赛龙轴承工程手册.docx
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赛龙轴承工程手册
公制转换表
长度1m=39.37″
1mm=0.0393″
力1N=0.2248磅
1kg=2.205磅
压力1kg/cm²=14.223磅/英寸²
1Mpa=145磅/英寸²
符号和单位
英制单位
Ct=超过生产车间环境温度时的额外径向间隙英寸MM
Cs=吸水时的额外径向间隙
d=轴径英寸MM
Eo=弹性模量1BS/SQNMPA
ID=轴承径英寸MM
L=轴承长度英寸MM
N=轴转速RPMRPM
O.D.=轴承外径INCHESMM
P=压力1BS/SQINMPA
Ta=生产车间环境温度（典型21℃（70℉））℉℃
T0=运转温度℉℃
W.T=轴承壁厚INCHESMM
α=热膨胀系数IN/IN/℉CM/CM/℃
μ=摩擦系数IN/IN/℉CM/CM/℃
V=线速度FT/MINM/SEC
γ=拍松比
不同硬度比例的大约对照
（译者：
表略）
韦氏硬度（VICKERS）硬度
莱氏B（ROCKWELLB）
（BARCOL）
硬度（HARDNESS）
柔度（SOFTNESS）
冷冻装配温度
干冰：
–78℃（–109℉）
液氮：
–196℃（–320℉）
可供其它THORDON技术信息
A）THORDON海洋工程安装手册
B）THORDON计算机尺寸计算程序
如有需要请与当地THORDON分发商或THORDON轴承公司联系
1
1．THORDON定义
2．摩擦学
3．物理性能
A热效应B水效应C形状系数D应力应变E刚度F压变形-蠕变-应力释放
G冲击/恢复H滞后量I化学防腐J选择过程K故障和失效原因
4．设计指导
A应用分析B轴承压力C速度DP.V.T图表EL/D比J选择过程K故障和失效原因
5．THORDON轴承的应用设计
A应用设计B过盈C径收缩D运转间隙E膨胀允差F吸水允差G分步计算
H实例计算I键轴承计算J计算机计算K高压轴承
6．加工指导
A一般加工B加工XL和SXLC尺寸和表面粗糙度测量D加工Composite
定义：
THORDON弹性轴承材料是一种热凝树脂，是三维交叉结晶聚合物。
THORDON是一种高强度和高韧性的人工合成聚合物，其性能比大多数其它轴承材料优越。
这些材料包括：
黄铜，巴氏合金，尼龙，TFE，酚醛树脂层压板，铁梨木，碳精，聚酰胺，高分子聚乙酰。
THORDON在暴露或浸没于水中时，在极度肮脏的环境条件下或在冲击载荷下作用下，具有特别优良的性能，这是由于下述两种原因造成：
第一，THORDON一种弹性材料，在拉伸或变形后，恢复至原始形状。
第二，基于材料的本身特性，THORDON具有很高的耐磨损性能。
这两个原因使得在海洋和工业应用中，在一些困难的和肮脏的环境条件下，THORDON具有较好的性能和较长的寿命。
位于安大略Burlington的THORDON轴承公司开发和生产的THORDON，于1966年进入加拿大市场，现通过分发商在加拿大、美国和50个以上销售。
这本工程手册是在公司多年在世界各地生产和安装THORDON轴承产品的经验基础上形成的。
这些信息作为我们对客户服务的一部分。
它适合用于技术培训知识和技术的人员在进行
判断和冒风险时使用。
公司保留在不通知时更改要求的权利。
THORDON轴承公司对于顾客或公司分发商的由于所分产品引起的任破坏，丢失或责任负责，公司有限保证按53页的公司有限责任和保证进行。
公司对其它特殊的，非直接的一起的破坏不负责任。
摩擦学
摩擦学是有关摩擦，润滑和磨损的学问，是从希腊语中的“TRIBOS”即“摩擦”中得来的。
A摩擦
摩擦定义为阻止运动物体运动的力。
在THORDON中，摩擦按负荷传到轴承的轴的形状而定。
在轴承转动时，轴和轴承间摩擦阻止转动，所以为维持运动应提供额外的功。
这些功不作任有效工作，产生热量。
摩擦力由称作摩擦系数μ和公称应用负载（N）而定。
其关系为：
F（f）=μ（N）
这样如果负载变成两倍，则摩擦力也变成两倍，包括摩擦力产生的热量。
如果热量不能排至大的热量水槽或润滑液中，则轴承表面温度将上升。
B润滑
2
I）湿润滑
摩擦力一般是不需要的（只有在如刹车、夹具和拧紧中才有应用），经常会产生如温度过高，磨损过度，运转成本高等问题。
为减小磨损，使用润滑。
润滑在运动表面之间使用一种间质，常用液体，主要是为减小摩擦和/或磨损，其次是为了带走热量。
在进行湿润滑时，摩擦力与转动速度有很大的关系，如图I所示的两个例子。
低转速时，摩擦力较大，这是由于在轴和轴承之间的直接和固定的接触。
在有固定接触和润滑膜合成的区域称为“边界润滑”。
在粘接转速时，轴置于薄膜和液体上，这样会减小固定接触和摩擦。
在转速增加时，轴会由于液压动力润滑膜作用而与轴承表面完全分离，使得磨损降低，所提供的液体是清洁的和经过滤的。
在转速继续增加时，摩擦力会缓慢“爬升”，这是由润滑液膜剪切引起的。
图1显示用水和TELLUS100油进行实验的结果。
此结果可由任液体得到。
油润滑轴承启动时摩擦力较低，在缓慢爬回前，迅速降至其最低水平。
由于水润滑较差，水润滑轴承的启动摩擦力较高，为得至液压动力润滑，需要较高的转速，即1.6M/SEC（315-420FT/MIN.）。
这是由于水的较低粘度引起的。
一个有趣的现象是，在高转速区，水润滑轴承摩擦比油润滑轴承低。
在动态水膜形成后，摩擦随液体粘度的增加面增加，油的粘度比水的高。
液体润滑也有利于带走摩擦产生的热量，它是所有轴承的敌人。
这在THORDON材料中非常有用，因为此材料热传导性较差，不能让热量通过轴承壁带走。
液体润滑可通过多种式实现，其复杂性和性能都随之改变。
有点滴系统，这适合于慢速至中速转动的慢速润滑，这时不涉及热聚积。
润滑浴系统中，轴承部分或全部浸入润滑液中，用于高速。
第三种法是强制循环系统，这对于带走热量最为有效。
注：
水流要求
涉及全转动的THORDON轴承，需要水流作为润滑和冷却。
如有需要，最小流速为1US加仑/分钟直径英寸，或0.15升/分/毫米轴直径。
Ⅱ）油脂
油脂为湿润滑的一种形式，可降低摩擦，产生润滑膜。
油脂不能带走热量。
新油脂用于间隔性基座以润滑走成并覆盖旧油脂或残片。
间隔性润滑用语避免干运转的条件。
Ⅲ）无润滑
THORDON可用在无法进行常规润滑，或会被油脂润滑腐蚀的低转速系统。
THORDONSXL根据其成分中的高润滑物质，对于干运转具有很好的性能。
在压力作用于轴承上时，润滑液会被释放出，这会减小摩擦力，减少热量的产生。
合适的润滑法可通过参考PVT（压力，速度，时间）曲线来确定。
C磨损
磨损是相互运动的表面之间的材料破坏性分离。
磨损具有几种形式，过程很复杂，很难预防。
I）粘接磨损
粘接磨损在两粗糙表面的瞬间波峰互相接触，焊接或粘接在一起，产生分离部分。
THORDON的粘接磨损在常温和压力下很小，发生熔化后，在高温下，边成主要磨损。
很重要的一点是在连接磨损中，不涉及摩擦。
一般的误解是磨损随摩擦的增加而增加，虽然这可能会发生，但并不总是主要的问题。
在金属中，如果不重，这称为“磨损”，如果很重，称为“磨伤”“划痕”或“擦损”。
3
摩擦磨损涉及较硬部分对软表面的磨损。
例如砂纸或砂轮（双体磨损）或在轴和轴承之间的沙子（三体磨损）。
减少摩擦磨损的最好办法是一个表面用较硬面，另一个表面用相对较软和相配面。
磨损部分可被推进较软表面，在接触部分可晃动或滑动，对轴和轴承的破换最小。
实验表明很硬的轴和THORDON合成轴承在水润滑轴承的摩擦环境中可得到最佳的寿命。
轴承常见的其它类型的摩擦磨损包括受压磨损和浆磨损。
受压磨损在斜管路中产生，浆
磨损在泵浆时在泵中产生。
Ⅲ）磨损比较
THORDON和其它轴承材料的过量磨损试验在THORDON轴承公司的试验室中进行。
所有轴承材料用循环磨损浆在专门制造的机器中进行试验，以作比较（见图2中的注1）。
在图2中表示比较结果。
摩擦磨损比较实验
黄铜
棉花酚
聚四氟乙烯
乙酰基
维特精练材料
尼龙612
THORDONXL
THORDONSXL
橡胶
合成
用体积表示的轴承磨损
注
1）摩擦试验条件
试验轴承—1.0″I.D.*1.5″O.D*1.5″长
轴径–1.0O.D低碳钢
摩擦6%砂；6%粘土，2%膨润土，86%水
流动̲约1/2GPM
条件‗200FPM@100PS48小时
_1.0M/SEC@0.7MPA48小时
图2
物理性能
A热效应
I）所有轴承置于围环境温度和操作过程中由于摩擦而产生的热量中。
象所有非金属材料一样，与一般金属THORDON具有较低的热传导性，应制定允差以限制热量的聚积.
轴承在干燥环境中运行的最高温度是105℃（225℉）。
此限值的技术原因在12页的应
4
力释放章节中详细解释。
超过105℃会造成表面软化。
表面软化后，会增加表面摩擦系数，从而产生多余的热量。
温度会继续增加，此过程持续进行直至轴承失效为止。
THORDON最低工作温度为-60℃（-80F）。
使用液氮在-195℃（-320F）下，在收缩装配中THRDON有可能不会因变脆而不能装配。
由于水解，在湿环境中的THORDON较高工作温度为60℃（140F）。
在9页中有关水解的章节中详细说明。
Ⅱ）膨胀/压缩系数
象所有非金属一样，THORDON的热膨胀和收缩系数为非线性的，在整个温度围变动。
图3和4显示T材料的典型的结果，表明收缩系数比膨胀系数小。
B水效应
I）吸水
THORDON在大气条件下，在21℃（70F）温度时，体积的膨胀为3%，这是由分子结构的各项同性引起的。
体积吸收百分比的增加和吸收比例的增加都将产生压力或温度的上升。
用水在60℃（140F）在100小时体积吸收增加2.0%。
为确定在轴承压配在轴承室中时，THORDON的水吸收效应，应进行一系列试验。
这些试验显示在挡和轴长度上，在21℃（70F）时的水吸收平均效应。
挡的水吸收平均效应为壁厚的0.011倍。
轴膨胀的平均效应为轴承长度的0.005倍。
Ⅱ）水解
在THORDON连续浸泡在热水中时，如超过60℃（140F），材料在一段时间发生化学退化。
这种退化或破坏称为水解。
材料表面先软化然后均匀断裂和断开。
水吸THORDONXL
体积变化（VOLUMECHANGE）
浸泡时间（小时）（TIMEOFIMMERSION）
图5
C）外形系数
弹性材料的压缩试验表明应力应变曲线受零件外形的影响很大。
此影响称作外形系数，由受载面积除无压凸面积得到。
无负载（NOLOAD）
表面面积（SURFACEAREA）
无压凸的面积（AREAFREEOFBULGE）
外形系数（SHAPERFACTOR）
有负载（UNDERLOAD）
图6
图6显示形和圆柱形的弹性形状。
将统一载荷作用于每一种形状的顶表面上，就可在两个形状计算受载面积和无凸压面积。
形顶部受负载，其受力面积为（2CM*2CM）=4CM²。
无凸压的面积有4侧组成，总数为4侧*4CM²=16CM²。
形状的底部支撑负载，所以就不是无凸压。
底部不包括在无凸压的面积。
5
所以外形系数=受载面积/无凸压的面积=4/16=0.25
同样对于圆柱形受载面积为л*2.26CM*2CM=14.2CM²，所以外形系数=受载面积包括圆柱体壁面积即圆长*高度=π*2.26CM*2CM=14.2CM²，所以外形系数=受载面积/无凸压的面积=4/14.2=0.282在小于200KG的负载作用下，圆柱形沿其高度的弯度约为28%，与此对应的形的值为36%。
此值的不同是产生不同形状之间的形状系数的直接原因。
对于给定的负载，形状系数增加一起弹性体弯度的减小。
这与轴套轴承有关系很重要。
对于固定在轴承室中的轴承，此等式有较小的改动。
壁厚（WALLTHICKNESS）
轴承（BEARING）
投影面积（PRGJECTEDAREA）
长度（LENGTH）
所以外形系数=轴承长度/2*壁厚
从外形系数等式可看出，厚度增加时，外形系数将增加。
试验表明，对于受负载的弹性体，外形系数增加时，给定负载下的弯度将减小，或对于调整弯度，在负载增加时，外形系数必须增加。
在大多THORDON试验中的外形系数为8，这从下一章的D应力应变所示的试验结果和法可得。
D应力应变
将负载作用于THORDON上，如弹簧，它会随作用力而移动。
这一般作为压缩，但并不是体在体积上的改变，而是在外形上的变化。
压缩应力/应变曲线可以看成是拉伸应力/应变曲线的延伸。
是连续通过原点。
当然压缩样件能自由移动，并且表面进行润滑。
一般，弹性体在压力下会发生面对面的摩擦运动。
这会该并应力/应变曲线，增加曲线斜度，增加模量。
常用应力/应变曲线用拉伸试验机和试验样件通过试验得到。
为使形成的数据与轴承负载更适合，通常使用全轴承在压缩式下对材料进行试验。
图8显示轴承是如进行加载的，以及挠度是如测量的。
注意，轴的挠度为轴承的挠度，以得到湿轴承度。
图9所示的THORDON应力应变曲线与外形系数以及是能在接触表面自由移动有很大的关系。
对于同样的度，弯曲的样件比能自由移动的样件能长寿更大的载荷。
如果在接角表面天家润滑液，在在加载过程中，能自由移动，其曲线比干配合表面的趋向更平坦。
钢轴（STEELSHAFT）轴承室（HOUSING）轴承（BEARING）液压RAM（HYDRAULICRAM）指示表（DIALINDICATOR）V块（VBLOCK）
图8（译注：
图略）
按外形系数8选择轴承的尺寸，这是大多THORDON压力装配的典型系数。
图9由此结果得到，并进行修正，以去除初始的2%位置，以计算“磨平”。
THORDON应力应变曲线
轴承压力（BEARINGPRESSURE）
全转动的最大挠度（MAXIUMDEFLECTIONFORFULLROTATION）
限定转动的最大挠度（MAXIUMDEFLECTIONFORLIMITEDROTATION）
挠度（壁厚的白分比）DEFLECTION（PERCENTAGEWALLTHICKNESS）
（BORE）长度（LENGTH）壁厚（WALLTHICKNESS）外形系数（SHAPEFACTOR）
6
图9（译注：
图略）
按其逻辑结论所取的外形系数，所设计的THORDON轴套轴承所受操作压力可比图9所显示值更大。
例如THORDONTAXL轴承通过将—THORDONSXL薄层与金属载体进行聚合而得到，可得到更大的外形系数。
根据环境温度，TRAXL轴承所受负载最大可达到70MAP（10000PSI）或更大。
Eo（MPA）Eo（PSI）γ（柏松比）
XL490710000.45
SXL440640000.45
THORDONXL和SXL为直弹斜体，没有历历强度极限。
E刚度
轴承刚度与尺寸参数和物理性能有关系。
尺寸参数包括轴承长度，直径和壁厚。
考虑的物理性能是轴承材料的压缩氏模量，与压缩应力除以应变所得到值相等。
刚度=LD/t*Eo
L=轴承长度米（英寸）
D=轴承直径米（英寸）
t=壁厚米（英寸）
Eo=氏压缩模量MPA（PSI）
对于具有相同尺寸参数的轴承，轴承刚度与材料氏压缩模量成比例。
下表给出轴承中使用的不同材料的氏模量（压缩）值Eo.
材料Eo（MPA）Eo（PSI）
橡胶0.103*10³0.015*10⁶
THORDONSXL0.440*10³0.064*10⁶
THORDONXL0.490*10³0.071810⁶
碾压酚1.73*10³0.251*10⁶
白金属33.5*10³4.86*10⁶
钢206.9*10³30.0*10⁶
假设轴承的尺寸和外形系数均相同，THORDON轴承的刚度是橡胶轴承的4.5倍。
轴承支持结构的刚度的典型围是0.5至1.0MN/MM（2.8至5.6*10⁶LBS/INCH）。
这远小于一般轴承材料的刚度，即5.0至20.0MN/MM（28.0*112.0*10⁶LBS/INCH），所以在旋转震动计算中，轴承材料的刚度一般不考虑。
由于橡胶的低刚度性能（为THORDON的20%至25%），所以在确定橡胶轴承时，有可能会出现例外。
对于确定橡胶轴承的轴的设计人员，一般在计算旋转振动时从需考虑可靠的这一点来考虑轴承。
这对于THORDONXL和SXL却不成问题，因为THORDON轴承具有较高的刚度，可认为其刚度与支架的刚度一样。
注：
在计算中，轴承的外径系数为8。
对弹性材料，根据外形系数的增加，其有效压缩性模量Eo相应有小量的增加。
所以在轴承外形系数的围，刚度值的精度为+/-20%。
F压力调整-蠕变-应力释放
I）压力变形
压力变形或永久变形是在去掉变形压力应力后的残余变形。
通常按与初始挠度成比例的式记录，通过两种式确定，即ASTMD-395法A或法B。
7
法A在常压常温和固定时间下确定试验，法B按常温和固定时间的百分比来确定固定的挠度。
例如，用法A在9.3MPA（1350PSI）的压力下，85℃（185F）的温度下，得到的压力变形约为9%。
为减小压力变形，应增加外形系数，这反过来会减小初始挠度。
在压力超过9.3MPA（1350PSI）时，增加外形系数就更加重要。
在这种情况下，THORDON高压轴承就更加重要。
Ⅱ）蠕变
在对弹性体加载时，变形与将负载成比，与外形系数成反比。
随着时间的增加，变形仍然残余，这称作蠕变。
在任应力水平下都会发生。
蠕变以与初始挠度的百分比表示，其围为25%—70%。
在负载增加时，象压力变形一样，通过增加外形系数来控制蠕变，这样对于给定压力，可减少应变。
Ⅲ）应力释放
应力释放是蠕变的直接结果，根据应变的大小而变动。
应力释放在给定温度下，一段时间后，所剩应力的百分比来表示。
通过试验可以确定随温度的升高，THORDON轴承在轴承室回失去粘接配合。
THORDONSXL和组成应力在60℃（140F）释放，而THORDONXL和组成应力在80℃（175F）释放。
G抗压/恢复
THORDON收到高压强度后，能吸收冲击载荷，并具有恢复至原形的韧性。
韧度定义为变形恢复能量与产生变形能量的比值。
这种组合允THORDON减少“连续猛击而产生的变形”，这在金属和塑料中经常发生。
THORDON抗压强度约为尼龙的10倍（参照14页表1），所以THORDON几乎是不会断裂的。
在有低频受压负载时，轴承应设计成带厚壁。
H滞后量
滞后量是在高频弯曲下的动力学失效。
在材料吸收压载，在从第一次冲击恢复前，有受到第二次冲击，这样会发生失效。
这以热量的形式在材料中心聚积。
如果能量继续聚积。
如果能量继续聚积，会破坏材料。
滞后量是每次变形循环的能量损失百分比，可用在恢复百分比和100%之间的差值量出。
THORDON由于其组成的性质，会由于滞后量产生失效。
如果THORDON承受会产生滞后量的负载，设计应考虑减小产生问题的可能。
图10显示增加外形系数（减小壁厚）将减小挠度，增加恢复的速度，这样会减少热量的产生和聚积。
置后量效应
温度升高（INCREASINGTEMPERATURE）
部温度（CORETEMTERATURE）
表面温度（SURFACE）
壁厚减少（外形系数增加）（WALLTHICKNESSDECREASING）
图10（译者：
图略）
I）化学防腐
THORDON为非腐蚀性，能防油、水和大多数的化学物质的腐蚀。
它不受带轴套轴承
8
的润滑的影响。
THORDON在油不膨胀。
它不受弱酸或腐蚀浴（PH±2）或其它对金属轴承有害的化学环境的影响。
对于要求较的应用，建议进行浸泡试验，以THORDON在使用时是否安全。
在使用温度下，浸泡24小时后，出现软化或尺寸改变，表明THORDON不适合使用。
更多信息请与THORDON分发商THORDON轴承公司联系。
J物理性能对照表
性能
拉伸强度（TDNSILESTRENGTH）
减切强度（SHEARSTRENGTH）
延伸率极限（ULTIMATEELONGGATION）
压缩强度（凹口）IMPACTSTRENGTH（NOTCH）
热传导（THERMALCONDUCTIVITY）
热膨胀/收缩的系数CO-EFFICINTSFTHERMALEXPANSION/CONTRACTION
吸水（体积）（WATERABSORPTION（NOLUME）
油膨胀（OILSWELL）
确定重力（SPECIFICGRAVITY）
可燃性（FLAMMABILITY）
硬度（HARDNESS）
电解强度（DIELECTRICSTRENGTH）
S．E自区分
表1
注：
产生数据的所有试验在我们试验室仔细亏空制的条件下进行，以得到相对准确的数据。
接伸强度是金属相对性能的重要指数，比非金属材料的小，特别是在轴承材料受压的轴承设计中。
设计指导
A应用分析
为对应用进行分析，应回顾所有合适信息，并正确赋值。
下述列表包括在前述章节已详述的或将在本章中阐述所有相关主题。
环境（I）温度（Ⅱ）摩擦或清洁
压力
滑动速度
典型润滑
尺寸
保持法
以前使用的材料和相关的问题
配合面
要求寿命
工况循环
9
B轴承压力
轴承压力计算通过用径向载荷除以投影面或横截面的面积得到。
此面积由径乘轴承长度得到，如图11所示。
用载荷除以投影面积得到大约压力，假设在正个区域是均匀的，假定在6点钟位置压力最大，按曲线降低至零，此处轴承开始与轴有间隙。
这在考虑带负载能力时，对于减小轴的间隙很有好处。
径向载荷可定义成最大设计载荷，公称工作载荷，或静载荷和压载的组合。
载荷是固定的还是循环的。
所有这些因素对于分析按下述章节进行等级选择过程是有用的。
轴承压力=径向载荷/投影面积=载荷/长度*径
轴承（BEARING）投影面积（PROJECTEDAREA）径（ID）长度（LENGTH）
图11（译者：
图略）
C速度
滑动速度或外轴速度是重要的设计因素。
速度是确定摩擦热的一个参数，通过下述等式计算。
（译者：
公式略）
此处V=滑动速度D=轴径-英制为英寸，公制为MM。
N=轴RPM
DPVT表
对于轴承滑动的分析基于以下三个因素。
压力，速度和时间是独立的因素，由于如下的关系所述，在选择轴承材料时，产生热量与三个因素成正比，所以这三个因素是不可分的。
H~PVµT
此处H=上升的热量或温度
P=压力
V=速度
µ=摩擦系数
T=时间
为对应用进行计算，需要设备的工作期。
每天运行多长时间，如8小时，24小时或停止时间。
是否是用RPM确定的全转动，或按有限的角度进行循环或振荡，角度是多少，一天运行多少小时（工作循环），所有这些因素都与确定在规定压力下由摩擦产生的热量有关。
当然，摩擦产生的热量被充足的冷地液流带走，如水，油或处理液；轴承在远超过PVT图所的速度上限运行时，THORDON轴承表现出良好的性能。
发生此种情况的类型应用包括：
海轮和垂直泵的轴承。
PVT图（图12A-F）由THORDON轴承公司得到，作为工程设计人员选择正确的THORDON等确定其工作压力、滑速和时间的依据。
使用压力分步技术得到曲线，材料在限定轴承温度下，在同一压力下，对不同的转速进行试验。
除在水中测试外，所有等级的THORDON在试验期间，暴露在
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