關節軸承的結構比滾動軸承簡單,其主要是由一個有外球面的內圈和一個有內球面的外圈組成。關節軸承一般用于速度較低的擺動運動(即角運動),由于滑動表面為球面形,亦可在一定角度范圍內作傾斜運動(即調心運動),在支承軸與軸殼孔不同心度較大時,仍能正常工作。

特點

關節軸承能承受較大的負荷。根據其不同的類型和結構,可以承受徑向負荷、軸向負荷或徑向、軸向同時存在的聯合負荷。由于在內圈的外球面上鑲有復合材料,故該軸承在工作中可產生自潤滑。一般用于速度較低的擺動運動,和低速旋轉,也可在一定角度范圍內作傾斜運動,當支承軸與軸殼孔不同心度較大時,仍能正常工作。自潤滑關節軸承應用于水利、專業機械等行業。

應用

關節軸承廣泛應用于工程液壓油缸,鍛壓機床,工程機械,自動化設備,汽車減震器,水利機械等行業。關節軸承是球面滑動軸承,基本型是由具有球形滑動球面接觸表面的內、外圈組成。根據其結構和類型的不同,可承受徑向載荷、軸向載荷,或者是徑向、軸向同時作用的聯合載荷。

因為關節軸承的球形滑動接觸面積大,傾斜角大,同時還因為大多數關節軸承采取了特殊的工藝處理方法,如表面磷化、鍍鋅、鍍鉻或外滑動面襯里、鑲墊、噴涂等,因此有較大的載荷能力和抗沖擊能力,并具有抗腐蝕、耐磨損、自調心、潤滑好或自潤滑無潤滑污物污染的特點,即使安裝錯位也能正常工作。因此,關節軸承廣泛用于速度較低的擺動運動、傾斜運動和旋轉運動。

組成

關節軸承主要是由一個外圈和一個內圈組成。外圈的內球面和內圈的外球面組成滾動摩擦副。

由于關節軸承的結構形式和工作機理與滾動軸承完全不同,因此關節軸承有其自身的技術特性和維護的要求。

工作溫度

關節軸承允許的工作溫度主要由軸承滑動面間的配對的材料所決定,特別是自潤滑型關節軸承的塑料材料滑動面,在高溫時其承載能力會有下降趨勢。如潤滑型關節軸承的滑動面材料配對為鋼/鋼時,其容許的工作溫度取決于潤滑劑的容許工作溫度。但對所有的潤滑型及自潤滑型關節軸承來講,均可在-30℃~+80℃溫度范圍內使用,并保持正確的承受能力。

傾角

關節軸承的傾角遠比一般可調心的滾動軸承大得多,很適合在同心度要求不高的支承部位使用,關節軸承的傾角隨軸承結構大小、類型、密封裝置及支承的形式而不同,一般向心關節軸承的傾角范圍是3°~15°,角接觸關節軸承的傾角范圍是2°~3°,推力關節軸承的傾角范圍是6°~9°。

配合

在任何情況下,關節軸承所選用的配合均不得使套圈發生不均勻的變形,其配合性質和等級的選擇必須根據軸承類型、支承形式及載荷大小等工作條件來決定。

裝卸

關節軸承的裝卸應遵循以下原則,即裝配和拆卸所施加的力不能直接通過球形滑動面進行傳遞。另外,應使用輔助裝卸工具,如套筒、拆卸器等,把外界所施加的裝卸力直接和均勻地施于所配合的套圈上,或用加熱等輔助方法進行無載荷的裝卸。

安裝

當裝配關節軸承系列時,有必要特別留意外圈分割面的位置。為避免負荷直接作用在分割面上,需將分割面維持與符合方向成直角方向。

潤滑

當施加負荷及擺動運動所產生的速度都很小時,給油式關節軸承可在無潤滑的情況下操作。盡管如此,一般情形下都必須定期補充油脂。在初次安裝運轉時,建議潤滑周期需適度縮短。

無給油式關節軸承可以再無潤滑的情形下使用。然而,若在操作前加入鋰皂基油脂時,關節軸承的使用期限將可更為延長。若在軸承周圍空間注入油脂時,關節軸承將更能有效的防護灰塵及異物的入侵。

向心關節軸承

1、GE…E型:單逢外圈,無潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

2、GE…ES型:單縫外圈,有潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

3、GE…ES-2RS型、GEEW…ES-2RS型:單縫外圈,有潤滑油槽,兩面帶密封圈。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

4、GE…ESN型:單縫外圈、GE…XSN型:雙縫外圈(剖分外圈),有潤滑油槽,外圈有止動槽。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。但軸向載荷由止動環承受時,其承受軸向載荷的能力降低。

5、GE…HS型:內圈有潤滑油槽,雙半外圈,磨損后游隙可以調整。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

6、GE…DE1型:內圈為淬硬軸承鋼,外圈為軸承鋼。在內圈裝配時擠壓成型,有潤滑油槽和油孔。內徑小于15mm的軸承,無潤滑油槽和油孔。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

7、GE…DEM1型:內圈為淬硬軸承鋼,外圈為軸承鋼。在內圈裝配時擠壓成型,軸承裝入軸承座后,在外圈上壓出端溝使軸承軸向固定。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

8、GE…DS型:外圈有裝配槽和潤滑槽。只限于大尺寸的軸承。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷(裝配槽一邊不能承受軸向載荷)。

角接觸關節軸承

GAC…S型 內外圈均為淬硬軸承鋼,外圈有油槽和油孔。能承受徑向載荷和一方向軸向(聯合)載荷。

推力關節軸承

GX…S型 軸圈和座圈均為淬硬軸承鋼;座圈有油槽和油孔。能承受一方向的軸向載荷或聯合載荷(此時其徑向載荷值不得大于軸向載荷值 的0.5倍)。

桿端關節軸承

1、SI…E型 是GE…E型軸承與桿端的組裝體。桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼,無潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

2、SA…E型 是GE…E型軸承與桿端的組裝體。桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼;無潤滑油槽,能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

3、SI…ES型 是GE…ES型軸承與桿端的組裝體。桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼;有潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

4、SA…ES型 是GE…ES型軸承與桿端的組裝體。桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼;有潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

5、SIB…S型 桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼;內圈為淬硬軸承鋼;有潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

6、SAB…S型 桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼;內圈為淬硬軸承鋼;有潤滑油槽。能承受徑向載荷和任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

7、SQ…型 為球頭桿端關節軸承,桿端為碳素結構鋼;球頭為滲碳鋼。能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

自潤滑向心關節軸承

1、GE…C型和GE…T型:擠壓外圈,外圈滑動表面為燒結青銅復合材料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。只限于小尺寸的軸承。外圈為軸承鋼,滑動表面為一層聚四氟乙烯織物。內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的載荷,在承受徑向載荷的同時,能承受任一方向較小的軸向載荷。

2、GE…CS-2Z型:外圈為軸承鋼,滑動表面為燒結青銅復合材料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻;兩面帶防塵蓋。能承受方向不變的載荷,在承受徑向載荷的同時能承受任一方向較小的軸向載荷。

3、GEEW…T型:外圈為軸承鋼,滑動表面為一層聚四氟乙烯織物;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的載荷,在承受徑向載荷,同時能承受任一方向較小的軸向載荷。

4、GE…F型:外圈為淬硬軸承鋼,滑動表面為以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料,內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的中等徑向載荷。

5、GE…F2型:外圈為玻璃纖維增強塑料,滑動表面為以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的中等徑向載荷。

6、GE…FSA型 外圈為中碳鋼,滑動表面由以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料圓片組成,并用固定器固定于外圈上;內圈為淬硬軸承鋼。用于大型和特大型軸承。能承受大徑向載荷。

7、GE…FIH型 外圈為淬硬軸承鋼;內圈為中碳鋼,滑動表面由以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料圓片組成,并用固定器固定于內圈上;雙半外圈。用于大型和特大型軸承。能承受大徑向載荷。

自潤滑角接觸關節軸承

GAC…F型 外圈為淬硬軸承鋼;滑動表面為以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受徑向載荷和一方向的軸向(聯合)載荷。

自潤滑推力關節軸承

GX…F型 座圈為淬硬軸承鋼,滑動表面為以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料,軸圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受一方向的軸向載荷或聯合載荷(此時起徑向載荷值不得大于軸向載荷值的0.5倍)。

自潤滑桿端關節軸承

1、SI…C型 是CE…C型軸承與桿端的組裝體。桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼。能承受方向不變的載荷。在承受徑向載荷的同時能承受任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

2、SA…C型 是CE…C型軸承與桿端的組裝體。桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼。能承受方向不變的載荷。在承受徑向載荷的同時能承受任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

3、SI…CS-2Z型 是GE…CS-2Z型軸承與桿端的組裝體。桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼。在承受徑向載荷的同時能承受任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

4、SA…CS-2Z型 是GE…CS-2Z型軸承與桿端的組裝體。桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼。能承受方向不變的載荷。在承受徑向載荷的同時能承受任一方向小于或等于0.2倍徑向載荷的軸向載荷。

5、SIB…C型 桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼,滑動表面為燒結青銅復合材料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的徑向載荷。

6、SAB…C型 桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼,滑動表面為燒結青銅復合材料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的徑向載荷。

7、SIB…F型 桿端帶內螺紋,材料為碳素結構鋼,滑動表面為以以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料;內圈為淬硬軸承鋼,滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的徑向載荷。

8、SAB…F型 桿端帶外螺紋,材料為碳素結構鋼,滑動表面為以以聚四氟乙烯為添加劑的玻璃纖維增強塑料;內圈為淬硬軸承鋼滑動表面鍍硬鉻。能承受方向不變的徑向載荷。

9、SQ…L型 由特殊自潤滑合金材料制成,能承受徑向載荷和任一方向較小的軸向載荷。

關節軸承(spherical plain bearing)具有兩個"貼合"的球形接觸表面,這種接觸稱為協調接觸。關節軸承力學特性計算方法對關節軸承的結構設計和磨損分析具有重要作用。協調表面接觸壓力的計算是一個非常復雜的問題,已有的Hertz模型由于局限于彈性半空間體,不能用于計算球面協調接觸壓力分布。已經有一個球面接觸統一模型,即Fang模型,能夠較好地解決小變形球面接觸壓力分布的問題,此模型對非協調接觸和協調接觸均適用。但關節軸承的接觸區并非完整球面,其接觸壓力分布的計算需要在完整球面協調接觸模型的基礎上進一步計算。此外,關節軸承的使用過程中也會出現自由邊界效應,對關節軸承的應用將產生一定影響。自由邊界效應在關節軸承外環邊緣產生接觸壓力集中和較大的壓力梯度。