滚动轴承轴系结构设计

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1、93 滚动轴承轴系结构设计滚动 轴承轴系的结构设计，主要是解决轴承在机器中的固定、调整、预紧、配 合、装拆、润滑与密封等问题。一、支承部分的刚度和同轴度轴承在载荷的作用下应具有一定的旋转精度和寿命，这就要求轴承以及与轴承 相配的轴、轴承座或箱体都应具有足够的刚度。一般外壳及轴承座孔壁均应有足够 的厚度，壁板上的轴承座的悬臂应尽可能地缩短，并用加强筋来增强支承部位的刚 度 （ 图 9 12） 。如果外壳是用轻合金或非金属制成的，安装轴承处应采用钢或 铸铁制的套杯 （ 图 9 13） 。对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心，以免轴承内外圈间产 生过大的偏斜。最好的办法是采用整体结构的外

2、壳，并把安装轴承的两个孔一次镗 出。如在一根轴上装有不同尺寸的轴承时，外壳上的轴承孔仍应一次镗出，这时可 利用衬筒来安装尺寸较小的轴承。当两个轴承孔分在两个外壳上时，则应把两个外 壳组合在一起进行镗孔。图 912 用加强筋图 913 利用增强轴承座孔刚度套杯安装轴承二、滚动轴承的轴向固定滚动轴承的轴向固定，包括轴承外圈与机座的固定和轴承内圈与轴的固定。对 这两种固定的要求取决于轴系 （ 轴、轴上零件、轴承与机座的组合 ） 的使用和布 置情况。一方面，轴和轴承相对于机座应有确定的位置，以保证轴上零件能正常地 传递力和运动；另一方面，由于工作中轴和机座的温度不相等 （ 通常轴的温度高于 机座的温度

3、 ） ，而温差可能产生较大的温度应力。为保证轴系中不致产生过大的温 度应力，应在适当的部位设置足够大的间隙，使轴可以自由伸缩。常见的滚动轴承 的轴向固定形式有如下几种。1 . 两端固定支承如图 9 14 所示，轴两端的轴承各限制轴在一个方向的轴向移动，合起来就 限制轴的双向移动。为补偿轴的受热伸长，轴承盖与外圈端面之间应留有0.25 0.4mm 的补偿间隙 c （图 9 14b ）。间隙值可用改变轴承盖和箱体之间的垫片 厚度进行调整。两端固定，结构简单，调整方便，适用于工作温度变化不大的短轴 （跨距 L400mm ）。图 914 两端固定支承2 .一端固定、一端游动支承当轴较长或工作温度较高时

4、，轴的热伸长量大，宜采用一端固定一端游动的支 承结构。固定端轴承应能承受双向轴向力，故内外圈在轴向都要固定，而游动端轴 承可沿轴向自由游动，以补偿轴的热胀冷缩。游动支承若采用内外圈不可分离型轴 承，如深沟球轴承，只需固定内圈，其外圈在座孔内可以轴向游动，并应在轴外圈 与端盖之间留有间隙，如图 9 15a 所示；若使用的是可分离型的圆柱滚子轴承 或滚针轴承，则内外圈都要固定，靠滚子与套圈间的游动来保证轴端移动，如图 9 15b 所示。当轴向载荷较大时，固定支承可以采用若干轴承组合的形式，如向心轴 承和推力轴承组合在一起的结构，如图 9 16 所示；也可以采用两个角接触球轴 承 （ 或圆锥滚子轴承

5、 ） 组合在一起的结构，如图 9 17 所示。图 915 一端固定、一端游动支承方案之一图 916 一端固定案之二 图 9定、一端游动、一端游动支承方17 一端固支承方案之三3 .两端游动支承要求能左右双向移动的轴，可采用两端游动的轴系结构。例如一对人字齿轮轴， 由于人字齿轮本身的相互轴向限位作用，它们的轴承内外圈的轴向紧固应设计成只 保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置，而另一根轴上的两个轴承都必须是游 动的，以防止齿轮卡死或人字齿两侧受力不均匀。显然 , 不论滚动轴承是采用哪种固定方式，轴承内圈与轴、轴承外圈与座孔之 间必须有轴向固定。轴承内圈一端一般用轴肩或套筒定位，另一端常用的轴上固

6、定方法有：轴用 弹性挡圈固定，它主要用于转速较低，较小轴向载荷的地方（图9 18a）: 轴端挡圈固定 （ 图 9 18b） , 可用于较高转速、较大轴向载荷处，并仅适用于 轴端；圆螺母及止动垫圈固定（图9 18c），主要用于转速高、承受较大轴 向载荷的场合。图9-頂 内圈轴向应定的帑用方迭图 918 内圈轴向固定的常用方法外圈在轴承座孔内轴向固定的常用方法： 孔用弹性挡圈固定 , 用于转速较 低，轴向载荷较小的场合（图9 19a）；止动环固定，它用于轴承座孔不便 做凸肩且外壳为剖分式结构（图9 19b ）；用轴承端盖固定，它用于转速高、 轴向力大的各类轴承（图9 19c ）；螺纹环固定，用于转

7、速高、轴向载荷较 大，不适用于使用端盖固定的场合（图 9 19d ），并可用螺纹环调整轴承游隙。滚动轴承的内、外圈是否需要固定以及轴向如何固定，取决于轴承的类型、轴 承是否承受轴向载荷（单向或双向）、载荷的大小、以及是固定支承还是游动支承 等条件。图 919 外圈轴向固定的常用方法三、滚动轴承游隙和部件组合的调整1.轴承游隙的调整为保证轴承正常运转，在轴承内一般要留有适当游隙。有的轴承在制造装配以后，其游隙就确定了，称为固定游隙轴承，例如 1 类、 2 类、 6 类及 N 类轴承 有的轴承可以在安装进机器时调整其游隙，称为可调游隙轴承，例如 2 类、 3 类、5 类及 7 类轴承。游隙的大小对

8、轴承的寿命、效率、旋转精度、温升和噪音都有很 大影响。图 920 轴承游隙的调整调整轴承游隙的方法有：用增加或减少轴承盖与轴承座间的垫片组来调整轴 承游隙（图9 20a）；用碟形零件3和螺钉1来调整轴承游隙（图9 20b） 。2. 轴承部件组合的调整由于轴承部件组合的各个零件尺寸都有一定的公差，装配后可能使轴上的传动 零件 （ 如齿轮、蜗轮等 ） 不能处于正确位置，故需进行调整。有些传动件，如带 轮、圆柱齿轮等，对轴向位置要求不高，一般不需要作严格的调整。但对于圆锥齿 轮，为了正确啮合，要求两个节锥顶点重合，因此必须使轴承部件组合结构能作如 图 9 21a 所示的水平和垂直两个方向的调整。对于

9、蜗杆蜗轮传动，为了正确啮 合，要求蜗轮中间平面通过蜗杆轴线，因此必须使蜗轮轴上的轴承部件组合结构能 作如图 9 21b 所示方向的调整。其实现方法见图 9 22 、图 9 23 。图 921 轴承部件组合的调整示意图L12图9 - 22圆锥齿轮轴轴承部件组舍的调整结构图9-23蜗轮轴轴承部件组合的调整(a)正綾反装图 9 22a 中有两组调整垫片 1 、 2 ，套杯与机体之间的调整垫片 1 用来 调整圆锥齿轮的轴向位置；端盖和套杯之间的垫片 2 用来调整轴承间隙。图 12 30b 中圆锥齿轮轴向位置的调整仍是靠套杯与机体之间的调整垫片组来实现，而轴 承间隙却是靠轴上的圆螺母来调整的，操作不甚方

10、便，更为不利的是在轴上制有螺 纹，应力集中较严重，削弱了轴的强度。从图中还可以看出，在轴承安装间距 LO 相同的条件下，载荷作用中心间的距离LaLb，且图b的齿轮悬臂较图a短，支 承刚性较好，但轴系结构较复杂。图 9 23 的轴承座包含左右各一个大端盖，它与机体之间的调整垫片组 1 主要用来调整蜗轮的轴向位置；而轴承端盖与大端盖之间的调整垫片组 2 主要用来 调整轴承间隙。四、滚动轴承的预紧轴承的预紧（图 9 24 ）是轴承安装时采用一定的措施使轴承中的滚动体和 内外套圈之间产生一定的预变形，以保证轴承内外圈均处于压紧状态的一种措施。 预紧可以增加轴承的刚度，提高旋转精度，延长轴承的寿命。例如

11、，对于重要机械 主轴部件轴承，要求较高的支承刚度和旋转精度，就须采用预紧。预紧可以利用加 金属垫片（图 a ）、磨窄套圈（图 b ）和加内外隔套（图 c ）等方法获得。五、滚动轴承的配合图 924 滚动轴承的预紧结构滚动轴承的配合主要是指内圈与轴的配合及外圈与机座孔的配合，轴承的轴向 固定就是通过配合来保证的。由于滚动轴承是标准件，所以内圈与轴的配合采用基 孔制，外圈与轴座孔的配合采用基轴制。 0 级公差滚动轴承常用配合及轴、轴承座 的公差带见图 9 25 所示 。由公差带可以看出，滚动轴承内径的公差带在零线之下，而一般圆柱公差标准 中基准孔的公差带在零线之上。因此，轴承内圈与轴的配合比圆柱公

12、差标准中规定 的基孔制同类配合要紧一些，圆柱公差标准中的许多过渡配合在这里实际成为过盈 配合，而有的间隙配合，在这里实际变为过渡配合。轴承外圈与外壳孔的配合与圆 柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比较，配合性质的类别基本一致，但由于轴 承外径的公差值较小，因而配合也较紧。图 925 滚动轴承（ 0 级公差 ）的配合滚动轴承配合的选择应保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工 作时发生相对转动。轴承配合种类的选择应根据转速的高低、载荷的大小、温度的 变化等因素来决定。配合过紧，会使轴承的内部间隙减小甚至完全消除，结果使滚 动体的转动不灵活甚至被卡死；配合过松，则会影响轴的旋转精度和降低轴

13、承的承 载能力。一般原则是：转动圈（一般为内圈）的配合选紧些，固定圈（一般为外圈） 的配合选松些；载荷大、转速高、振动较大和工作温度变化大的轴承，配合应选得 紧些；游动座圈和需经常拆卸的轴承，配合应选得松些。对一般机械，与轴承内圈 配合的回转轴常采用 n6 、 m6 k5、 k6、 js6 等；与不转动的外圈相配合的轴承 座孔常采用 J6、 J7、 H7、 G7 等配合。请注意它与一般圆柱体的配合方式的标注 方法不同，由于滚动轴承是标准件，所以它只能标注轴颈及座孔直径公差代号。另外，轴颈与座孔表面的圆柱度公差、轴肩及座孔肩的端面圆跳动、配合表面 粗糙度等可查阅有关设计手册及参照同类机器的使用经

14、验确定。六、滚动轴承的装拆由于滚动轴承的配合通常较紧，为便于装配，防止损坏轴承，应采取合理的装 配方法，保证装配质量，组合设计时也应采取相应措施。安装轴承时，小轴承可用铜锤轻而均匀地敲击配合套圈装入；大轴承可用压力 机压入。尺寸大且配合紧的轴承可将轴承放入温度8090 C的油中加热，然后 套到轴颈上。需注意的是，力应施加在被装配的套圈上，否则会损伤轴承。拆卸轴 承时，可采用专用工具，如图 9 26 所示，为便于拆卸，轴承的定位轴肩高度应 低于内圈高度；加力于外圈以拆卸轴承时，座孔的结构也应留出拆卸高度，其值可 查阅轴承样本。套杯内的轴承装拆时轴向移动的距离较长，通常采用圆锥滚子轴承，其内、外

15、圈分别装配，操作较方便，且套杯内孔非配合部分的直径应稍大些（图 9 22a ）， 既有利于轴承外圈的装入，又减少了内孔精加工面积。图 926 滚动轴承的装拆七、滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减小磨损，同时还可以起到散热、 吸收振动、防止锈蚀和密封等作用。滚动轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑。具体选用一般根据滚动轴承 dn 值（ d 为滚动轴承内径，单位为 mm； n 为轴承转速，单位为 r/mm） ，由表 9 12 来确定。润滑主要用于速度较低的轴承。润滑脂是一种粘稠的凝胶状材料，能承受较大 的载荷，不易流失，便于密封和维护，一次加脂可以维持相当长的一段时间。滚动 轴承中润滑脂的加入量一般为轴承和轴承壳体空间容积的1/31/2，装脂过多会引起轴承内部摩 擦增大，工作温度升高，影响轴承正常工作。一般速度较高的轴承均采用油润滑。润滑油的特点是磨擦阻力小，散热效果好， 但需要较复杂的供油和密封装置。润滑油的主要性能指标是粘度，油的粘度可按轴 承的 值和工作温度来选择（图 9 27 ），然后根据粘度从润滑油产品目录中 选出相应的润滑油牌号。若采用浸油润滑方式，则油面高度不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的 搅油损失