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轴承的工作原理

您是否想知道像直排滑轮和电动马达这种器件,为什么可以安静平稳地旋转?答案在于一个很小的机械器件——轴承。

轴承使我们日常使用的机器得以正常运转。如果没有轴承,我们可能需要经常更换那些易磨损的零件。在本文中,我们将了解轴承的工作原理和各种类型的轴承,说明其一般用途,并探寻轴承的其他相关应用。

轴承的原理

轴承的原理非常简单:物体滚动比滑动容易。汽车轮子就如同大型轴承。如果用雪橇代替车轮,汽车在道路上前进就困难得多。

这是因为当物体滑动时,两个物体之间的摩擦产生摩擦力使滑动速度减慢。但如果两个物体表面可以相互滚动,摩擦力就会大大减小。

轴承利用光滑的金属滚珠或滚柱以及润滑的内圈和外圈金属面来减小摩擦。这些滚珠或滚柱“承载”着负载,使设备可以平稳旋转。

轴承的负载

轴承通常要承载两种负载,径向负载和轴向推力负载。根据使用位置的差异,轴承可能受到径向负载、轴向推力负载或两者的组合。

电动马达和上图所示滑轮中使用的轴承只承载径向负载。在这种情况下,主要负载来自于连接两个滑轮的带子的张力。

上图中的轴承和酒吧高脚凳中使用的轴承相似。只在轴向有负载,全部负载来自于坐在凳子上的人的重量。

上图中的轴承与汽车车轮轴心使用的轴承相似。此轴承需要支撑径向负载和轴向推力负载。汽车重量产生径向负载,转弯时的转向力产生轴向推力负载。

轴承的类型

轴承的类型有很多,每种都有各自不同的用途。其中包括滚珠轴承、滚柱轴承、推力滚珠轴承、推力滚柱轴承和推力锥形滚柱轴承。

滚珠轴承

如下图所示,滚珠轴承可能是最常见的轴承类型。从直排滑轮到硬盘驱动器,很多物品中都用到滚珠轴承。这种轴承可以承载径向负载和轴向推力负载,通常应用于负载比较小的情况。

在滚珠轴承中,负载从外圈传输到滚珠上,再从滚珠传输到内圈。因为滚珠是球形的,与内圈和外圈的接触点很小,这样有助于平稳旋转。但这也意味着没有太大的接触区域来承受负载,因此如果轴承超载,滚珠就会变形或被压扁,导致轴承损坏。

滚柱轴承

如下图所示,滚柱轴承应用于传送带中,承载非常重的径向负载。在这些轴承中,滚柱是一种圆柱体,因此内圈和外圈之间的接触不是点而是线。这就将负载平摊到较大的区域,轴承可以承载的负荷比滚珠轴承大得多。但是此类轴承的设计不能用于承载很大的轴向推力负载。

此类轴承的一个变体称为滚针轴承,使用直径非常小的圆柱体。这样,轴承就可以安装到空间有限的位置。

推力滚珠轴承

如下图所示,推力滚珠轴承常用于低速旋转的情况下,不能承载很大的径向负载。酒吧高脚凳和Lazy Susan旋转架使用的是此类轴承。

如下图所示,推力滚柱轴承可以承载较大的轴向负载。常用于如齿轮之间以及壳体和旋转轴之间的齿轮组,如汽车变速器。用于大多数变速器中的斜齿轮的齿都有一定的角度——由此产生的轴向推力,必须由轴承来支撑。推力滚柱轴承

推力锥形滚柱轴承可以承载较大的径向负载和轴向推力负载。下图为推力球形滚柱轴承剖视图(左)和径向锥形滚柱轴承剖视图(右)。推力锥形滚柱轴承

锥形滚柱轴承用于汽车轮轴,通常成对反向安装,以便承载两个方向的推力。

特殊类型轴承

下面将为您介绍几种不同的轴承,每种都有其相关应用,其中包括磁轴承和大型滚柱轴承。

磁性轴承

有些非常高速的设备,像高级飞轮能量存储系统,会使用磁轴承。这种轴承可以使飞轮悬浮在轴承产生的磁场中。

有些飞轮以每分钟5万转(rpm)的速度高速旋转。普通的滚柱轴承或滚珠轴承会在这种速度下熔化或爆炸。磁性轴承没有可移动的零件,因此能够承受如此快的速度。

大型滚柱轴承

这种轴承的最早使用要回溯到埃及人建造金字塔的时候。他们将圆木放在很重的石头下面,然后滚动圆木将石头运送到建筑地点。

现在这种方法仍在使用,用于移动大型、重型物体,如哈特拉斯角灯塔。

防震建筑

新建的旧金山国际机场使用了许多先进的建筑技术,使建筑能够预防地震。其中一项技术就包括了大型滚珠轴承。

支撑机场重量的267根圆柱,每根都架设在直径1.5米的钢珠轴承上。钢珠位于和地面相连的凹面基座中。发生地震时,这种装置允许地面向任何方向移动51厘米。钢珠上面的圆柱移动得比这个距离要小,因为它们是围绕基座滚动,这有助于保护建筑免受地面移动的影响。地震结束以后,重力会将圆柱拉回基座的中心。

点击次数:  更新时间:2016-05-16 10:33:08  【打印此页】  【关闭
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