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舍弗勒丨INA/FAG工业行星齿轮箱的轴承布置

产品详情


舍弗勒丨INA/FAG工业行星齿轮箱的轴承布置

技术原理

产品及应用


前言

工业齿轮箱的设计趋势是采用更小的外形从而提高其紧凑性,同时不断提高齿轮箱的功率水平。在非常狭小的空间内提升功率密度对所使用的轴承也提出了更高的要求。这在工业行星齿轮箱上的表现尤为明显,因为工业行星齿轮箱必须在非常小的空间内安全可靠地传递非常高的功率。在一些应用中,特殊情况下行星齿轮箱承受的载荷甚至达到了它们的物理极限。此时,行星架和行星销承受了极高的弯曲载荷。

对于近乎苛刻的应用要求,轴承布置不仅要减小设计空间,还要降低运转噪音,同时具有低摩擦、高可靠性、长寿命、易于安装的特点,这样的轴承解决方案才是比较理想的。


技术和经济性的领导者

对于行星齿轮箱的轴承应用,舍弗勒解决方案对客户的重要价值体现在如下方面:

■RSL型无外圈的单列和双列满装圆柱滚子轴承,具有很高的动态和静态承载能力,径向尺寸也非常紧凑

■RN型带保持架引导的圆柱滚子轴承,尤其适合高转速

■KZK系列滚针保持架组件适用于高离心力、高加速度和非常高的转速

■NRB和VRS满装滚针布置在最小的径向空间内具有非常高的承载能力。

另外,还有大量的特殊解决方案可以满足各种设计要求。

舍弗勒集团应用工程师和舍弗勒工程技术服务可以在全球范围内提供行星轮轴承布置的轴承选型和轴承布置设计的咨询服务。


替换...注意!

该技术及产品信息TPI08《工业行星齿轮箱的轴承布置》替代旧版TPI08《大型齿轮箱的滚动轴承》。旧版中任何不同于本版本的数据信息是无效的。

TPI08是对滚动轴承样本HR1的补充。主要涵盖了工业齿轮箱行星轮的轴承布置,这些在HR1样本中未被涉及。

在轴承布置的设计中,HR1样本中涉及的信息同样有效。


技术原理

摩擦,转速,润滑,轴承布置设计,设计案例


摩擦组成

HR1滚动轴承样本摩擦和温升的章节中,对摩擦和摩擦力矩计算方法进行了详细描述。这里介绍的信息作为一种补充并涵盖了行星轮轴承的布置。

滚动轴承的摩擦是由多个部分组成的,请见下表。由于影响因素众多,如动态的速度和载荷、装配时存在的倾斜和偏转,实际的摩擦力矩和摩擦功可能与计算值有明显偏差。

如果摩擦力矩是重要的设计准则,请咨询舍弗勒工程技术服务。注意!


摩擦组成和影响因素

空转摩擦取决于润滑剂的量、空转速度、润滑剂的工作粘度、轴承的磨合情况。



对于工业齿轮箱中的行星齿轮轴承布置,对应的轴承系数f0和f1见下表。

系数f0,f1滚针保持架组件和满装滚针布置

系数f0,f1满装圆柱滚子轴承

系数f0,f1带保持架的圆柱滚子轴承

符号

f0–轴承摩擦力矩速度系数

f1–轴承摩擦力矩载荷系数

Bmm-轴承宽度

dmm-轴承内径。


极限转速

极限速度nG基于实际经验并且考虑到运转平稳性、密封性能和离心力等因素。

即使在良好的运转和冷却情况下,也不允许超过轴承的极限转速。注意!


热安全运转速度

热安全运转速度n的计算基于DIN732。计算的依据是轴承的热平衡,以速度为参数的摩擦热与以温度为参数的散热量相平衡。当运转平稳后,轴承温度保持不变。

许用的工作温度决定了轴承的热安全运转速度n。

在计算当中,假设轴承处于正常的工作游隙及平稳的运转条件。除了热安全运转速度,还必须遵守轴承的极限转速nG的原则。注意!


计算的限制条件

热安全运转速度的计算方法不适用于:

■ 采用接触式密封的轴承,该轴承的最大速度受限于密封唇的许用滑动速度。


允许的径向加速度

在运转过程中,行星齿轮轴承布置通常要承受较大的法向加速度。在轴承的布置设计中,必须区分满装滚子轴承布置和带保持架的轴承布置间的区别。


满装滚子轴承布置

对于满装滚子轴承布置和满装滚针轴承布置,许用的径向加速度受限于滚动体之间的最大 pv值和轴承的热平衡,图1。


带保持架的轴承布置

对于带保持架的轴承,允许的径向加速度取决于保持架的强度。

rst=到旋转中心的距离     ω=角速度

图1                                                           径向加速度


径向加速度

径向加速度由加速度参数a表示:




最大加速度

如果加速度很高,进一步建议请咨询舍弗勒工程技术服务。注意!


带保持架轴承的最大加速度

如果使用带保持架的轴承,须遵守:

■只使用外部挡边引导的保持架。

■对于更高的加速度,使用实体保持架替代铆接保持架。

■对于最大的加速度,使用KZK系列滚针保持架组件。如需合适的滚针保持架组件。


润滑剂的作用 润滑剂可以:

■在接触表面形成可以提供足够承载能力和防止磨损及早期失效的润滑油膜

■油润滑可以散热

■降低运转噪音

■防止轴承腐蚀。

必须遵守样本HR1,滚动轴承润滑章节中,关于润滑的基本信息。注意!


轴承润滑流量

为散热并润滑滚动体及保持架,须确保足够量的润滑油通过轴承。

在诸如滚针轴承、滚针保持架组件和满装滚针组等几何空间狭小的应用中,为了保证润滑油流出,需要在止推垫圈上加工润滑油槽。



轴承布置

支承和引导一根旋转轴至少需要两个有一定距离的轴承。

根据实际应用,可选择下列方式中的一种:

■定位/非定位轴承布置

■可调节轴承布置

■浮动轴承布置。

对于行星轮的轴承布置,根据应用情况可使用单个轴承布置。

必须遵守样本HR1,滚动轴承技术原理章节中,关于轴承布置的基本信息。注意!


浮动轴承布置

浮动轴承布置是一种支承行星轮的简单且经济的设计解决方案。在这种轴承布置中,行星轮可相对行星架移动轴向间隙“s”的距离。

“s”值根据需要的轴向引导精度来定义,这样在不利的热膨胀条件下轴承也不会在轴向上被卡紧。


内部或外部轴承布置

有以下两种轴承布置,图1:

■内部轴承布置

■外部轴承布置。

内部轴承布置中,行星轮运转在一端或两端夹紧的销轴上。

外部轴承布置中,行星齿轮销轴两端都支承在行星架上。

1:内部轴承布置              2:外部轴承布置

图1:                                                             行星轮轴承布置


配合

根据使用功能,滚动轴承相应地在轴和轴承座上进行径向、轴向及周向定位。

径向和周向定位通常靠配合力实现,即轴承套圈采用紧配合。轴向定位一般由外形配合获得。


配合选择标准

在选择配合时必须考虑以下因素:

■为了充分利用轴承的承载能力必须使轴承的内外圈有良好的周边支承。

轴承套圈和配合件之间不得有相对蠕动,否则会损伤配合表面。


内部轴承布置

如果行星轮采用内部轴承布置,行星轮轴承外圈承受圆周载荷。该外圈必须采用紧配合。


外部轴承布置

因为内圈承受圆周载荷,外部轴承布置要求内圈采用紧配合。


旋转条件

旋转条件是指轴承某个套圈相对于载荷方向承受的是圆周载荷或是点载荷。


点载荷

套圈与载荷方向相对静止且没有力使该套圈相对配合面移动。这种载荷称为点载荷。

配合面没有被破坏的危险,则两者间可采用松配合。


圆周载荷

作用在套圈上的载荷,使套圈相对配合面有移动,并且在轴承旋转一圈的过程中滚道上每一点都要承受该载荷。这种载荷称为圆周载荷。


由于配合面可能被损坏,所以必须使用紧配合。注意!


轴和轴承座的公差

轴承与轴、轴承座间的配合由轴和轴承座的ISO公差(参考ISO286)以及轴承内孔公差和外径公差(DIN620)决定的。注意!

轴承布置的方式 (内部或外部轴承布置)决定轴和轴承座的公差。

内部轴承布置轴和轴承座的公差

外部轴承布置轴和轴承座的公差


轴承配合面的几何公差

轴和轴承座孔的设计必须符合选择的配合,图2。轴和轴承座与轴承配合处公差的精度等级,请见表。

t1=圆度   t2=平行度   t3=相邻挡肩的轴向跳动

图2                                                                           几何公差


IT等级根据DIN ISO 286


无内圈和/或外圈轴承的滚道

对于无内圈和/或外圈的滚动轴承,其滚动体直接在轴上或座孔内滚动。

座孔和轴必须适合作为轴承滚道 (硬化和磨削)。

滚道表面必须采用精加工 (磨削),避免超差,耐磨损。注意!

对标准轴承或者X-life轴承,平均粗糙度值Ra都不允许超限,见表。如果Ra值过高,那么轴承的承载能力不能得到充分利用。

在行星轮内孔的两侧加工倒角可以更加方便于安装轴承。

侧向接触面包括垫圈必须经过精密加工并具耐磨性。


滚动轴承滚道设计


滚道材料

淬透钢和渗碳钢适合作为滚道材料。


淬透钢

符合ISO683-17标准规定的淬透钢(如100Cr6)适合作为滚道材料。这些钢也适用于表面淬硬。


渗碳钢

渗碳钢必须符合ISO683-17(如17MnCr5,16CrNiMo6)或EN10084(如16MnCr5)。



表面硬度和淬硬深度

该指标适用于滚道。轴向垫圈和轴肩都需要进行表面耐磨处理,如淬火。渗碳淬火、火焰淬火或感应淬火的钢材的表面硬度必须达到670HV+170HV以及足够的淬硬深度CHD或SHD。

根据DIN50190,淬硬深度是指表面淬硬层的深度,在此区域内硬度不低于550HV。该深度值是在工件被最终磨好之后测定的,必须符合规定值,并且在任何情况下都必须≥0.3mm。

如果滚道硬度小于650HV(58HRC),则轴承布置将达不到其全部的承载能力。在这种情况下,尺寸表中的基本额定动载荷Cr和基本额定静载荷C0r必须通过硬度系数fH或fH0来降低,图3和图4。注意!


fH=动载硬度系数           HV, HRC=表面硬度

图3                                                       动载硬度修正系数fH

1:滚子,滚针

fH0=静载硬度修正系数                    HV, HRC=表面硬度

图4                                                       静载硬度修正系数fH0


有效承载能力计算

可以利用修正公式计算有效承载能力 :





滚道表面的渗碳硬化深度

滚道的最小渗碳硬化深度CHD可以通过下式确定:



带圈轴承配合面的粗糙度

轴承配合面的粗糙度必须与轴承的公差等级相匹配。为保证一定的过盈量,粗糙度Ra不能过大。

轴需要磨削,轴承座孔需要精车。推荐的粗糙度值Ra=3.2。


滚道和齿根间的壁厚

滚道和齿根间的壁厚必须至少为2.5倍的模数。

只有经过舍弗勒工程技术服务的精确计算,才允许使用更薄的壁厚。


精度

尺寸和运转公差相当于 DIN 620 标准的 PN 级。


包络圆直径Ew的公差

根据下面不同的孔径 d 选择不同的包络圆直径 Ew 的公差 :

■d≤40 mm, Ew –0.01mm

■d≤65 mm, Ew –0.015mm

■d≤120 mm, Ew –0.02mm

■d≤200 mm, Ew –0.025mm

■d≤240 mm, Ew –0.03mm。

轴承的包络圆直径已在尺寸表中给出。注意!


径向内部游隙

如果轴承不带外圈,行星齿轮充当轴承外圈的功能。因此径向内部游隙(C2、CN、C3、C4)由行星轮内孔的设计和滚动轴承包络圆直径Ew共同确定。


根据径向内部游隙确定行星轮内孔直径(举例)

圆柱滚子轴承RSL183004-A(内孔直径d=20mm)作为行星轮轴承布置,要求达到内部径向游隙CN。

行星轮内孔尺寸为多少?

例:

■圆柱滚子轴承=RSL183004-A

■包络圆直径Ew=36.81 mm,

■Ew 的公差=–0.01 mm,

■内部径向游隙CN的公差=20μm至45μm,

■行星齿轮内孔=36.81+0.02/+0.035


径向内部游隙C2和CN

径向内部游隙C3和C4


圆柱滚子轴承

工业齿轮箱行星齿轮轴承的布置有各种各样的方式。其中一些采用圆柱滚子轴承布置,见图1到图6。

        

RSL1830                                                                                  RSL1830-2S                                                          RSL1850 RSL1850

1:止动环     2:轴向垫圈                                                 1:止动环2:轴向垫圈3隔圈                                                    1:止动环   2:轴向垫圈

图1:满装滚子,单列,无外圈                                                         图2:满装滚子,单列,无外圈                                           图3:满装滚子,双列,无外圈

         

RNN                                                                                       RN..-N12BA                                                                            RN

1:止动环   2:轴向垫圈                                                                 1:止动环   2:轴向垫圈                                              1:止动环   2:轴向垫圈   3:隔圈

图4:特殊轴承,满装滚子,双列,无外 圈                                             图5:带保持架的轴承,无外圈                                           图6:带保持架的轴承,无外圈


滚针保持架组件或满装滚针布置

根据运转工况,行星齿轮同样可以由滚针保持架组件或者满装滚针轴承支承,图7和图8。

径向滚针轴承不能用来传递轴向力或者作为轴向引导。注意!

      

K (KZK)                                                                                                          NRB, VRS

1:隔圈   2:轴向垫圈                                                                                   1:轴向垫圈

图7:双列滚针保持架组件轴承布置                                                                         图8:满装滚针布置



行星轮轴承

满装圆柱滚子轴承

带保持架的圆柱滚子轴承

滚针保持架组件

滚针

满装滚针布置

满装滚针组

调心滚子轴承

圆锥滚子轴承


矩阵图轴承预选特征比较:


满装圆柱滚子轴承:无外圈

                     

单列                                                      轴向垫圈                                                    双列

RSL1822..-A、 RSL1823..-A、                                                                                     RSL1830..-A RSL1850..-A


特性

无外圈的满装圆柱滚子轴承由实体内圈和挡边引导的圆柱滚子组成。内圈具有两个刚性挡边。

由于这类轴承具有尽可能多数量的滚动体,因此它们具有极高的径向承载能力,很高的刚性,适用于特别紧凑的结构设计。

然而受运动学条件的限制,这类轴承无法达到带保持架的圆柱滚子轴承那样高的极限转速。

该轴承有单列和双列定位轴承设计。该轴承不仅可承受高径向力,同样可承受双向轴向力,因此可在轴向方向上对轴进行双向引导。

该轴承按照开式设计供货。轴承未作预润滑,可进行油润滑或脂润滑。

滚动体由塑料套保护,以防运输过程中的损坏和丢失。

必须遵守滚动轴承样本 HR 1 中更多关于圆柱滚子轴承的信息。注意!



两个或多个轴承订货代号

如果两个或多个轴承相邻安装在一个行星轮上(如 2、3、4 个轴承),这些轴承必须按照后缀2S、3S、4S订货,这样它们才能被一起分选。


设计与安全指南最小径向载荷

对于连续运转工况,最小径向载荷Fr min必须满足C0r/P<60。如果C0r/P>60,请联系我们


轴向定位

为了防止轴承套圈出现侧向蠕动,必须通过适形配合的方式将其定位。

相邻的挡肩必须具有足够的高度并且垂直于轴承的轴线。

轴承配合面到相邻挡肩的过渡圆角须符合DIN5418,退刀槽须符合DIN509。


行星轮的轴向引导

圆柱滚子轴承可实现行星轮的轴向引导。

这可通过布置在滚动体两侧的轴向垫圈和止动环实现。



带保持架的圆柱滚子轴承

                     

单列                                                                                                                    轴向垫圈

RN2、 RN3                                                                                                          RN22RN23

特性

单列无外圈带保持架的圆柱滚子轴承单元由实体内圈和圆柱滚子保持架组件构成。内圈具有两个刚性挡边。保持架阻止滚动体滚动过程中的相互接触。

带保持架的轴承具有很高的刚性,可承受高径向载荷,与满装设计相比,可适合于更高的转速。它们有些采用提高性能的滚动体,因此可用于设计极高的承载能力。

该轴承为单列定位轴承。该轴承不仅可承受高径向力,同样可承受双向轴向力,因此可实现双向轴向引导。

该轴承提供开式设计。该轴承未作预润滑,可以从轴承端部进行油润滑或脂润滑。

滚动体由塑料套保护,以防运输过程中的损坏和丢失。

必须遵守滚动轴承样本HR1中更多关于圆柱滚子轴承的信息。注意!


两个或多个轴承订货代号

如果两个或多个轴承相邻安装在一个行星轮上(2、3、4个轴承),这些轴承必须按照后缀N12BA和数量(×2、×3 或×4)订货,这样他们才能被一起分选。


设计与安全指南最小径向载荷

对于连续运转工况,最小径向载荷Fr min 必须满足Fr min=C0r/60。

如果C0r/P>60,请联系我们。


轴向定位

为了防止轴承套圈出现侧向蠕动,必须通过适形配合的方式将其定位。

相邻的挡肩必须具有足够的高度并且垂直于轴承的轴线。

轴承配合面到相邻挡肩的过渡圆角须符合DIN5418,退刀槽须符合DIN509。


行星轮的轴向引导

圆柱滚子轴承可实现行星轮的轴向引导。

这可通过布置在滚动体两侧的垫圈和止动环实现,设计案例部分。作为备选方案,可以使用L型挡圈的轴承BRL。


滚针保持架组件

                     

单列                                                        双列                                                             单列:外部引导

K                                                                       K..-ZW                                                              KZK


特性

滚针保持架组件是由保持架和滚针组成的单列或双列轴承单元。单列设计符合DIN5405-1标准的规定。

保持架由调质钢制成,具有良好的耐磨性、较高的强度和为了优化润滑而设计的大引导面。只有部分规格采用塑料保持架,其后缀为TV。

滚针保持架组件只需要很小的的径向空间,因为其径向截面高度恰好与滚针直径一致。

滚针保持架组件可以使轴承布置达到很高的运转精度,这种精度会受滚道几何精度的影响。

内部径向游隙取决于滚针组别以及轴和轴承座的公差,通过改变滚针组别可以调整游隙的大小。

只能提供特定包络圆直径FW的双列滚针保持架组件。

更多的关于滚针保持架组件的信息可以从样本HR1— 滚动轴承,以及产品技术信息TPI94—滚针保持架组件在曲柄销和活塞销的应用中找到。注意!


滚针

滚针保持架组件按照标准滚针组别供货,请见表。

一个滚针保持架组件只包含一个组别的滚针。组别被印在包装上并按照不同颜色编码。



标准滚针组别:


外部引导

滚针保持架组件KZK(比如用于曲柄销)是外部引导的,这意味着保持架相对于座孔和滚动体的径向移动要尽可能的小。


运行温度

带塑料保持架的滚针保持架组件的工作温度为–20 °C 到+120 °C。



设计与安全指南相邻结构部件设计

安装滚针保持架组件的座孔和销轴必须按照轴承滚道的要求制造。表面粗糙度必须达到Ra0.2(Rz1)。滚道的圆度和平行度公差必须达到IT3。

轴承滚道须按照如下设计要求设计:

■渗碳层深度最少达到0.3mm ;表面硬度必须达到670HV+170HV。

■运转侧表面必须设计成精加工(推荐Ra2)和耐磨的表面,必要情况下可采用轴向垫圈。

轴向垫圈和轴肩都应该做成耐磨表面,比如淬火。注意!


滚道宽度

滚道宽度至少要等于保持架宽度Bc(Bc按照负(–)公差制造;Bc值见尺寸表。轴向方向两端面的距离值的公差为H12,图1。滚针保持架的轴向运行表面必须精加工(推荐Ra2)并且经耐磨处理。


1:轴向垫圈

Bc=保持架宽度                        Ra=表面粗糙度

图1:                                               滚道宽度和运转端面


轴向定位

滚针保持架组件必须通过适当的相邻结构来进行轴向定位。如果通过弹性挡圈或止动环定位,在弹性挡圈或止动环和滚针保持架组件之间必须安装轴向垫圈。同时需要保证弹性挡圈或止动环和轴向垫圈之间有足够的有效接触面。行星齿轮必须依靠轴向垫圈

直接在其相邻部件上轴向定位图1。


径向内部游隙

径向内部游隙取决于相邻部件的转速、刚度和精度。这可以通过挑选滚针组别来确定。为了简化计算,可以使用滚针组别的平均值。


示例

用滚针组别平均值来确定内部径向游隙:滚针组别0–2,平均值为–1。



滚针:

NRB

特性

滚针是滚针轴承的基本组件。它们采用符合DIN 17230标准规定的通淬轴承钢100Cr6制成,具有至少670HV的硬度并且具有符合DIN5402-3/ISO3096-B标准要求的平端面。

滚针的两端轮廓是经过修形的。由于这种修形,从滚针表面到滚针端面之间有一段过渡曲线。这样减少了滚动体端部的边缘应力。

滚针的直径范围从1mm到6mm,长度范围从2mm到43.8mm,公差等级为G2。

有关滚针的更多的信息可以从样本HR1,滚动轴承 滚动体章节进行查阅。注意!


组别

滚针按照很小的直径公差和长度公差分成不同的组别。每种组别的滚针进行单独包装,其下偏差标记在包装上。

每个包装中只包含有一个组别的滚针。如果单次供货包含有多个包装,各个包装的组别有可能不同。

一套轴承布置只能采用同一组别的滚针。注意!

通过协议并且有经济可行的数量,可以提供特殊设计的滚针。


精度

尺寸和几何精度符合DIN5402-3/ISO3096标准的规定。



尺寸和几何精度、组别、粗糙度:

1) 圆度按照 DIN 1101 标准制造。公差值适用于滚针的中部。

2) 优先选用的组别用粗体表示。

满装滚针布置:

满滚针布置

特性

满装滚针轴承布置是在有效空间内都装满了滚针。这样特别紧凑的轴承布置具有很高的承载能力和刚度。依靠滚道的几何精度,这种轴承布置具有高的径向跳动精度和可确定的内部径向游隙。

这种轴承布置特别适用于回转运动和高径向载荷的场合。

关于允许转速,请联系舍弗勒工程技术服务。


设计满装滚针布置

在设计满装滚针布置时必须考虑以下内容:

■轴和座孔的滚道尺寸

■滚动体直径

■滚动体数量。


滚道设计:


对于每个轴承配置,只能使用同一组别的滚针。注意!

轴和座孔必须按照滚动轴承滚道要求来设计,见上表。

滚针的轴向运行表面必须耐磨并精加工(推荐Ra2),图1。

为了限制轴向移动,必须预留0.2mm到0.4mm的间隙“s”,见图1。


s=轴向间隙

图1:                                              轴向运行表面和轴向间隙

基本额定载荷的确定

满装滚针轴承配置的基本额定载荷由下列公式确定:




示例

在此示例中的满装滚针布置是由24个滚针NRB3×11.8G2组成的。

则可以确定其滚道尺寸和基本额定载荷Cr,C0r。


公称尺寸及基本额定载荷系数:


周向间隙的确定

周向间隙TES只在滚动体直径DW≤6mm时有效。

TES必须满足以下最小值要求:

■DW≤3.5 mm=0.1mm

■DW>3.5 mm,最小为0.15mm。

滚道尺寸的确定

有效的尺寸列于表中 :

1:径向工作游隙

TES=周向间隙,Dw=滚动体直径,Z=滚动体数量,F=轴的滚道直径,E=座孔的滚道直径

图2:公称尺寸和公差

内部径向游隙的确定:

示例:

滚针组0–2。滚针组–5–7


公称尺寸,G2级滚针的基本额定载荷系数,公差范围0到–7μm组别,公称尺寸单位为mm


公称尺寸,G2级滚针的基本额定载荷系数,公差范围0到–7μm组别,公称尺寸单位为mm-续表


满装滚针组

单列或者双列内外带运输套

VRS


特性

对于满装滚针布置,舍弗勒负责提供滚针,客户根据满装滚针布置章节的内容,自主完成轴承的装配。

对于是满装滚针组(单列或双列),舍弗勒将提供完整的轴承组VRS以供安装。滚动体采用塑料运输套保护以防止损坏和遗失。

对于满装滚针组,客户需要提供以下信息:

■设计空间

■基本额定载荷要求

■转速

■轴承的润滑方式。

轴承组及其安装的相关参数会在客户交货图纸上描述。

关于允许转速,请联系舍弗勒工程技术服务。注意!





特殊解决方案

应用于行星齿轮箱的标准轴承有着很广泛的性能特性并能适用于大多数的应用工况。

如果有特殊应用对轴承有更高的要求,舍弗勒可以和客户一起合作开发特殊的解决方案。舍弗勒工程技术服务会尽快参与到设计过程中。


X-life

许多的应用于行星齿轮箱的轴承都可以提供X-life品质。


表面质量提高承载能力

先进生产制造技术的应用可以使滚动体和滚道的接触面达到一个更好、更匀称的水平。因此,在相同负载条件下,滚动体和滚道所受的应力会显著降低。改进的高质量表面可以减小摩擦和降低轴承运行温度,降低运行的阻力,减小润滑剂的表面张力。

得益于这种改进,轴承的基本额定动载荷相对于先前的设计有了显著的提升。从而提高了轴承的基本额定寿命。如果对于原来轴承额定寿命的要求没有改变,新的轴承配置可以承受更高的载荷。

如果轴承不带外圈,则行星轮轴承滚道的设计必须遵循特定的要求,无内圈和/或外圈轴承的滚道部分。注意!


保持架设计

保持架有以下功能:

■隔开滚动体以减少摩擦和发热

■保持滚动体之间相同的间距以确保载荷的均匀分布

■引导非承载区的滚动体。

滚动轴承保持架可以分为冲压保持架和实体保持架。


铝合金保持架

如果用铝合金作为保持架的材料,这种外部引导的保持架的重量可以减轻,图1。这种保持架适用于中等到高的加速度的应用。

图1:铝合金保持架



钢保持架

钢保持架适用于高温且不受合成油和脂的影响,图2。保持架很小的横截面有利于润滑油在轴承内部的流动。

图2:钢保持架



用于高加速度的保持架

对于高加速度的应用,比如在输入级上或者离心机上,需要有特殊的轴承解决方案。


特殊保持架

轴承的适用性在很大程度上受所使用的保持架及其特定的形式和设计的影响。

在极高的加速度的情况下,滚针保持架组件必须要求带有外部引导保持架(KZK)或者具有经过优化应力特性的特殊黄铜保持架,图3。对于这些情况,请联系舍弗勒工程技术服务。


实体黄铜保持架(特殊保持架)

图3:适用于高加速度的优化保持架


优化重量的轴承布置

减速箱的设计越来越紧凑,随着传递功率的不断提升和重量的减轻,对滚动轴承提出了更加苛刻的要求。


非常小截面的轴承套圈

多年来舍弗勒一直作为冲压成型技术的领导者。该技术可用于高承载能力和刚度的小截面轴承套圈的经济型生产中,图4。

生产这种轴承的前提条件是要有足够多的数量需求。


1:冲压成型的轴承套圈。2:带冲压轴承套圈的满装滚子轴承

图4:                                                        冲压成型的内圈


单边支承的行星齿轮轴承布置

在行星齿轮销轴为单边支承的情况下,销轴和行星架过渡区域承受弯曲载荷,在某些应用中这种弯曲载荷会很大。


优化的圆角半径

通过适当的圆角可以显著的降低这一点断裂的敏感性。因此,应用于这种工况的轴承的内孔的一侧都有一个较大的过渡圆角,图5。

舍弗勒有大量的这类特殊轴承。


图5:通过优化圆角半径降低断裂敏感度



轴承的轴向定位

还有一种解决轴承轴向定位的特殊方案成功地应用于特定的工况中。


通过L型挡圈定位

轴承滚动体的引导及其在行星齿轮中的轴向定位可以通过采用两个L型挡圈的方法来实现 (弹性挡圈 BRL),图1,所示采用两个止动环和两个轴向垫圈组合的方式。这样可以减少组件的数量且更加易于安装。

对于大批量的需求,通过协议的方式来生产这种L型挡圈将带来极大的效益。


带涂层的轴承

标准轴承有着较高的产品性能,较长的使用寿命,并能广泛适用于大多数的轴承布置。为了提高轴承的使用寿命,各种不同类型的涂层可以应用于特殊的运行工况中。


黑色氧化涂层

黑色氧化涂层是一种高效且经济的表面涂层方法。这种表面涂层能够提高轴承的磨合特性,经常被应用于有打滑风险的场合,图6。

如果行星齿轮传递的是低速重载的载荷,黑色氧化涂层显著的防磨损特性可以提高轴承的使用寿命。

可以通过样本TPI 186 查询更多的相关信息。通过使用涂层以达到更高的性能。


1:带涂层的无外圈圆柱滚子轴承RSL

图6:                轴承带黑色氧化涂层以防止擦伤




风力发电机上的偏航和变桨齿轮箱

风力发电机的可转动机舱的安装高度可达120m。它几乎包含了整个电子系统以及传动系统和发电机。由于桨叶长度可达60m,在强风条件下,发电机将受到巨大的外力作用。

必须想办法来控制这些力。因此机舱里包含了一些电控的机械部件。这样可以保证转子和桨叶能够根据风力状况总是处于最佳位置。在极端条件下,可以通过调整叶片来减小风塔所受的外力。


图1:机舱调整系统


要求

回转驱动装置用于调整涡轮机与风向保持一致被证明是成功的。回转驱动也叫“偏航驱动”,它的机构非常紧凑同时具有很高的操作安全性,它必须是一个非常坚固耐用的设计,只需要极少的维护。

该驱动是一个4级的行星齿轮箱,这种类型的齿轮箱的特点是所有的行星齿轮副同轴布置以节省结构空间。

第1级行星和第2级行星分别为高速和中速,传递较低载荷。输出端由第3级行星和第4级行星组成,分别在低转速下传递中等和较高的转矩。

由于传递很大的扭矩,位于输出齿轮轴上的轴承承受了很大的径向力。


运行参数:


解决方案

输入轴由一个单列深沟球轴承支承。因为深沟球轴承的摩擦力矩很低,所以它很适合于高转速的工况。

所有的行星齿轮均由单列或者双列的满装圆柱滚子轴承支承。第1级和第2级由于高速低载采用单列的轴承设计,第3级和第4级由于低速重载采用双列的轴承设计。轴承滚动体直接在行星齿轮的内孔上运转。这样,轴承只需要很小的安装空间。滚动体满装设计可以保证轴承有很高的承载能力。

输出轴由一个圆柱滚子轴承(轴向自由)和一个调心滚子轴承(定位轴承)支承。其中圆柱滚子轴承采用了更大的滚子设计以达到极大的径向承载能力。

位于小齿轮一侧的调心滚子轴承承受了双向的轴向载荷和很大的径向载荷,它同时可以补偿轴的变形以及轴承座的不对中。

a=第1级行星,b=第2级行星,a=第3级行星,a=第4级行星

图2:                                轴承在偏航和变桨齿轮箱中的位置

使用的产品

1:深沟球轴承6009

2,3:单列满装圆柱滚子轴承RSL(特殊设计)

4,5:双列满装圆柱滚子轴承RSL 特殊设计)

6:圆柱滚子轴承NJ220-E-XL-M1(非定位轴承)

7:调心滚子轴承23024-E1A-XL-M(定位轴承)



紧凑型液压驱动单元经常作为履带式和轮式车辆的牵引驱动。

液压驱动单元和集成式液压马达位于惰轮对面,负责带动链轮或者车轮。集成式多盘制动器可以确保设备能够安全地制动。

图片来源 :Bosch Rexroth AG

图1:                                                             液压驱动单元


要求

该牵引驱动装置有一个多级的行星齿轮箱。

第1级行星传动为高速轻载,第2级行星传动为低速重载。

各级行星齿轮将力传递到齿圈,也就是整个机器的轮毂。

牵引驱动装置经常长时间运行在极端恶劣的工况中。尽管如此,它们还是要求有很高的运行安全性和极少的维护。


运行参数:


解决方案

空间局限性是这种牵引驱动面临的主要考验之一。因此,所有行星齿轮都是由无外圈的满装圆柱滚子轴承来支承。即所有轴承滚动体都是直接在行星齿轮的内孔上运转。这样,轴承只需要很小的安装空间。

满装滚子设计可以保证轴承有很高的承载能力。在行星齿轮中,轴承依靠止动环在轴向定位。为了有效的降低行星销的边缘应力,在轴承内圈的一侧有一个较大的圆角。

一对带保持架的小游隙角接触球轴承组成的主轴承可以作为一个牢靠稳定的支承。在极重载条件下,也可以使用预紧的角接触滚子轴承或者O型布置的圆锥滚子轴承

无游隙运行可以提高齿部的承载能力并可以确保低噪音、稳定的运行。

a=第1级行星。                                        b=第2级行星

图2:                                                                                          轴承在牵引驱动中的位置


使用的产品

1:无外圈的单列满装圆柱滚子轴承RN(特殊设计)

2:双列满装圆柱滚子轴承RNN带2个轴向垫圈和1个止动环(特殊设计)

3:带保持架的双列小游隙角接触球轴承备选方案:呈O型布置的两个302、322系列圆锥滚子轴承

回转齿轮驱动常用于新一代的履带式液压挖掘机中,它位于挖掘机的上半部和下半部结构之间。输出轴的齿轮与回转齿圈啮合,从而带动挖掘机上半部进行回转运动。回转驱动装置由一个液压马达驱动。回转制动机构由一个多盘式制动器控制。

图片来源 :Liebherr-Werke Biberach GmbH

图1:                                                                                         回转齿轮驱动



要求

该回转驱动为一个多级行星齿轮箱。这种类型的齿轮箱的特点是所有的行星齿轮副同轴布置以达到高度紧凑。

第1级行星传动为高速轻载,第2级行星传动为低速重载。

由于传递很大的扭矩,位于输出齿轮轴上的轴承承受了很大的径向力。

回转齿轮驱动的日常运行经常处在极端恶劣的环境下。

因此它要求具有很高的运行安全性和极少的维护需求。



运行参数:


解决方案

所有的行星齿轮均由双列的满装圆柱滚子轴承支承。轴承滚动体直接在行星齿轮的内孔上运转。这样,轴承只需要很小的安装空间。滚动体满装设计可以保证轴承所必需具有的很高的承载能力。为了有效的降低行星销的边缘应力,在轴承内圈的一侧设计有较大的圆角半径。在行星齿轮中,轴承依靠止动环在轴向定位。

输出齿轮轴由调整为零游隙且呈O型布置的两个圆锥滚子轴承支承。O型布置比X型布置有更宽的支承跨距H— 两个轴承压力圆锥顶点间的距离。零游隙运转提高了小齿轮与回转齿圈啮合的承载能力。作为半定位轴承,圆锥滚子轴承可以承受单向的轴向力和很高的径向力。由于需要传递很大的扭矩,输出轴轴承提供了轴向定位并且承受了作用在齿轴上的极大的径向力。

齿轮轴输入端轴承同行星齿轮箱一样采用甩油润滑。无需进一步的维护。输出端轴承则采用脂润滑。


a=第1级行星。b=第2级行星。H=支承跨距。S=压力圆锥顶点

图2:                                                        轴承在回转齿轮驱动中的位置



使用的产品

1,2:无外圈的双列满装圆柱滚子轴承RNN(特殊设计)

3,4:O型布置的302、322系列圆锥滚子轴承


这种带有正齿轮传动的行星齿轮箱被广泛应用于各种工业领域。在轧机应用中,它们不仅是高效的技术组件也是非常经济的解决方案。

如此经济的驱动装置得益于它众多的可标准化的基础部件的模块化设计概念。这些模块化设计不仅仅是行星传动和箱体部分,同时也包括输入和输出部件。

图片来源 :Siemens AG

图1:                                                                          轧机驱动



要求

功率输出通过一个多级的行星齿轮传动来完成。较高的制造精度和FEM模拟仿真能够确保载荷在行星齿轮上得到最优化的分布。

前置安装的正齿轮以高转速传递小扭矩载荷。行星齿轮则以低转速传递大扭矩载荷。


运行参数:



解决方案

输入轴由一个作为定位轴承的调心滚子轴承和一个作为浮动轴承的圆柱滚子轴承支承。高速小扭矩载荷通过一个液压马达传递到轴上。包含输入轴和中间轴的正齿轮传动采用直齿的形式。

第1级的行星齿轮由两个无外圈的满装圆柱滚子轴承RN-2S引导。这种轴承可以提供很高的刚度并且易于安装。如果对结构的刚度要求不是很高,调心滚子轴承可以作为一种更加经济的方案。

两个作为半定位轴承的单列满装圆柱滚子轴承SL1830被安装在第2级行星齿轮内的两侧。这种轴承具有很高的承载能力,如果为了能够达到最大可能的承载能力和刚度,双列圆柱滚子轴承SL1850..2S-BR-C3(按照半定位轴承布置)可以作为另一种解决方案。带后缀BR 的轴承表面有黑色氧化涂层。这种处理提高了轴承的抗磨损能力。

输出轴由两个半定位轴承SL1818支承。


a=输入轴。b=中间轴。c=第1级行星。d=第2级行星。e=输出轴

图2:                                                                                                 轴承在行星齿轮箱中的位置

使用的产品

1:调心滚子轴承 (定位轴承)

2:圆柱滚子轴承 (非定位轴承)

3:圆柱滚子轴承 (半定位轴承)

4,5:满装圆柱滚子轴承RN-2S无外圈/4,其他选择:调心滚子轴承/5

6,7:单列满装圆柱滚子轴承SL1830/6,其他选择:双列圆柱滚子轴承SL1850-2S/7

8:圆柱滚子轴承SL1818 (半定位轴承)



(详见附件)


舍弗勒丨工业行星齿轮箱的轴承布置.pdf








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