基础问题
C-Flex轴承具有特殊的板簧内部结构,可使其在每个方向上绕其中心轴有限地枢转。与之相反,滚珠轴承可以旋转一整圈。
主要区别是安装偏好,负载能力和刚度。 单端(悬臂)轴承通常更易于安装,但是相同尺寸的双端轴承具有更高的承载能力和刚性。
轴承本身不会在机械系统中增加任何能量,它必须由外力驱动,例如电动执行器。 但是,由于轴承的内部结构是基于弹簧的,因此它可以以扭曲的形式存储能量,然后在允许自由旋转时释放能量。 在自由系统中施加和释放扭转载荷时,轴承的自由端将围绕其中性位置摆动。
在诸如滚珠轴承的普通轴承中,存在在被润滑剂覆盖的同时彼此摩擦或滚动的部件。这种表面接触和流体位移会产生阻力,该阻力会消耗系统中的能量并产生废热。由于C-Flex轴承没有接触部件,也没有润滑,因此不会因摩擦而损失能量。这允许响应于外力的极其可预测的旋转运动。由于其自然的自定心能力,它们确实需要连续的能量才能旋转到某个位置并保持住。
10系列轴承的挠曲最薄,可以实现最大的旋转角度(+/- 15度),但仅限于相对轻的负载。 20系列具有更大的挠曲性,可以承受更大的载荷,但是旋转角度较小(+/- 7.5度)。 30系列具有最大的标准挠曲性,并且可以承受最大的负载,但是旋转角度最小(+/- 3.7度)。您的特定应用将确定最适合使用哪个系列。
大负载和大旋转角度是互斥的属性,但是在某些情况下,C-Flex可以提供在非常轻的负载下以大于+/- 15度的角度工作的轴承。所有C-Flex轴承还能够旋转至其额定旋转的两倍,而不会造成损坏,但具有更大的滞后现象,并且会缩短预期寿命。
在自由振荡系统中,枢转频率将取决于扭转弹簧刚度和系统的质量/几何形状。在从动系统中,轴承将以其被驱动的任何速度运动。每个轴承都有固有的固有频率,并且以比该频率更快的速度驱动轴承会导致在弹簧中形成波动,从而对性能产生不利影响。大多数轴承的固有频率都很高,因此这几乎不是问题。
在少数情况下,可以。轴承都是全不锈钢的,确实能以较低的电阻导电,因此对于柔性连接或接地很有用。但是,不应将它们用于传导大量功率,并且C-Flex不保证将其用作导体。
轴承几乎都可以通过C-Flex进行定制。除了更大的刚度或更大的旋转角度外,C-Flex还可以提供更长或更短的轴承,特殊直径,定制的TSR和超大容量(5000磅以上)。
请参阅C-Flex轴承参数中的重量表。
基本上,破坏C-Flex轴承的唯一方法是在超出其指定限制的范围内运行。过度负荷会导致弯曲变形,或者在承受拉力时焊点故障。如果在持续旋转过程中承受过大的载荷,则挠曲可能会破裂。如果以比延长周期建议的角度高的角度进行操作,挠曲也会疲劳并失效。
使用环境
在华氏-100F度至375F之间(注:华氏度为国外习惯,换算成摄氏度为-73℃至190℃)使用标准轴承连续运行。轴承可以保持或热循环至450F(230℃)。但是累计时间不能超过8小时,否则可能会造成损坏。由钛或铬镍铁合金制成的定制轴承具有较宽的温度范围,具体取决于其组装方法。
均匀的膨胀和收缩将发生,而旋转轴或位置不变。在规定的工作范围内,对其他规格(例如负载能力和刚度)的更改可以忽略不计。
高强度不锈钢是400系列不锈钢,在某些条件下会腐蚀。 400系列不锈钢比300系列人们在听到“不锈钢”时通常会想到的要容易腐蚀,但比普通钢更耐腐蚀。短期暴露在湿气中会留下无害的光泽。不建议长期暴露于湿气或连续浸没。我们尝试使用防锈剂和干燥剂来防止在存储和运输过程中出现这种情况,以提供最佳的整体质量部件,最终将其运抵客户的工厂。对于不要求极高精度的应用,可以在轴承上施加防锈油,而对性能没有明显影响。如果预计会出现腐蚀环境,则可能会使用其他材料,例如钛或铬镍铁合金。
是的,轴承本身不受真空影响。如果需要除气,则可以使用不会污染干净真空的替代钎焊材料。
载荷
额定负载为建议的最大负载Lc或Lt,以延长循环寿命。 Lc是径向载荷的方向,它使弯曲部分处于压缩状态,而Lt是使弯曲部分处于拉伸状态。
较薄的挠性件(10和20系列)在较大的压缩载荷下可能会发生屈曲,但是在拉伸时不会遇到此问题。较厚的弯曲(30系列)不易弯曲,因此Lc等于Lt。
不是,因为悬臂轴承仅从一端支撑固有的负载,因此,与给定负载的双端轴承相比,悬臂轴承承受的内应力更大,而双端轴承更均匀地支撑负载。
屈服强度是弹簧材料拉伸到永久变形但不断裂的应力。零度旋转时,Lt和Lc的屈服载荷可以认为是目录中所列载荷能力的1.5倍。承受力大于屈服载荷的轴承应予以更换。
极限载荷是实际导致材料故障所需的力。 Lt和Lc的极限载荷可以认为是目录列出值的2倍。
公布的轴承额定载荷是确定使用寿命所需的工作载荷。只要轴承处于未偏转(空)位置,轴承就可以承受公布的额定载荷1.5倍的冲击载荷,而不会造成损坏。
当负载以偏置方式施加时,它会通过轴承中心产生力矩负载或旋转力,力矩负载或旋转力由力和距施加轴承的轴承中心的距离确定。此力矩载荷乘以轴承承受的应力。一个简单的例子就是想象一桶水,当您的手臂垂直垂下时,很容易拿起水。但是,如果同一桶位于水平扫帚的一端,而您用一只手握住另一端,则需要超人的力量才能搬运该桶。杆(力矩)越长,所需的强度就越大。
C-Flex规格适用于直接通过轴承中心线施加在轴承外径上的载荷。 由于力矩负载会增加轴承上的应力,因此当负载偏离轴承中心时,通常必须严重降低负载能力。 为了弥补这种情况,客户有4种选择:
1.选择具有较大承载能力的较大轴承。
2.减轻负荷。
3.通过更好的对准或减少与中心的偏移来减少力矩负载。
4.使用两个轴承从另一侧支撑负载。
力矩载荷在轴承内产生强大而复杂的应力,这些应力很难用载荷图表示。 如果力和偏移距离已知,则C-Flex可以为使用哪种轴承提供建议。
轴承不会阻止振动传递。
轴承上的负载会在挠曲中产生应力,在确定轴承的预期寿命时,必须考虑挠曲以及旋转过程中产生的弯曲应力。 随着负载的增加,必须减小旋转角度以保持无限的循环寿命。 请查阅每个系列轴承(10、20、30)的寿命曲线,以确定允许的旋转角度和预期的载荷值。
一般而言,振动不会损坏轴承,但是必须注意,振动和其他负载共同作用的动量/惯性效应不会超过轴承的负载能力。
刚度
扭转弹簧刚度 (TSR) 是将轴承扭转 1 度所需的扭矩量。例如,对 J-20 轴承的一端施加 0.9486 lb-in 的力矩将使其绕其旋转轴旋转 1 度。
例:将 G-20 轴承旋转 5 度需要多大的扭矩?
G-20 TSR = 0.1185 inch*pounds/degree
TSR = 扭力/角度 → 扭力 = TSR*角度 = 0.1185*5 = 0.5925 英寸*磅
是的。
C-Flex 通常可以通过使用更重的挠性件、更重的核心结构、甚至成对的挠性件来实现更大尺寸,从而满足客户的要求。
由于制造和材料变量,我们生产的挠性轴承的 TSR 范围为 +/- 10%。但是,我们可以测量每个轴承的精确 TSR(在 < +/-1% 以内)。此项服务会略微增加成本。
轴承在 x-y 图表上呈线性,其中 y = 扭矩,x = 偏转角。在行程范围内,任一方向的扭转弹簧率都是恒定的。
TSR 的目录值是在零负载下确定的。
TSR 是轴承在零负载下的行为方式。随着质量的增加,惯性矩和加速所需的相对能量也会增加。这种影响必须通过计算、FEA 分析或实验来确定。
双端枢轴具有更大的径向刚度,这是由于其典型的安装方式,即每端都刚性固定,从而避免了单端轴承所受的悬臂载荷和力矩载荷影响。单端和双端的轴向刚度相同。
中心偏移
当轴承旋转时,它们会表现出几何中心偏移。这是轴承段在旋转时相对于彼此的径向运动。假设一端受到约束而另一端旋转,则旋转构件的轴线会径向移动,但与原始轴线保持平行。这是可以预测的,取决于轴承的直径和旋转量。请参阅性能特征图表。
是的。
不会,中心偏移只是轴承直径和旋转角度的属性。假如G-10 和 G-30 各旋转 2 度,中心偏移相同。
中心偏移基本上是一种指数关系,在小角度和直径时基本上无法测量,但在大型轴承的大偏转角度下会发展到相对较大的比例。
可从我们的 .pdf 技术手册下载的图表计算中心偏移。
示例 1:J 轴承(直径 1.0 英寸)旋转 5 度。从 x 轴上的图表来看,5 度偏转导致几何中心偏移 0.08(占轴承直径的百分比)。因此,中心偏移为 0.08/100 x 1.0 英寸 = 0.0008 英寸
示例 2:对于直径为 3/8 的轴承,旋转 +3 度,使用 3 度的图表,中心的几何移动为轴承直径的 0.035%。0.375 x .00035 = 0.00013 英寸。
寿命预期
不,在相同的最大负载和最大角度下,它们具有相同的预期寿命。
无限寿命定义为挠曲材料的S-N曲线变平的点。当负载和角度点低于预期寿命曲线上的无限寿命曲线时,最小预期寿命为3000万个循环。
由于弯曲应力是不可逆的(0-25度),因此使用了预期寿命图表的修改版本。在这种情况下,预期寿命应为500,000至1百万次循环。
在对许多单端和双端轴承进行寿命测试之后,当进行一千万次+/-振荡测试时,我们在轴承额定旋转角度(例如20系列= +/- 7.5度)上从未发生过故障。同样,在150%额定角下进行测试时,我们从未发生过220,000次以下的故障,而在200%额定角下进行测试时,也从未发生过35,000次以下的故障。这是为了提供足够的安全边际,从他们的实际最高评级下降25%的结果。如有必要,我们可以提供针对特定旋转角度的生命周期测试报价 (标准轴承)。
固定方式
首选方法是通过固定螺丝确保负载集中在两个弹簧之间,并且不承受一个弹簧向下的载荷。
对于B或更大的尺寸,C-Flex将收取少量的额外费用加做定位平面。但不一定必须使用带平面的轴承,因为固定螺丝可以直接作用于外径上,只要它在外管的较厚或实心部分即可。
参见文档:固定螺丝尺寸和拧紧扭矩。
参见文档:固定螺丝尺寸和拧紧扭矩。
如果使用环氧树脂,请通过垂直孔涂抹,请注意不要让粘合剂流到轴承结构中,这会影响性能。一些客户使用低粘度胶粘剂,这些胶粘剂在凝固前流到轴承/连接界面上。
尽管可行,只要在压制过程中不超过最大轴向额定载荷即可(特别是对于-10系列轴承),也建议不要采用压入配合(有关轴承性能,请参见图表)。考虑使用SHRINK FIT(冷缩配合)作为替代方案:将轴承冷却到-100°F(液氮或干冰)并加热配合部件,以在温度归一化后进行热缩配合。
使用双端轴承的通常方法是牢固地安装两端,并允许中心部分旋转,反之亦然。两端彼此紧密连接,并且独立于中心部分旋转。如果中心部分的任何部分与外部部分夹的太紧,轴承将无法旋转。