齿轮箱轴承选型难点

轴承是齿轮箱的关键零部件之一，也是齿轮箱中经常损坏的零件。同时，与一般的轴系统相比，齿轮箱里轴承的选型、应用、安装、维护等又是十分复杂的。那么齿轮箱轴承应用的难点有哪些，又需要注意什么呢？

受力复杂

齿轮箱运行的时候在输入轴和输出轴之间传递转矩和转速，转矩传递在齿轮啮合中进行，在齿轮啮合的过程中，会产生啮合力。

如果齿轮是直齿齿轮，那么这个啮合力是一个纯周向力。这个周向力在与之垂直的角度去看，就是整个轴系统的一个径向负荷。

如果是齿轮是斜齿齿轮或者圆锥齿轮等，那么齿轮啮合力除了有一个周向分量以外，还有一个轴向分量。这个轴向分量的力就是轴系统的轴向受力。

在一些齿轮轴上有时候会有若干齿轮与其他轴上的齿轮啮合，因此，会有多个轴向，径向负荷。在空间上这些负荷的方向与啮合有关。在进行轴承受力计算的时候，要进行分解合成，最终计算轴承上的实际负荷情况。

另外，齿轮箱在运行的时候，如果外界转矩波动，则会使齿轮啮合力波动，由此会引起轴承受力的波动。这些都使得齿轮箱轴承的受力分析变得更加复杂。实际进行寿命校核的时候需要进行等效处理。

转速复杂

齿轮箱中不同的轴具有不同的转速，从低速轴到高速轴，每根轴上的轴承转速相同，不同轴上的转速则不同。这使得轴承寿命校核计算时候折算的时间会有不同。

不同的转速要求，导致轴承选型时对轴承的转速能力选择存在差异。

比如，对于高速轴，会选择转速能力更好的轴承，可能会选用深沟球轴承，角接触球轴承，圆锥滚子轴承等类型。

对于低速轴，会选用承载能力大的轴承，比如滚子轴承，甚至满滚子轴承，圆锥轴承等等。

润滑复杂

从润滑的基本原理不难知道，轴承的温度、转速、负荷对轴承润滑具有直接的影响。

转速方面，齿轮箱轴承的高速轴、低速轴转速不一样，轴承大小也不一样。因此有时候要选择一种润滑满足宽泛的转速要求会十分困难。在实际选择中往往处于两难境地，不得不做一些妥协。

负荷方面，低速轴的重负荷和高速中的轻负荷是一对矛盾。黏度低了，低速轴轴承难以形成油膜，黏度高了，高速轴又会影响发热。

温度方面，齿轮箱内部的润滑本身具有一定的散热功能，齿轮的啮合是齿轮箱发热的来源。齿轮箱不同轴体温度差异与啮合相关，轴承温度与其距离齿轮之间的传热距离有关。不同的温度对润滑的黏度影响是客观存在的，只不过由于润滑油的流动，使得这个热量随着流动被传递。

轴系统设计复杂

在齿轮箱轴承系统中经常有与负荷相关的轴向力，因此会选用具有轴向负载能力的轴承进行配对使用。同时整个轴系统的轴向位置精度，不仅仅影响轴承，还会影响齿轮啮合精度，这对齿轮箱设计来说是至关重要的。在进行轴系统设计的需要轴不仅仅在径向上，而且在轴向上也具有一定的刚性和定位精度。所以，齿轮箱轴承系统的设计经常使用交叉定位结构。

齿轮箱轴承系统的交叉定位结构中，不仅考虑定位，还要考虑定位精度。当齿轮受到轴向力的时候，整个轴在轴向上的移动应该在可接受的范围之内。

同时齿轮箱工作的时候，整个系统会发热，并且不同零部件发热和散热的程度不同，导致壳体，轴、齿轮、轴承室的温度与冷态时不同。这样就会影响交叉定位结构时轴承内部的剩余游隙。因此齿轮箱轴系统设计的时候，需要考虑不同温度对轴系统内轴承游隙的影响。

实际上，在齿轮箱运行的时候，负荷的影响和温度的影响同时发生，因此要综合进行相应的校核计算。

在上述问题中实际校核计算的结果是轴承室和轴的轴向，径向公差和精度。

上面仅仅罗列了齿轮箱设计时候的轴承应用的一些难点。事实上这些难点没法在一篇公号文章中展开并给出答案。马上要出版的《齿轮箱轴承应用技术》一书介绍了这些问题的详细考量和计算。后续公号也会针对一些具体问题推出针对性的文章。（来源：电机轴承问题终结者 王勇）