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轴承跑圈——一个复杂的简单问题
2023-06-26
来源:让云

轴承跑圈这个事儿在公众号里说了好多回了,但依然有好多工程师不停地重复的询问。有时候我在想,这么简单的事儿,怎么就复杂了呢?这里面当然有技术因素,也有非技术因素。以前单纯的讨论技术因素,从来没有说过非技术因素,看到很多很多工程师反复的问,索性综合起来,再仔仔细细的说一遍,希望对大家有帮助吧。

一、影响轴承跑圈的技术因素

在以前的很多文章和书里都写过各种各样的与轴承跑圈相关的因素,罗列一下:

1、配合面尺寸超差;

2、配合面形位公差超差;

3、配合尺寸选择不当:

4、振动场合;

5、垂直轴;

6、外圈旋转

7、机座材质与轴承不同导致热膨胀系数不同(铝壳);

8、轴承内部失效带来的次生跑圈(内部卡死拖动轴承跑圈);

以上的几个原因虽然没法覆盖百分之百的轴承跑圈,但是也应该会包含了90%的导致轴承跑圈的情形。按照以往的文章,应该把每一个导致跑圈的因素逐一仔细讲解,这次换个讲法,一来,因为以前讲的太多了,不想重复;二来,那么多原因逐一拆改了仔细讲解,估计很多工程师也没法记住,并且对于每一人而言,造成轴承跑圈的原因可能只是其中的一个原因,因此对于其他内容就浪费。这次用一个统一的讲法说说轴承跑圈,记住这一个原因,就可以解释上面所有的各种跑圈情形,应该是一劳永逸的。

首先,轴承跑圈是指轴承内圈或者外圈的配合面与轴或者轴承室发生相对移动而造成的摩擦或磨损。不论上述那种情形的跑圈,指的都是这样的状态。那么,这个相对移动就是所有跑圈问题的核心。我们来分析这个“相对移动”。

轴承内圈或者外圈与轴或者轴承室之间是面接触,如果两个表面发生相对移动,那么两个表面之间如果出现摩擦应该是滑动摩擦或者是静摩擦(有相对运动趋势而没有相对运动的时候)。对于滚动轴承而言,轴承内圈或者外圈与滚动体之间的接触(在正常情况下),应该是滚动摩擦。并且滚动体和轴承圈之间一般会施加润滑,因此其摩擦系数更小。

通过上面对比不难发现,通常情况下,轴承圈和配合面之间的摩擦是滑动摩擦,摩擦系数较大;轴承圈和滚动之间的摩擦是滚动摩擦,且有润滑剂,摩擦系数较小。滚动体将负荷在内外圈之间传递,可以认为轴承圈和配合面之间与滚动体和轴承圈之间的负荷相同。(此处没有做展开的详细分析,仅做宏观的对比。)这就不难发现,通常情况下最大静摩擦大于滑动摩擦大于滚动摩擦。因此,正常的轴承不应该出现轴承圈和配合面之间的相对移动。

对于跑圈的情形而言,就是说轴承圈和配合面之间出现了相对移动。从上面的分析不难看出,如果相对移动了,就是滑动摩擦发生了,滚动摩擦大于了最大静摩擦。这时候就可以知道,套圈和配合面之间的摩擦力小了。

是什么原因到值摩擦力小了?我们都知道摩擦力等于摩擦系数乘以正压力。摩擦系数没变的时候(轴承钢材质和配合面材质没有变化),那就说明是正压力小了。正压力哪里来?

正压力是配合+轴承的径向负荷。轴承径向负荷没变的情况下,那就是配合带来的正压力不够了。啥意思?配合松了呗!

配合松了是怎么造成的?尺寸超差,形位超差呗!都不超差,那就是热膨胀系数不同呗!

相同的配合,轴承的径向负荷变了的情况下,正压力也会不足。啥意思?振动了呗(振动周期内某瞬间负荷是不足的)!垂直轴轴使用了卧式轴一样的配合呗!

是不是一下子上面本文最开始所有的问题都找到了答案?很多人不停在猜测造成跑圈的各种可能原因,把一个很简单的初中物理题硬是搞得很神秘。有时候这可能是技术上没有想明白,当然还有其他可能的因素,我们来说说所谓的非技术因素。

二、轴承跑圈的非技术因素

轴承的跑圈问题经常是一些制造厂的设计部门经常提问的,也就是说他们经常遇到的反馈,说是设计的东西跑圈了。言外之意,就是“设计的有问题了”。这是对设计工作的投诉。通过对上面技术因素的探讨外,工程师可能将目光直接针对了轴、轴承室和轴承。轴承是精密机械零部件,超差的几率很低。换言之就是检查轴、轴承室的尺寸。这个检查可能是设计尺寸的检查和加工尺寸的检查,也就是对“设计的对不对”和“加工的对不对”的检查。

“加工的对不对”直接指向轴、轴承室的制造环节。但是轴承一旦出现了跑圈,跑过的工件尺寸就发生了变化,取证难度较大。同时制造部门对技术部门的“甩锅”通常也会抵触,证据不足的情况下,“甩锅”往往带来麻烦。

“设计的对不对”是对设计公差选择的检查。事实上这些公差的建议在很多资料里都非常清楚地写着,每次工程师们提问的时候,我都反复的给出这个表。次数太多了,我发现很多工程师依然无视。在长期的此类问题处理的过程中发现,所谓防止跑圈的措施多数会导向配合变紧。配合变紧之后生产部门直接反馈是“不好装”了。有时候还会说,以前没收紧的时候也有好多是好的(不跑圈的),或者邻居家的尺寸也是松的,也没问题,为什么你就偏收紧,甚至隐含着指出“跑圈不是因为配合”的结论。因此,设计人员往往觉得收紧配合时间很得罪人的事儿。都不愿意去做。

那问题来了,在技术讨论环节中,纯技术考虑势必要收紧配合,除此之外很难有根治方法,另一方面,不少工程师即不想得罪生产部门,又必须解决所谓的跑圈问题,于是“用胶水”等看起来有点奇怪的方法都用上了,还有做滚花工艺的,用所谓的防蠕动轴承等(防蠕动轴承往往在不得已的时候才用,所以成本自然高)。还有人直接找来轴承供应商处理这个问题,说到底轴承供应商如果从技术角度考虑也无非是收紧配合之类的方法方能根治。

上面的种种因素相互纠缠,本来很简单的问题,却没人要直接面对问题的根本诱因,于是“跑圈”问题成为了很多设备生产厂,尤其是电机厂的“难题”。

在刚开始从业的若干年中,我非常惊奇于这个简单问题为什么在很多厂都变成了老大难问题?后来才发现,不是问题的技术难度高,而是问题牵扯的部门多,责任方多,明明一个简单问题,硬生生变成了老大难。

仔细想想,你的技术工作中遇到过类似问题么?技术问题不用技术思路考虑,用“听说”、用“别人如何如何”的来考虑,借鉴变成了很多事情的借口,变成了甩锅的托词。

综上,轴承跑圈问题确实是一个复杂的简单问题。技术上这是个简单问题,但是非技术方面牵扯到人、部门、责任,又是个极其复杂的问题。有时候不得不去想,如果一个厂经常有轴承跑圈问题,而怎么给建议都不听,那么,这个厂很有可能是有管理问题的。

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