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一台搅拌机几十年来一直用青铜轴套支承轴。大修时有人建议改用球轴承:“这更先进,寿命也更长。”几周后,轴承部位开始嗡嗡作响,新方案比原来的轴套更早失效。
反过来的情况同样存在。设计师原本选用的是滚动轴承,但因为手头一时没货,设备被装上了滑动轴承轴套。结果轴套发热,因为原有润滑从来就不是为滑动接触设计的。
滑动轴承和滚动轴承的任务相同:支承轴并传递载荷。但两者的工作原理截然不同。本文讲解两者的区别,说明两种结构的优点与局限,并帮助您在更换时做出正确决定。
基本原理:滑动与滚动
在 滑动轴承 中,轴直接在轴瓦或轴套内滑动。理想情况下,两个表面之间有一层由润滑油或润滑脂形成的承载油膜。免维护滑动轴承则由具有自润滑性能的材料承担这一作用,例如PTFE涂层或含油烧结金属。
在 滚动轴承 中,滚动体在内圈和外圈之间滚动。产生的主要是滚动摩擦而非滑动摩擦,摩擦力明显更小。保持架使滚动体保持间距。最常见的滚动轴承是球轴承,此外还有多种滚子轴承。
几乎所有其他差异都源于这一点:启动特性、对冲击和污染的敏感度、安装空间,以及轴承的磨损方式。
滚动轴承:种类一览
滚动轴承的标准化程度很高。向心轴承的外形尺寸由ISO 15规定,基本额定寿命的计算由ISO 281规定。因此,不同制造商型号相同的滚动轴承通常可以互换。最重要的滚动轴承种类:
- 深沟球轴承: 万能型,适用于中等径向载荷和有限的轴向载荷,转速高、摩擦小。常见于电动机、泵和风机。
- 角接触球轴承: 可承受径向与轴向联合载荷,常成对安装,例如用于主轴。
- 圆柱滚子轴承: 径向承载能力高,根据结构不同可作为允许轴向位移的浮动端轴承。
- 圆锥滚子轴承: 用于较大的联合载荷,典型应用为车轮轴承和齿轮箱,需成对相向调整安装。
- 调心滚子轴承: 承载能力高且可调心,能补偿对中误差。常见于输送设备、破碎机和通风机。
- 滚针轴承: 非常扁平,适用于径向空间狭小的场合。
- 推力轴承: 仅承受轴向载荷,有球式和滚子式两种。
滑动轴承:结构类型与材料
滑动轴承的统一程度不如滚动轴承,更多是针对具体设备单独设计的。大致可分为三类。
动压滑动轴承
旋转的轴把油带入楔形间隙,自行建立承载压力。达到一定转速后,轴浮在油膜上,表面不再接触。而在启动和停机阶段则处于混合摩擦状态,会产生磨损。这类轴承常见于大型汽轮机、发电机、压缩机和重型电动机。
静压滑动轴承
由外部泵将压力油送入轴承,轴在静止时就已浮起。这种方式成本较高,但适用于转速极低、载荷很大或精度要求很高的支承,例如大型机床或天文望远镜。
少维护与免维护滑动轴承
这是设备维护中最常遇到的一类:由青铜、烧结青铜、塑料或带滑动层的复合材料制成的轴套。它们用于铰接点、铰链、杠杆、滚轮、介质润滑的泵以及许多低速机构。用于有润滑轴承的经典材料还有钢背巴氏合金和黄铜。
滑动轴承还是滚动轴承:区别对比表
| 标准 | 滑动轴承 | 滚动轴承 |
|---|---|---|
| 启动摩擦 | 高(混合摩擦),静压轴承除外 | 低 |
| 冲击与振动 | 良好,油膜起阻尼作用 | 敏感,滚道有压痕风险 |
| 径向安装空间 | 小,往往只需一个薄壁轴套 | 因套圈和滚动体而较大 |
| 噪声 | 非常安静 | 有可闻的运行噪声,随磨损增大 |
| 润滑 | 关键,供油系统往往较复杂 | 通常简单,多用润滑脂或终身润滑 |
| 污染 | 视材料而定,耐受性较好 | 对颗粒敏感 |
| 标准化与互换性 | 多为设备专用 | 高度标准化,可跨品牌互换 |
| 使用寿命 | 在液体摩擦区理论上极长,否则会磨损 | 可按ISO 281计算疲劳寿命 |
| 剖分式结构 | 易于实现,无需拆轴即可安装 | 仅限特殊结构 |
滑动轴承:优点与局限
滑动轴承最重要的优点,恰恰体现在滚动轴承力不从心的地方:
- 阻尼: 油膜能吸收冲击和振动。因此压力机、破碎机和重型曲柄机构常采用滑动轴承。
- 结构紧凑: 一个轴套在径向上只需几毫米。
- 运行平稳: 没有被碾过的滚动体,因此几乎没有运行噪声。
- 剖分式轴承: 对于大轴,可以在不拆轴的情况下更换轴瓦。
- 适应低速摆动: 在铰接点和摆动轴上,滚动轴承容易出现静止压痕,而滑动轴承能很好地应对。
局限:在油膜尚未建立的启动阶段会产生磨损。一旦供油中断,动压轴承可能在很短时间内抱死。此外,滑动轴承的游隙通常更大。只有特殊型号才适合高精度的轴系导向。
滚动轴承:优点与局限
滚动轴承是大多数设备的标准配置,这有充分的理由:
- 摩擦小 ,启动时亦然,适合频繁启停。
- 润滑简单,常用润滑脂,许多轴承带密封并终身润滑。
- 尺寸标准化: 6205深沟球轴承在任何制造商那里都是内径25 mm、外径52 mm、宽15 mm。
- 可计算: 基本额定寿命可按ISO 281根据载荷和转速估算。
- 导向精确 ,游隙小,甚至可以预紧。
局限:滚动轴承对冲击、污染、对中误差和错误安装都很敏感。其寿命受材料疲劳限制。轴径很大时,轴承会变得笨重,径向尺寸也大。损坏初期有哪些征兆,请参阅我们的文章 球轴承坏了?轴承损坏的7个征兆.
什么时候用哪种轴承?典型应用场景
没有简单的经验法则。但以下思路在实践中很有帮助:
- 滚动轴承 适用于电动机、泵、风机、齿轮箱、主轴和输送托辊,也就是所有载荷中等、转速多变、启动频繁的场合。
- 动压滑动轴承 适用于高速、长期连续运行且供油稳定的大轴,例如汽轮机、大型压缩机和大型发电机。
- 免维护滑动轴套 适用于铰接点、杠杆、摆动轴、导轨和低速滚轮,尤其是在有污物、潮湿或无法润滑的环境中。
- 介质润滑滑动轴承 适用于由输送介质本身润滑的泵,例如屏蔽泵或磁力驱动泵。
示例:潮湿区域的输送托辊
清洗区的一个输送托辊反复失效,因为尽管有密封,水仍会进入滚动轴承,导致滚道锈蚀。塑料滑动轴套的耐水性要好得多。但能否改用,还取决于载荷、转速和轴的材料。这项校核应交由设计部门或制造商完成。
更换轴承类型?先校核,再更换
从滑动轴承改为滚动轴承或反之,不是简单的替换,而是一项设计变更。改用之前,应先弄清以下几点:
- 安装空间: 在不改动壳体或轴的前提下,孔内能否装下滚动轴承?
- 轴: 滑动轴承需要硬度高、表面光洁的轴。滚动轴承需要公差明确的配合面。
- 载荷与冲击: 新轴承能否承受峰值载荷,而不仅仅是额定载荷?
- 润滑: 现有润滑方式是否适合新原理,还是需要更改?
- 轴向定位: 轴在何处轴向固定,是否需要浮动端轴承?
- 文档: 变更是否已获批准,并已更新到图纸和备件清单中?
如果无法有把握地回答这些问题,更换时最好保留原有的轴承类型。
更换时应提供哪些信息
滚动轴承
- 包括所有后缀在内的完整轴承型号,例如密封形式(2RS、2Z)、游隙(C3)或保持架材料
- 制造商(如已知),以及套圈上标识的照片
- 如果型号无法辨认:内径、外径和宽度(mm)
- 如怀疑是特殊型号,还需提供温度、转速或环境等工况条件
滑动轴承
- 内径、外径和宽度,带法兰轴套还需提供法兰直径和法兰厚度
- 材料(如已知),或滑动面的照片
- 润滑槽、润滑孔,以及卷制轴套的开口缝
- 配对件,即轴的材料和表面状况
- 设备的图号或备件号(如有)
尤其是滑动轴承,设备文档中的备件号往往比任何尺寸数据都更有用,因为配合和材料都已在其中规定。完整清单请参阅我们的 备件询价清单.
轴承难以采购时
标准滚动轴承通常很容易买到。难点在于特殊结构、带少见后缀的轴承、老旧设备以及设备专用的滑动轴承轴套。KTB Europe是一家来自汉堡的家族企业,自1976年起在全球采购各品牌备件。您可以把轴承型号、设备铭牌照片或带尺寸的描述发给我们。如果原装件已停产,我们会寻找合适的替代件。
更多信息请参阅我们的 MRO采购 和 停产零部件的页面。您也可以直接通过 联系页面 提交询价。
结语
滑动轴承和滚动轴承不是竞争对手,而是应对不同任务的工具。滚动轴承的优势在于启动摩擦小、标准化和润滑简单。滑动轴承则在冲击、空间狭小、大轴和恶劣环境中发挥所长。更换时的原则是:相同类型、完整型号、准确尺寸。更改工作原理属于设计决策,必须经过校核并形成文档。
常见问题
滑动轴承和滚动轴承的主要区别是什么?
在滑动轴承中,轴在轴套内依靠润滑膜或滑动层滑动。在滚动轴承中,滚珠或滚子在两个套圈之间滚动。由此产生不同的优势:滚动轴承启动摩擦小,滑动轴承能缓冲冲击且占用空间更小。
滑动轴承有哪些优点?
滑动轴承能缓冲冲击和振动,运行非常安静,径向结构紧凑。大型滑动轴承可做成剖分式,无需拆轴即可更换。此外,免维护轴套在应对污物、潮湿和低速摆动时往往比滚动轴承表现更好。
滚动轴承有哪些种类?
最重要的种类有深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、滚针轴承和推力轴承。它们的区别主要在于能承受哪种载荷、需要多大安装空间,以及能否补偿对中误差。
可以直接用球轴承替换滑动轴承吗?
只有经过技术校核后才可以。更换轴承类型会涉及安装空间、轴的配合、润滑、轴向定位以及承受冲击的特性。因此这属于设计变更,应获得批准并形成文档。如有疑问,更换时请保留原有的轴承类型。
向供应商询价滑动轴承轴套需要提供哪些信息?
重要的是内径、外径、宽度,带法兰轴套还需法兰尺寸。此外还有材料、润滑槽或润滑孔以及轴的材料。设备文档中的备件号尤其有用,因为其中已规定了配合和材料。