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　　回转支撑轴承 技术手册 7 / 2 0 0 1 - T P O -C - 版本 1 2 页码 4 前言 页码 5 PSL 回转支撑轴承特性特性 5 基本设计系列 6 PSL 回转支撑轴承型号 6 材料 7 质量保证 8 PSL 回转支撑轴承应用 页码 9 回转支撑轴类型和尺寸的选择 9 选择合适的回转支撑轴必需的数据 – 指定应用场合的回转支撑轴适用性评估标准 10 根据载荷大小、使用寿命和回转速度方面选择回转支撑轴 10 额定静载荷 12 使用寿命 12 极限转速 13 根据精度、平稳运行和配置刚度选择回转支撑轴 13 尺寸和运行精度 15 回转支撑轴内部游隙 15 回转支撑轴密封 16 摩擦力矩、驱动电机输出计算 页码 18 齿轮 18 齿轮类型 18 齿轮定尺寸 页码 19 紧固螺栓 19 螺栓和螺母的分类 20 通过回转支撑轴极限额定静载荷图选择螺栓 21 紧固螺栓 21 紧固螺栓的极限额定静载荷图条件 24 最小旋入深度 页码 24 回转支撑轴的保存、包装、运输和存放 页码 25 回转支撑轴的安装和维护 25 安装表面要求 25 安装程序 26 回转支撑轴维护 26 润滑剂的类型 26 润滑剂数量和再润滑间隔 27 运行中的回转支撑轴检查 页码 28 用于回转支撑轴计算的技术数据 页码 30 美制和公制单位的等值换算 7/2001-TPO-A-Rev. 1 3 前言 PSL, a.s., Považská Bystrica 是一家具 有多年历史的大型轴承（回转支撑轴承） 生产商。 目前生产品种包括 500 多种标准和专用 的回转支撑轴承。 PSL, a.s. 拥有一整套完 善的质量保证体系，已 通过 DIN EN ISO 9001 标准认证。 ISO 14001 环境管理体系。 本出版物包含 PSL 回转支撑轴承相关的 基本技术信息、使用合适回转支撑轴承 的配置设计和设定尺寸程序以及回转支 撑轴承的安装、维护、保存、包装、运 输和存放说明。 PSL 技术咨询部门的专家们可以提供 PSL 回转支撑轴承的复杂应用解决方案。 本产品样本的内容已经过仔细地评估和 检查，由于不断的技术开发，我们保留 在事先不作通知的情况下对技术信息进 行更改或变更的权利。 4 PSL 回转支撑轴承特性 经济的配置。它们经常可以省去许多在 回转支撑轴是一种能够承受复合载荷 传统轴承配置中属于必需的组件。 （即，轴向、径向载荷和倾斜力矩）的大 型轴承。它们通常配有用于固定螺栓的 安装孔、润滑孔和密封圈，实现紧凑、 基本设计系列 四点接触球回转支撑轴承 交叉滚子回转支撑轴承 不带 齿轮 带有 外齿轮 带有 内齿轮 5 PSL 回转支撑轴承型号 PSL 回转支撑轴承型号使用的符号含义和顺序： - - - - 改型 顺序设计编号 滚动体的节圆直径（以 mm 为单位） 型号置于回转支撑轴 滚动体直径化整到 mm 承的非功能表面上。其 滚动体的类型： Z - 圆柱滚子，B - 球，T - 圆锥滚子 通过电化学处理或冲 压印在回转支撑轴承 上，或者将印有型号 滚动体列数 的标签紧固在回转支 齿轮类型： E – 外部，I – 内部，O – 不带齿轮 撑轴承上。 PSL 回转支撑轴承的基本设计符号 材料 对于 PSL 回转支撑轴承生产，使用的是 标准碳素钢或热处理 6 质量保证 试生产阶段： 通过一种综合方式系统地保证生产质量， 以满足制造工艺所有阶段中的客户需求。 • 售前服务 – 为客户提供专业的服务 • 市场营销 – 从技术和商业角度、发展趋 势等进行市场调研 生产阶段： • 现代化的制造方法、工具和程序 • 新的材料和热处理方法 • 检查手段和方法的不断创新 • 在专业的测试台上进行产品测试 • 通过 TQM 不断改进 生产后阶段： • 在运行中测试产品质量带有使用属性 改进反馈 • 售后服务 – 在产品应用方面提供帮助 7 PSL 回转支撑轴承应用 紧凑、精确和刚度相对较高时平稳的运 PSL 回转支撑轴承应用于： 行、安装简便、维护方便以及运行可靠 • 挖掘机， 等特点使这些轴承广泛地应用于各个工 • 通用型培土机， 业领域。 • 伐木机， • 装载机， • 液压夹具， • 轴和底架， • 装配和接入平台， • 机器人， • 机械手和定位器， • 机床和夹具， • 清洗和灌瓶机， • 救援车辆， • 天线， • 切割装载机， • 钻探设备， • 风力发电厂等 8 回转支撑轴承类型和尺寸的选择 在针对特定用途选择合适的回转支 撑轴承时，必须查明和分析有关配 置的所有要求并阐明个别要求的重 点，配置的评估将依据这些重点。 然后，选择合适的回转支撑轴承类 型和尺寸并解决配置问题（包括连 接件设计的优化和维护说明）。 选择合适的回转支撑轴承必需的数据 - 指定应用场合的回转支撑轴承适用性评估标准 这些数据同时也是指定应用场合的回转 在做出回转支撑轴承的尺寸和设计相关 支撑轴承适用性评估标准。个别标准的 决定时，必须了解以下数据： 优先级将根据作为一个单元配置的要求 • 运行载荷的大小、方向和时间特性 而有所变化。 • 需要的使用寿命 • 运行回转速度、单位时间转数 例如： • 精度、运行平稳性和配置刚度方面的 • 起重机 – 以载荷的可靠传输和使用寿 要求 命为优先标准 • 轴承固定要求 • 机床回转台 – 以精度、运行平稳性和配 • 齿轮要求 置刚度为优先标准 • 工作环境的特性 • 空间、最大重量等方面的要求 在大多数情况下，回转支撑轴承用于循 • 在运行中安装、拆卸和维护回转支撑 环运动或回转速度相对较低的设备。这 轴承的要求 表明，在大多数情况下，主要标准是载 • 配置经济性要求 传输，即，滚道、齿轮和固定 荷的可靠 螺栓的承载能力是否足够。 9 根据载荷大小、使用寿命和回转速度选择回转支撑轴承 回转支撑轴承能够承受组合载荷，即， 轴向力、径向力和这些力的偏心作用产 生的倾斜力矩。 典型的载荷示例 图 1 FA M FR 额定静载荷 通过极限静载荷的曲线，根据需要的额 定静载荷选择合适的回转支撑轴承。编 号为 9/2001-OTO-A 的 PSL 出版物《专 用大型轴承 – 回转支撑轴承，产品目录》 提供了单独回转支撑轴承的极限额定静 载荷曲线 当量轴向和力矩静载荷的计算 回转支撑轴承 公式 有效条件 F’OA = (FOA + 5.05 . FOR) . sO 0.1 FOR 8 e 2 FOA 四点接触球 M’OK = MOK . sO 回转支撑轴承 F’OA = (1.23 . FOA + 2.68 . FOR) . sO 0.1 FOR 8 e # 2 M’OK = 1.23 . MOK . sO FOA 交叉滚子 F’OA = (FOA + 2.05 . FOR) . sO 0.1 FOR 8 FOA 回转支撑轴承 M’OK = MOK . sO FOA - 回转支撑轴承轴向静力的载荷之和 Σ [kN] FOR - 回转支撑轴承径向静力的 Σ [kN] MOK - 回转支撑轴承倾斜力矩 (静态) 的 Σ [kNm] sO - 静态安全系数 (数值 – 见表 3) [–] 2000 . MOK e = - 载荷偏心度参数 [–] FOA . DS DS - 回转支撑轴承平均直径 [mm] 注意： - 如果 FOR 0.1 - 计算当量载荷时必须考虑径向力。 FOA 10 表 3 各种工作条件和应用的 静态安全系数值 回转支撑轴承 运行载荷要求 s 示例 O 运动 的种类 0.5 ÷ 1.0 旋转 均布载荷，无冲击安静运行 • 输送系统的回转台 正常工作条件，轻微冲击 • 清洗和灌瓶机 1.0 ÷ 1.25 • 剥皮机 • 机床 相当大的冲击载荷 • 交通工具 1.25 ÷ 1.5 • 振动压路机 • 雷达天线 低频时产生极大的摆角， • 定位器 0.8 ÷ 1.1 摆动 无冲击的均布载荷 • 堆垛机 • 装配起重机 • 维修用起重机 中等摆角，正常载荷，轻微冲击 • 小型和中型挖掘机 1.25 ÷ 1.5 • 汽车起重机 • 建筑和船用起重机 • Raiders • 机器人和机械手 高频时产生小到中等的摆角， • 带有抓斗或磁铁的起重机 1.5 ÷ 2.5 相当大的冲击载荷 • 搬运起重机 • 大型挖掘机 • 建筑机械、培土机和伐木机的底架 连接接头 均布载荷 • 安装夹具 0.5 ÷ 0.8 少量的周期性 • 定位器 旋转或运动 轻微冲击 • 卸料输送机 正常载荷， 1.25 ÷ 1.5 • 天线 • 秤盘回转支撑轴承 相当大的冲击载荷 • 风力发电厂 1.5 ÷ 2.5 • 混凝土泵 • 核电站用机械手 转支撑轴承的滚道极限静载荷曲线下以及 如何选择一个合适的回转支撑轴承： 通过回转支撑轴承极限静载荷图工作点 极限螺栓载荷曲线下。图例 - 请参阅第 20 的坐标，定义当量轴向载荷和力矩静载 页，图 6。 荷的计算值。工作点必须位于选择的回 11 使用寿命 由于回转支撑轴承以循环方式或低转速 根据我们的经验，回转支撑轴承的实际 运行（切向圆周速度约为 1m/s）工作，所 使用寿命超过使用寿命 L 10 的理论值。 以以下使用寿命的计算只是近似计算。运 行中的维护、连接结构的质量和刚度以 对于使用寿命 L （90% 的可靠性）的计 10 及其他因素也会影响实际使用寿命。 算有效： L10 - 使用寿命 [106 转] Ca p Ca - 轴向额定动载荷 (按照 ISO 281 标准) [kN] L10 = ( ) 其中： P - 轴向动载荷当量动载荷 [kN] P A A p - 系数 p = 3 球回转支撑轴承 p = 10/3 交叉滚子回转支撑轴承 注意： 轴向当量动载荷的计算相对复杂，需要 ，即取决于工作条件。在设定回转支撑 大量的经验。PA 的大小主要取决于回转 轴承的使用寿命时，我们建议联系 PSL 支撑轴承的应用类型（起重机、挖掘机 技术咨询部门的专家。 等）、载荷范围、工作循环的数量和角度 极限转速 在回转支撑轴承应以恒定回转速度工作 对于润滑脂润滑，极限转速值约为上述 类情况下，我们建议联系 PSL 技术咨询 的情况下（例如，立式车床等的回转台 值的一半。 部门的专家。 配置），必须评估选择的回转支撑轴承是 如果生产的回转支撑轴承具有较 的公 否适用于指定的回转速度。极限转速图 差等级，滚动体被保持架分离并且针对 用于该用途 – 见图 2。该图对于使用润滑 指定的工作数据优化了内部游隙，则可 油充分润滑滚动体的回转支撑轴承有效。 以超出极限转速 大约 2.5 到 3 倍。在此 图 2 12 根据精度、平稳运行和配置刚度 选择回转支撑轴承 在某些应用中，例如，机床回转台、机 承，还必须评估轴承在精度、平稳运行 器人、机械手的配置，除了在载荷、回 和配置刚度方面的适用性。 转速度和使用寿命方面评估回转支撑轴 尺寸和旋转精度 采用标准设计的 PSL 回转支撑轴承具有以下生产公差： 表 4 功能直径的公差 公称直径 [mm] 直径公差 [mm] - 外径 (-) - 内径 (+) 高于 至 定心 (IT9) 头部（带有齿轮的套圈） 120 250 0.11 0.2 250 400 0.14 0.25 400 630 0.17 0.3 630 1000 0.23 0.4 1000 1600 0.31 0.5 1600 2500 0.44 0.7 2500 3150 0.54 0.9 根据客户的要求交付定心直径符合 IT8 和更 公差等级的回转支撑轴承。 定心 度通常为套圈 度的 0.15。 表 5 非功能直径的公差 (ISO 2768 - m) 公称直径 [mm] 直径公差 高于 至 [mm] ( ) 120 400 0.5 400 1000 0.8 1000 2000 1.2 2000 2.0 表 6 高度公差 公称高度 [mm] 齿轮环高度公差 结构高度公差 高于 至 [mm] ( ) [mm] ( ) 50 0.3 0.6 + 0.5 50 180 0.4 0.8 倾斜 180 0.5 1.0 游隙 13 表 7 固定孔位置公差 内孔的节圆直径 [mm] 固定孔位置公差 [mm] 高于 至 + R… 120 250 0.10 250 400 0.15 400 630 0.20 630 1000 0.25 1000 1600 0.30 1600 2500 0.35 2500 3100 0.40 旋转精度 通过定心直径的径向跳动和齿轮以及工 果将生产公差与需要的公差进行比较，可 作面表面的轴向跳动，定义回转支撑轴 以确定指定的配置需要公差等级比标准 承的旋转精度。跳动大小取决于回转支 等级更 的回转支撑轴承，应联系 PSL 撑轴承的直径和横截面以及齿轮环的热 技术咨询部门的专家解决这些问题。 处理。从图 3 中的回转支撑轴承平均直径 相关性可以大致了解旋转精度偏差。如 旋转精度偏差 图 3 齿轮圆度偏差 定心直径的圆周跳动 工作面表面的轴向跳动 ] m m [ 差 偏 Ds [mm] 14 回转支撑轴承内部游隙 密封型材 回转支撑轴承密封 内部游隙预紧力（负游隙）的大小对回 用于常见用途的标准 PSL 回转支撑轴承 图 4 两侧带有密封。密封用于保护防 转支撑轴承的旋转、配置刚度和使用寿 交付时 止过量的润滑剂从回转支撑轴承中 出， 命有着重要影响。根据配置要求选择游 同时防止杂质渗入内部空间。常用的密 隙或预加载荷的大小。如果配置必须具 封型材 – 见图 4。 有 刚度并且回转速度较低，使用带有 预加载荷的回转支撑轴承更为合适。这 样，滚动体上的载荷间距更加均匀，因 标准密封型材的材料为橡胶 NBR 70。 此可以实现更长的使用寿命。 对于回转支撑轴承的特殊应用（例如， 高工作温度、更 的极端工作条件耐受 如果回转支撑轴承以较 的回转速度长 要求等），可以交付由不同材料制成的密 时间的工作，则使用带有游隙的回转支 封型材，或者开发适用于指定应用的新 撑轴承更为合适。游隙的大小还与配置 型专用密封。在 这些 情况下， 请联 系 的工作温度有关。 PSL 技术咨询部门的专家。 如果根据具体的工作条件选择最佳的游 隙或预加载荷，我们建议咨询 PSL 技术 咨询部门的专家，他们也会提供交付的 PSL 回转支撑轴承游隙或预加载荷相关 信息。 15 摩擦力矩、驱动电机 输出计算 摩擦力矩的大小受以下因素影响： • 内部设计和回转支撑轴承尺寸 • 游隙或预加载荷的大小 • 载荷的方向和大小 • 回转支撑轴承滚道的机加工质量和几何精度 • 密封方法 • 润滑剂的种类和数量 按照以下等式计算回转支撑轴承的总扭矩： MR - 无载荷回转支撑轴承的启动摩擦力矩 [kNm] MT = MR + MZ + MG 其中： MZ - 载荷产生的回转支撑轴承摩擦力矩 [kNm] MG - 旋转质量加速力矩 (减速) [kNm] 从图 5 中的回转支撑轴承平均直径相关性 可以了解启动摩擦力矩的大小。该图对于 带有两个密封的标准 PSL 回转支撑轴承 有效。 启动摩擦力矩图 图 5 16 按照以下等式计算载荷产生的摩擦力矩： µ - 摩擦系数 [–] µ = 0.006 - 球回转支撑轴承 µ = 0.004 - 交叉滚子回转支撑轴承 k - 载荷承载系数 [–] k = 4.4 - 球回转支撑轴承 k = 4.1 - 交叉球回转支撑轴承 MZ = µ . k (MK . 1000 + FR . fL + FA) . DS 其中： MK - 回转支撑轴承倾斜力矩的 Σ [kNm] DS 2 k 2000 FR - 回转支撑轴承径向动力的 Σ [kN] FA - 回转支撑轴承轴向动力的 Σ [kN] DS - 回转支撑轴承平均直径 [mm] fL - 滚道系数 [–] fL = 1.73 - 球回转支撑轴承 - 通过占优势的轴向和力矩载荷 fL = 1.0 - 球回转支撑轴承 - 通过占优势的径向载荷 fL = 1.0 - 交叉滚子回转支撑轴承 在对回转支撑轴承驱动必需的电机输出 设定尺寸时，还必须考虑旋转质量的加 速或减速力矩（通过启动和制动）、电机 必须克服的其他力矩（例如，风力）等。 按照以下等式计算加速（减速）力矩： MG = l . e 2 I - 旋转质量惯性力矩 [kg.m.s ] e - 旋转质量的角加速度 [s-2] G ,..G - 回转部分的重量 [kg] G G G 1 j 1 2 2 2 j 2 . . r + . r + … + . r l = 0.01 ( g 1 g 2 g j ) 其中： r1,.. rj - 旋转质量与旋转轴的重心距离 π . n g - 重力加速度 [m.s-2] e = t - 加速 (减速) 时间 [s] 30 . t z z n - 回转速度 [min-1] 按照以下等式计算驱动电机的输出： PKW = MT . n [kW] 其中： h - 齿轮箱效率 [–] 9.55 . h 17 齿轮 在许多情况下，回转支撑轴承与齿轮组 合在一起，还必须从齿轮的角度评估回 转支撑轴承的运行能力。 齿轮类型 经过校正和未经校正的轴承类型如下： 除了标准齿轮之外，可以交付带有螺旋 • 正齿轮 – 外部或内部 齿轮（具有匹配的轮齿形状、齿根全半 • 螺旋齿轮 – 仅外部。 径等）的回转支撑轴承。 交付的标准回转支撑轴承齿轮可以是标 准或热处理状态、经过圆周或间隙硬化。 齿轮定尺寸 要实现正确的齿轮定尺寸，必须了解以 公称和最大圆周力的计算： 下数据： FTnen - 公称圆周力 [kN] • 工作条件的特性、单独工作机制的时 FTnen = 2000 . MTnen FTmax - 最大圆周力 [kN] M - 公称扭矩 [kNm] 间利用、润滑方法、工作温度等， m . (z + 2x) Tnen M - 最大扭矩 [kNm] • 通过单独工作机制确定的公称和最大 其中： Tmax m - 齿轮模块 [mm] 圆周力， FTmax = 2000 . MTmax z - 齿数 [–] • 小齿轮相关数据（齿数、校正、材料、 m . (z + 2x) x - 基本齿廓的单位位移 (单位校正) [–] 热处理等）。 必须满足以下条件 抗弯曲疲劳能力和最大静载荷传输是齿 FTnen # FTDov - 抗弯曲疲劳能力 轮适用性的主要评估标准。 FTmax # FTmaxDov - 最大静载荷传输 编号为 9/2001-OTO-A 的 PSL 出版物介 绍了 PSL 回转支撑轴承齿轮的公称和最 大圆周力的允许值。根据生产带有齿轮 的齿轮环使用的具体材料计算这些值。 如果按照上述标准无法选择 PSL 回转支 撑轴承，请联系 PSL 技术咨询部门的专 家。 18 紧固螺栓 为了确保回转支撑轴承的可靠载荷传输 和运行，必须正确地设定螺栓的紧固尺 寸。螺栓材料的数量、尺寸和质量取决 于传输的载荷大小、方向和特性、回转 支撑轴承以及附属的结构设计。 螺栓和螺母的分类 为了紧固回转支撑轴承，使用按照质量 等级分类的螺栓和螺母 – 见表 8 和 9。 按照单独的标准比较螺栓分类等级 – 见 表 10。 表 8 螺栓分类 按照 ISO 标准分类 抗拉强度 [MPa] 屈服点 [MPa] 疲劳极限 [MPa] 伸长率 [%] Rm Rp0.2 ± sA As 8.8 800 # M16 时，640 12 请参阅 . M16 时，660 VDI 2230* 10.9 1000 940 11 Blatt 1 12.9 1200 1100 9 * VDI 2230 - 应力螺栓连接计算系统 - VDI 指南 表 9 螺母和螺栓的匹配 螺母 螺栓 – 按照 ISO 标准分类 按照 ISO 标准分类 测试应力 [MPa] 带有标准螺纹 8 800 8.8 10 1000 10.9 12 1200 12.9 表 10 螺栓等级比较 ISO ASTM SAE 8.8 A-325 等级 5 10.9 A-490 等级 8 12.9 A-574 19 通过回转支撑轴承极限额定静载荷图选择螺栓 根据最大工作载荷，可以按照回转支撑轴 承极限额定静载荷图中的工作点坐标 （坐标计算 - 请参阅第 11 页）确定适用 于紧固的螺栓。示例 – 见图 6。有关特定 情况，应咨询 PSL 技术咨询部门的专家。 回转支撑轴承极限额定静载荷图 – 示例 图 6 20 紧固螺栓 紧固螺栓的极限额定静载荷图条件 • 螺栓均匀分布在螺栓节圆圆周上 • 最小夹紧长度 ls= 5.d 由于通常采用循环的方式加载回转支撑 • 轴向载荷以“落座”方式作用在回转 • 螺纹摩擦系数为 0.14 轴承和螺栓连接，必须使用预加载荷， 支撑轴承上，即，通过“悬吊”载荷 从而在加载时，连接不会出现不合需要 的松动。图 7 和图 8 显示了传统回转支 充分地加载螺栓 径向载荷较大时，螺栓直径应尽可能的 • 径向载荷最大为 10% 的轴承轴向载荷 撑轴承紧固件横截面和螺栓线性变化以 大，回转支撑轴承套圈应采用径向支撑， 及取决于预加载荷的连接件。 • 附加件的设计具有足够的刚度，对安 即定心。 装表面进行了机加工 定心直径的公差如下： • 由于忽略座表面，螺栓中的预加载荷 损失 • 对于内孔，H7， • 螺栓头或螺母头座表面与螺栓体轴的 • 对于轴颈， k6。 最大梯度为 1º 图 7 图 8 力 线 公制螺栓的预加载荷和紧固扭矩 (摩擦系数 = 0.14) 8.8 10.9 12.9 螺栓强度等级 (按照 DIN/ISO 898 标准) 滑动阈值 R # M 16 时，640 940 1100 p0.2 [MPa] . M 16 时，660 螺纹 预加 紧固 预加 紧固 预加 紧固 螺栓尺寸 应力 (按照 横截面 横截面 载荷 扭矩 载荷 扭矩 载荷 扭矩 DIN 13 标准) AS Ad3 FM MU FM MU FM MU 2 2 [mm ] [mm ] [N] [Nm] [N] [Nm] [N] [Nm] M 5 14.2 12.7 6400 5.5 9300 8.0 10900 9.3 M 6 20.1 17.9 9000 9.3 13200 13.9 15400 16.2 M 8 36.6 32.8 16500 22.5 24200 33 28500 38 M 10 58 52.3 26000 45 38500 67 45000 78 M 12 84.3 76.2 38500 78 56000 117 66000 135 M 14 115 105 53000 126 77000 184 90000 216 M 16 157 144 72000 193 106000 279 124000 333 M 18 193 175 91000 270 129000 387 151000 459 M 20 245 225 117000 387 166000 558 194000 648 M 22 303 282 146000 522 208000 747 243000 873 M 24 353 324 168000 666 239000 954 280000 1116 M 27 459 427 221000 990 315000 1395 370000 1665 M 30 561 519 270000 1350 385000 1890 450000 2250 M 33 694 647 335000 480000 560000 M 36 817 759 395000 560000 660000 M 39 976 913 475000 670000 790000 M 42 1120 1045 542000 772000 904000 M 45 1300 1224 635000 释 905000 释 1059000 释 注 注 注 M 48 1470 1377 714000 阅 1018000 阅 1191000 阅 参 参 参 M 52 1760 1652 857000 请 1221000 请 1429000 请 M 56 2030 1905 989000 1408000 1648000 M 60 2360