如何预防滚动轴承的蠕动

发布时间：2022-02-09

来源：轴承杂志社

由滚动轴承产生蠕动的机理可知，影响蠕动的主要因素是配合间隙和变形。为了预防滚动轴承产生蠕动损伤，需要从轴承的设计、安装和维护等各方面入手予以控制。

影响因素

以径向轴承的设计为例，定性评估各参数对轴承蠕动趋势的影响如图1所示。轴承和轴承座/轴的多个设计参数影响轴承的蠕动。

图1 基于设计的防止轴承蠕动的措施评估

1）选型。选用Z适于轴承应用工况的轴承类型。如风电主轴轴承选用双列调心滚子轴承时，由于轴承的游隙较大，受载不均，再加上润滑的因素，容易引起滚子打滑，可能导致损伤，引起外圈圈、滚子以及保持架受力不均发生变形，改变外圈与轴承座的配合，出现蠕动，甚至卡死等故障。因此，风电主轴轴承推荐选用圆锥滚子轴承，该类型轴承的径向和轴向承载能力强，可通过预紧使滚子均匀受载，滚子不易产生滑动摩擦。但是，圆锥滚子轴承安装工艺对装配工人的经验和技术要求较高，轴承游隙调整不当依然可能出现蠕动等故障。

Leidich等研究了不同类型轴承的蠕动趋势，发现：圆锥滚子轴承和角接触球轴承的蠕动阈值Z高。圆柱滚子轴承和调心滚子轴承的蠕动阈值相对较低，因此更易发生蠕动。Z易发生蠕动的是深沟球轴承。

2）设计参数。游隙量在适合的范围内，蠕动转矩随着游隙的增大和减小成比例变化，当游隙为负值时，蠕动发生的可能减小。滚动体的数量增加，滚动体载荷减小，外圈局部变形受到限制。套圈厚度和宽度增大，套圈刚性增加，蠕动发生的可能性也降低。

3）加工精度、配合公差等。轴、轴承、轴承座孔的加工公差、表面粗糙度等参数满足技术要求；装配过程中，轴系应反复对中，减轻额外载荷的影响；轴承与轴承座/轴采用过盈配合，适当收紧公差范围以确保配合的过盈量，选用合适的工装，加热轴承装配或者冷冻轴装配，严格按照操作规程实施等等。因为加工和安装精度达不到要求将影响配合公差，可能导致轴承产生蠕动。

4）其他因素。当然还包括材料的保证，轴承座、轴的制造协作，良好的润滑，规范的使用维护保养等等各种因素。

预防措施

从摩擦学和设计的角度提出了3方面防止轴承蠕动的措施。

图2 防止轴承蠕动的3方面措施

1）增加结合处的摩擦因数μF以增加摩擦力，从而抵消轴承蠕动。如可对外圈的激光织构和不同轴承座材料进行研究。

2）中间层。以弹性层为例，在外圈上增加玻璃纤维增强塑料( GRP)层，弹性层吸收了外圈的变形，从而减少轴承的蠕动。NSK Creep-Free™ Bearing Series在外径面上两沟槽内安装有两个O形圈（丁晴橡胶）就属于弹性层。另一种中间层是一个钢环，中间钢环(ISR)通过过盈配合安装在外圈上，这一措施导致2种蠕动抑制效应叠加。套圈与中间环接触副的过盈尺寸(过盈配合)抵消了蠕动。由于中间环吸收变形和同时加强强度的作用，减小了轴承座与中间环之间接触副的蠕动。

3）定位节。插在外圈槽内起连接作用的圆柱销；还有一种措施是专门设计挡圈来防止轴承蠕动。

预防措施的详细研究内容可参考文献 [1-2]

参考文献：

[1]Schiemann T，Porsch S，Leidich E，Sauer B. Intermediate layer as measure against rolling bearing creep[J]. Wind Energy，2018，21:426- 440.

[2]Sauer B, Leidich E, Porsch S, Schiemann T. Definition und Auslegung von konstruktiven und tribologischen AbhilfemaBnahmen gegen tangential Wanderbewegungen von Walzlagerringen. Final report Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., Frankfurt/M., Book 1153, 2015.