轴承类型不同的应用程序和操作环境截然不同的压力轴承。

轴承过早失败由于损伤等常见问题的润滑不足、微粒或腐蚀性污染,过载,安装不当。这些问题的精确原因可以相差很大取决于所使用的材料和操作环境。

与此同时,轴承故障的操作和成本影响/维修/更换可以在应用程序之间差别很大。一块的制造设备,必须停止日常的检查,例如,频繁的润滑或偶尔轴承替换可能是一个问题。在这些情况下,增加的费用更先进的解决方案可能会带来一些好处。但是对于应用程序在另一个极端(如轴承卫星)可能需要他们永远不会保持成功的条件。

我们开车到关键因素会导致轴承故障进行更详细的研究。

当考虑轴承失败也值得学习寻找什么样的迹象表明,轴承是准备失败。

环境对轴承的影响

上面讨论的失效模式的相对重要性可以相差很大取决于轴承与频率可以经济地更换或维护访问。

环境影响可以改变轴承的预期寿命90%。环境寿命差异的大小,选择合适的轴承正确的环境是仪器设计的最终性能和可靠性。

下面几个简洁的例子说明轴承需要精心挑选,以反映情况他们将预期的操作。

轴承与粉尘污染环境

环境像钢铁厂、建筑工地和食品加工线包括高水平的灰尘和其他物质会污染一个轴承。需要采购轴承,在这些环境中记住这污染风险:微粒从食物碎片金属碎屑成为磨料他们随着时间的推移建立。这种磨损会影响轴承密封(让更多的粒子和/或水随时间)和轴承本身。

你可以阅读更多关于使用轴承在尘土飞扬的环境在我们的文章。

轴承为肮脏的环境

上面讨论的灰尘污染变得更糟随着越来越多的油脂积累在轴承。随着润滑油污染,散热的能力和减少摩擦急剧减少。在最好的情况下,轴承寿命缩短。在最坏的情况下,这种污染是导致意外故障和停机时间。

这使得定期清洁润滑轴承的重要关键设计关心轴承很难访问,将维护很少,或者在环境太脏几乎每隔需要清洗。

虽然自润滑轴承可能仍然需要某种程度的润滑,减少润滑需要创建关键维护优势肮脏的操作环境

轴承在真空环境中

真空环境往往不仅介绍维护困难,失败的独特模式。塑料轴承,例如,通常是首选的设计需要在真空功能,消除润滑要求。但塑料需要精心挑选vacuum-use:一些塑料展览和particulate-shedding气体释放,无法轻易发泄在真空中。

泄漏故障:一个干净的环境

任何需要定期润滑的轴承有润滑剂污染周边环境的风险。当面对设计要求的清洁操作(源于ISO标准、政府法规或客户要求可持续的最佳实践),漏有效地成为轴承故障的模式。考虑到这种风险,自润滑塑料轴承为清洁操作在这些环境中提供重要的优势。

类型的轴承材料

木头轴承

木头可能不是第一个材料为轴承,你觉得今天和降级是专业应用。但是木头轴承提供有用的历史背景:他们说明,工程师们一直在仔细选择合适的轴承材料性能标准的历史记录。

有证据表明,腓尼基人的船建造者使用木制轴承已经船舵早在4500年前。正确的森林是耐腐蚀,允许他们在水下应用如舵或螺旋桨轴。在旧世界的超强木愈疮树是一个受欢迎的选择——这是天然油脂提供内置的润滑而极端密度帮助它承受住压力。后来,轴承制造商木轴承灌注了动物油脂达到类似的自润滑效果。

今天,复合材料提供关键性能优于木材在水下应用程序中,但木轴承是轴承材料的第一个例子被精心挑选理想的机械性能。

青铜轴承

青铜是一种常用的材料有一个巨大的各种不同的合金成分——这种不同使得青铜轴承材料的受欢迎的选择,材料很接近所需的精确规格可以采购。青铜轴承具有很强的特征冲击,冲击和耐蚀性。

青铜轴承在安装和操作需要润滑,这会让它们的可怜的选择设计很难访问频繁的维护。这限制是为什么取代青铜轴承自润滑的选择(见下文)为许多企业提供了一个有吸引力的主张。

不锈钢轴承

一个共同的传统选择工业应用,钢轴承可以处理非常高负载和高rpm。不锈钢轴承提供改善耐蚀性与其他钢的成绩相比,但是潜在的缺点还包括相对较高的重量和高噪音。

铸铁轴承

另一个常见的选择,传统铸铁轴承有足够的低摩擦系数使用钢轴。随着时间的推移情况下铁釉料这有助于减少磨损。

塑料轴承

出现在1950年代以来,塑料轴承日益成为一个可行的替代传统金属设计。这一替代的好处取决于精确的材料问题:性能特征在不同的塑料配方/成分的差异很大。

对于简单的模制塑料轴承,这可能仅仅是成本中获益。但真正先进的工程塑料聚合物和复合材料也提供性能优势金属和其他材料。较低的摩擦和自润滑功能(更多内容见下文),塑料聚合物使平面轴承有效地运作在许多历史需要滚动体轴承的应用程序。

常见的塑料类型适合轴承应用程序包括:

• 酚醛树脂:制成的复合材料用酚醛树脂填料保税。良好的强度和耐蚀性;低导热系数需要广泛的润滑。
• 缩醛树脂:常用的有成本效益的轴承广泛的应用程序。
• 尼龙:安静的操作,低摩擦,没有润滑的要求,但是在扭曲之前最高温度相对较低。
• 地Ultrahigh-Molecular-Weight聚乙烯):生产耐磨和低摩擦,这种材料是一种常见的高性能替代缩醛/尼龙。
• PTFE(聚四氟乙烯):通常以聚四氟乙烯的商标名称,这种四氟乙烯合成含氟聚合物用于各种各样的应用程序,如涂层不沾锅。

为轴承、聚四氟乙烯作为结构材料不仅是有用的但作为自润滑轴承的润滑介质(更多内容见下文)。

有用的属性包括低摩擦系数、耐腐蚀、低电导率、狂犬病和广泛的可容忍的温度。

所以这些塑料最好?与其他轴承选择本文中讨论的参数,这完全取决于应用程序。事实上,这些塑料可以与彼此混合,或无塑性的材料,来生成所需的特征在性能方面,维护需求和成本。

详细的属性不同的塑料聚合物从三星产品,看看我们的材料数据库。

塑料聚合物轴承的主要优势包括:

• 通过降低摩擦系数降低润滑要求。
• 增加抗污染物包括灰尘、水、和制造颗粒。
• 改进的腐蚀和防锈性能。
• 没有油脂意味着更清洁的操作,更好的抵抗碎片,和更少的维护。
• 大幅增加寿命的(通常超过设备纳入)。
• High-sanitation选择特定于行业的需求/法规遵从性(FDA, USP, 3, ABS)。
• 灵活的使用在线性、振动和旋转的应用。

自润滑轴承

这些轴承润滑剂聚四氟乙烯、石墨、硅集成与轴承的摩擦面本身。摩擦的移动部件,这随时间动态分散润滑剂。

塑料高分子自润滑轴承使用两种不同的机制将润滑媒体:

• 模糊系统:PTFE-based或PTFE-infused聚合物是最常见的一个模糊系统的例子。的润滑剂需要找到摆脱聚合物和存款的micro-finish接触表面。这个存款构建生成一个水动力电影提供有效润滑。
• 垃圾系统:此方法依赖于聚合物本身的韧性(超高分子量、铸型尼龙)敲松树脂微粒有效函数作为微型球轴承。这种方法通常是效率较低,但仍在许多应用程序中有一个重要的角色。

采用这些设计是重要的在应用程序频繁重新润滑是不切实际或过于昂贵,在极其高摩擦力的环境中,或在传统环境中液体润滑剂代表/泄漏污染的风险太大。

由于润滑不足的首要原因是轴承故障,结束需要润滑不仅简化了维护,大大减少了过早穿期间积累的不可避免的维护间隔。油脂和其他润滑剂也加剧污染问题通过帮助灰尘和污垢粘在轴承机制,消除自润滑的另一个长期wear-driver选项。

自润滑轴承的关键优势

• 优秀的耐磨损和腐蚀。
• 较低的维护成本,由于减少了润滑的要求。
• Lower-friction系数。
• 函数在高、低温环境中。
• 清洁,grease-less操作。

Rulon®

三星是Rulon独家北美经销商,一个家庭PTFE-based塑料专用轴承等要求应用程序的功能需求。像其他塑料,它可以在各种各样的配方(事实上,超过300)。

更深层次的看Rulon和一些关键配方选项,请参阅我们的白皮书:

先进的自润滑Metal-Backed解决方案

更先进的方法允许金属轴承设计自润滑功能,同时保留一些金属的理想的结构特点。

三星的TriSteel™例如,由一个特殊聚合物衬里用金属支持。班轮是浸渍到烧结多孔青铜夹层。两种材料可以精确指定取决于应用程序。该设计利用钢(锌/镀铜或不锈钢)的结构和机械支持而利用聚合物衬垫改善磨损特性和自润滑。

在我们了解更多关于TriSteel产品网页或查看手册。

复合轴承

复合轴承是由材料的组合,如纤维增强树脂或塑料。可以结合聚四氟乙烯复合材料创建一个轻量级的,自润滑的设计。

使用复合轴承提供戏剧性的重量相比优势金属轴承。读到一些其他好处复合轴承。复合材料本身可以定制,以满足特定的应用程序需求。复合衬垫可以应用在金属垫板补充力量。

三星的CJ复合材料composite-based轴承解决方案的一个很好的例子。本设计利用多个层。最里面的一层由合成纤维/聚四氟乙烯层。第二层由玻璃纤维环氧树脂涂层。最外层由环氧涂层玻璃纤维小入射角。

这种结构允许的轴承是轻量级的,高强度,和含量,经常无润滑高负载/低速应用程序的理想选择。开云体育信誉CJ轴承提供优秀的耐冲击性和冲击载荷。他们也有能力承受高度的轴偏差:复合墙就像一个弹簧和轴承的厚壁部分偏转越大对于一个给定的负载。

CJ复合轴承视图我们更多的信息CJ网页或查看手册。

为什么战略选择轴承是一种工程势在必行:三星的方法吗

本指南都集中在一个反复出现的主题(它只是一个逻辑扩展的大量的轴承选择在今天的市场):

轴承是一个关键设计组件,工作最好当精心挑选,以反映详细了解操作要求他们将有望实现。

你决定你是否能取代lubrication-intensive滚子轴承或选择采用何种等级的聚合物,花时间进行真正有见识的轴承选择过程可以提供真正的好处。

在三星,我们采取这一事实:我们不只是销售特定的材料或产品感兴趣,但在真正与客户协商的方法。

我们努力理解特定的功能需求,维护问题和cost-priorities你的设计。我们甚至工作从客户机的废纸画画设想应用程序!我们的评估并不只看材料:我们仔细思考的实际几何目标应用程序。

从那里,我们匹配材料和轴承设计具体的工程问题。,如果我们的一个数以百计的聚合物或复合纯轴承是不对的,我们甚至有独特的能力,创建一个自定义材料通过我们增强材料部门(EMD)开云体育网站。

如果你有兴趣学习更多关于塑料轴承的许多应用,看看我们完整的图书馆超过140应用程序案例研究。