機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-13.6滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

1、第六節(jié)滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：軸承的定位和緊固、軸承的配置設(shè)計(jì)、軸承位置的調(diào)節(jié)、軸承的潤滑與密封、軸承的配合以及軸承的裝拆等問題。（一）支承部分的剛性和同心度：若座體剛度低，則滾動(dòng)體受力增大，因此，應(yīng)適當(dāng)增加壁厚、采用加強(qiáng)筋，并使軸承座孔同心，減小軸的偏轉(zhuǎn)。臺(tái)理不臺(tái)理（二）軸承的配置（軸系固定）：支承部件的主要功能是對(duì)軸系回轉(zhuǎn)零件起支承作用，并承受徑向和軸向作用力，保證軸系部件在工作中能正常地傳遞軸向力以防止軸系發(fā)生軸向竄動(dòng)而改變工作位置。為滿足功能要求，必須對(duì)滾動(dòng)軸承支承部件進(jìn)行軸向固定。固定的目的：當(dāng)軸受到外載荷作用時(shí)，使軸有正確的位置、防止軸的軸向竄動(dòng)以及軸受熱膨

2、脹后將軸承卡死。固定方法：兩端固定、一端固定一端游動(dòng)、兩端游動(dòng)。1、雙支點(diǎn)單向固定（兩端固定）：兩個(gè)軸承各限制一個(gè)不同方向的軸的軸向移動(dòng)（只固定內(nèi)、外圈相對(duì)的一個(gè)側(cè)面）。適用于較短的軸系（跨距400）溫升不高的場合。為了補(bǔ)償軸的受熱膨脹，裝配時(shí)應(yīng)留有一定的軸向間隙。(a)(b)圖所示為兩端固定方法，每個(gè)支點(diǎn)的外側(cè)各有一個(gè)頂住軸承外圈的軸承蓋，它通過螺釘與機(jī)座聯(lián)接，每個(gè)軸承蓋限制軸系一個(gè)方向的軸向位移，合起來就限制了軸的雙向位移。軸向力FA的力流路線是通過軸肩、內(nèi)圈、外圈及軸承蓋來實(shí)現(xiàn)的。圖（a）為采用深溝軸承的結(jié)構(gòu)，只能承受少量的軸向力；圖（b）為采用角接觸軸承的結(jié)構(gòu)，可承受較大軸向力。這種支

3、承形式屬功能集中型，每個(gè)軸承均承受徑向力、軸向力的復(fù)合作用，簡化了支承結(jié)構(gòu)。此支承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮熱膨脹問題。a、預(yù)留軸向間隙對(duì)于上圖所示的兩端固定結(jié)構(gòu)型式，其缺陷是顯而易見的。由于兩支點(diǎn)均被軸承蓋固定，當(dāng)軸受熱伸長時(shí)，勢必會(huì)使軸承受到附加載荷作用，影響軸承的使用壽命。因此，兩端固定型式僅適合于工作溫升不高且軸較短的場合（跨距厶蘭400mm）,還應(yīng)在軸承外圈與軸承蓋之間留出軸向間隙C,以補(bǔ)償軸的受熱伸長。對(duì)于圖a所示的深溝球軸承，可取C=0.20.4mm,由于間隙較小，圖上可不畫出。對(duì)于圖b所示的角接觸軸承，熱補(bǔ)償間隙靠軸承內(nèi)部的游隙保證。b、設(shè)置游動(dòng)支點(diǎn)當(dāng)軸較長（跨距L400mm）且工

4、作溫升較高時(shí)，軸的熱膨脹量大，預(yù)留間隙的方法已不足以補(bǔ)償軸的伸長量。此時(shí)應(yīng)設(shè)置一個(gè)游動(dòng)支點(diǎn)，采取一端固定一端游動(dòng)的支承型式，如下圖左端均為固定支點(diǎn)，承受雙向軸向力；右端為游動(dòng)支點(diǎn)，只承受徑向力，軸受熱伸長時(shí)可作軸向游動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意不要出現(xiàn)多余的或不足的軸向固定。單支點(diǎn)雙向固定（一端固定一端游動(dòng)）：一端支承處軸承內(nèi)、外圈均固定，限制軸的雙向移動(dòng)，另一端軸承的外圈不固定，軸可作軸向伸縮移動(dòng)，為防止為防止軸承脫落，游動(dòng)端軸承內(nèi)圈兩側(cè)應(yīng)固定。適用于溫升較高、熱變形較大的祐向1場合。拍疋載荷喑遞略警一端固定、一端游動(dòng)支承（形式一）一端固定、一端游動(dòng)支承（形式二）對(duì)于固定支點(diǎn)，軸向力不大時(shí)可采用深溝球軸

5、承，其外圈左右兩面均被固定。圖中上半部分靠軸承座孔的凸肩固定，這種結(jié)構(gòu)使座孔不能一次鏜削完成，影響加工效率和同軸度。軸向力較小時(shí)可用孔用彈性擋圈固定外圈，如圖中下半部分所示。為了承受向右的軸向力，固定支點(diǎn)的內(nèi)圈也必須進(jìn)行軸向固定。對(duì)于游動(dòng)支點(diǎn)常采用深溝球軸承，徑向力大時(shí)也可采用圓柱滾子軸承（中下半部分）。選用深溝球軸承時(shí)，軸承外圈與軸承蓋之間留有較大間隙，使軸熱膨脹時(shí)能自由伸長，但其內(nèi)圈需軸向固定，以防軸承松脫。當(dāng)游動(dòng)支點(diǎn)選用圓柱滾子軸承時(shí)，因其內(nèi)、外圈軸向可相對(duì)移動(dòng)，故內(nèi)、外圈均應(yīng)軸向固定，以免外圈移動(dòng)，造成過大錯(cuò)位。上圖中固定支點(diǎn)采用兩個(gè)角接觸軸承（向心角接觸或推力角接觸軸承）對(duì)稱布置，分

6、別承受左、右兩方向的軸向力，共同承擔(dān)徑向力，適用于軸向載荷較大的場合。為了便于裝配調(diào)整，固定支點(diǎn)采用了套杯結(jié)構(gòu)，此時(shí)，選擇游動(dòng)支點(diǎn)軸承的尺寸時(shí)，一般應(yīng)使軸承外徑與套杯外徑相等，以利于兩軸承座孔的加工。對(duì)于作用力較大的支承，為保證軸承工作能力的充分發(fā)揮及有利于軸承的壽命計(jì)算，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則采取任務(wù)合理分配的支承形式。如圖所示，左端支點(diǎn)由一個(gè)深溝球軸承和兩個(gè)推力球軸承組成。工作時(shí)，兩支點(diǎn)的深溝球軸承只需承受徑向力，推力球軸承則承受左、右兩個(gè)方向的軸向力。圖中分別顯示了軸向力FA向左和向右時(shí)的力流路線。這種支承結(jié)構(gòu)功能明確、力流關(guān)系清楚，有利于提高軸承的使用壽命。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、龐大。兩端游動(dòng)

7、支承：對(duì)于一對(duì)齒輪軸，由于人字齒輪本身的軸向限位作用，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證其中一根軸相對(duì)機(jī)座有固定的軸向位置，而另一根軸上的兩個(gè)軸承都必須是游動(dòng)的，防止齒輪卡死或人字齒的兩側(cè)受力不均勻。圖所示為人字齒輪傳動(dòng)，嚙合時(shí)齒輪的軸向力相互抵消。當(dāng)大齒輪軸兩端固定以后，小齒輪軸的軸向工作位置靠輪齒的形鎖合來保證。另外，由于加工誤差，齒輪兩側(cè)螺旋角不易做到完全一致，為使輪齒受力均勻，嚙合傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)允許小齒輪軸系能作少量的軸向移動(dòng)，故此時(shí)小齒輪軸系沿軸向不應(yīng)固定。圖中小齒輪軸兩端均選用圓柱滾子軸承，這種軸承內(nèi)、外圈可相互錯(cuò)動(dòng)，不會(huì)限制軸的位移。但為防止軸承因振動(dòng)而松脫，對(duì)這種軸承的內(nèi)、外圈應(yīng)分別進(jìn)行軸向固定，如圖

8、內(nèi)圈靠軸用彈性擋圈固定，外圈則靠孔用彈性擋圈及軸承蓋固定。由上述支承結(jié)構(gòu)可知，對(duì)軸系固定就是對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行軸向固定，其方法都是通過內(nèi)圈與軸的緊固、外圈與座孔的緊固來實(shí)現(xiàn)的。（三）滾動(dòng)軸承的軸向緊固：1、滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的固定方法：軸承內(nèi)圈的緊固應(yīng)根據(jù)軸向力的大小選用軸用彈性擋圈、軸端擋圈、圓螺母等（圖中a、b、c），圖d為緊定襯套與圓螺母結(jié)構(gòu)，用于光軸上軸向力和轉(zhuǎn)速都不大的調(diào)心軸承。一般來說，當(dāng)軸系采用兩端固定支承型式時(shí)，軸承內(nèi)圈不需采取上述的緊固措施。（a）軸用彈性檔圈（b）軸端擋圈（c）圓螺母（d）緊定襯套2、滾動(dòng)軸承外圈的固定方法：軸承外圈的緊固常采用軸承蓋、孔用彈性擋圈、座孔凸肩、止動(dòng)環(huán)等

9、結(jié)構(gòu)措施。（a）孔用彈性檔圈與凸肩（b）止動(dòng)環(huán)（c）軸承蓋（四）滾動(dòng)軸承組合的調(diào)整1、軸承游隙的調(diào)整為保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通常在軸承內(nèi)部留有適當(dāng)?shù)妮S向和徑向游隙。游隙的大小對(duì)軸承的回轉(zhuǎn)精度、受載、壽命、效率、噪聲等都有很大影響。游隙過大，則軸承的旋轉(zhuǎn)精度降低，噪聲增大；游隙過小，則由于軸的熱膨脹使軸承受載加大，壽命縮短，效率降低。因此，軸承組合裝配時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工作狀況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整游隙，并從結(jié)構(gòu)上保證能方便地進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整游隙的常用方法有以下三種：（1）墊片調(diào)整角接觸軸承組合，通過增加或減少軸承蓋與軸承座間的墊片組的厚度來調(diào)整游隙。、深溝球軸承組合的熱補(bǔ)償間隙C也是靠墊片調(diào)整。螺釘調(diào)整用螺釘1和碟

10、形零件3調(diào)整軸承游隙，螺母2起鎖緊作用。這種方法調(diào)整方便，但不能承受大的軸向力。軸承游隙的調(diào)整圓螺母調(diào)整兩圓錐滾子軸承反裝結(jié)構(gòu)，軸承游隙靠圓螺母調(diào)整。但操作不太方便，且螺紋會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。2、軸承組合位置的調(diào)整某些傳動(dòng)零件在安裝時(shí)要求處于準(zhǔn)確的軸向工作位置，才能保證正確嚙合。所示的圓錐齒輪傳動(dòng)簡圖，裝配時(shí)要求兩個(gè)齒輪的節(jié)錐頂點(diǎn)重合，因此，兩軸的軸承組合必須保證軸系能作軸向位置的調(diào)整。位置調(diào)整簡圖圖為小錐齒輪軸組合部件，為便于齒輪軸向位置的調(diào)整，采用了套杯結(jié)構(gòu)。圖a中軸承正裝,有兩組調(diào)整墊片，套杯與軸承座之間的墊片1用來調(diào)整錐齒輪的軸向位置，而軸承蓋與套杯之間的墊片2是用來調(diào)整軸承的游隙。圖b軸

11、承是反裝，齒輪軸向位置的調(diào)整與圖a相同，墊片2只起密封作用。（五）滾動(dòng)軸承的配合與裝配軸承的配合是指內(nèi)圈與軸的配合及外圈與座孔的配合，軸承的周向固定是通過配合來保證的。由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，所以與其他零件配合時(shí)，軸承內(nèi)孔為基準(zhǔn)孔，外圈是基準(zhǔn)軸，其配合代號(hào)不用標(biāo)注。實(shí)際上軸承的孔徑和外徑都具有公差帶較小的負(fù)偏差，與一般圓柱體基準(zhǔn)孔和基準(zhǔn)軸的偏差方向、數(shù)值都不相同，所以軸承內(nèi)孔與軸的配合比一般圓柱體的同類配合要緊得多。軸承配合種類的選擇應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低、載荷的大小、溫度的變化等因素來決定。配合過松，會(huì)使旋轉(zhuǎn)精度降低，振動(dòng)加大；配合過緊，可能因?yàn)閮?nèi)、外圈過大的彈性變形而影響軸承的正常工作，也會(huì)使軸承

12、裝拆困難。一般來說，轉(zhuǎn)速高、載荷大、溫度變化大的軸承應(yīng)選緊一些的配合，經(jīng)常拆卸的軸承應(yīng)選較松的配合，轉(zhuǎn)動(dòng)套圈配合應(yīng)緊一些，游動(dòng)支點(diǎn)的外圈配合應(yīng)松一些。與軸承內(nèi)圈配合的回轉(zhuǎn)軸常采用n6、m6、k5、k6、j5、js6；與不轉(zhuǎn)動(dòng)的外圈相配合的軸承座孔常采用J6、J7、H7、G7等配合。由于滾動(dòng)軸承的配合通常較緊，為便于裝配，防止損壞軸承，應(yīng)采取合理的裝配方法保證裝配質(zhì)量，組合設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)采取相應(yīng)措施。安裝軸承時(shí)，小軸承可用銅錘輕而均勻地敲擊配合套圈裝入。大軸承可用壓力機(jī)壓入。尺寸大且配合緊的軸承可將孔件加熱膨脹后再進(jìn)行裝配。需注意的是，力應(yīng)施加在被裝配的套圈上，否則會(huì)損傷軸承。拆卸軸承時(shí)，可采用專用

13、工具，所示，為便于拆卸，軸承的定位軸肩高度應(yīng)低于內(nèi)圈高度，其值可查閱軸承樣本。套杯內(nèi)的軸承裝拆時(shí)軸向移動(dòng)的距離較長，通常采用圓錐滾子軸承，其內(nèi)、外圈分別裝配，操作較方便，且套杯內(nèi)孔非配合部分的直徑應(yīng)稍大些（圖），既利于軸承外圈的裝入，又減少了內(nèi)孔精六）滾動(dòng)軸承的預(yù)緊由于軸承內(nèi)部有一定的游隙，外載荷作用下軸承的滾動(dòng)體與套圈接觸處也會(huì)產(chǎn)生彈性變形，所以工作時(shí)內(nèi)、外圈之間會(huì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，從而使軸系的支承剛度及旋轉(zhuǎn)精度下降。對(duì)于精度要求高的軸系部件（如精密機(jī)床的主軸部件）常采用預(yù)緊的方法增強(qiáng)軸承的剛度。預(yù)緊是指在安裝軸承部件時(shí)，采取一定措施，預(yù)先對(duì)軸承施加一軸向載荷，使軸承內(nèi)部的游隙消除，并使?jié)L動(dòng)體和

14、內(nèi)、外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形，處于壓緊狀態(tài)。預(yù)緊后的軸承在工作載荷作用時(shí)，其內(nèi)、外圈的軸向及徑向的相對(duì)移動(dòng)量比未預(yù)緊時(shí)小得多，支承剛度和旋轉(zhuǎn)精度得到顯著的提高。但預(yù)緊量應(yīng)根據(jù)軸承的受載情況和使用要求合理確定，預(yù)緊量過大，軸承的磨損和發(fā)熱量增加，會(huì)導(dǎo)致軸承壽命降低。通常是對(duì)成對(duì)使用的角接觸軸承進(jìn)行預(yù)緊。常用的預(yù)緊方法見圖。圖a正裝的圓錐滾子軸承通過夾緊外圈而預(yù)緊；圖b角接觸球軸承反裝，在兩軸承外圈之間加一金屬墊片（其厚度控制預(yù)緊量大?。┩ㄟ^圓螺母夾緊內(nèi)圈使軸承預(yù)緊，也可將兩軸承相鄰的內(nèi)圈端面磨窄，其效果與外圈加金屬墊相同；圖c在一對(duì)軸承中間裝入長度不等的套筒，預(yù)緊量由套筒的長度差控制；圖d用彈

15、簧預(yù)緊,可得到穩(wěn)定的預(yù)緊力。St/.I.3；黑督阿累（七）滾動(dòng)軸承的潤滑與密封潤滑的目的潤滑可以降低滾動(dòng)軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量；軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油潤滑可以到起冷卻作用，從而降低軸承的工作溫度，延長使用壽命；良好的潤滑狀態(tài)，可在滾動(dòng)體與滾道間形成一層使兩者隔開的油膜，可以使接觸壓力減小軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以防止表面氧化生銹。潤滑方式的選擇軸承常用的潤滑方式有油潤滑、脂潤滑和固體潤滑。選哪一類潤滑方式，這與軸承的速度有關(guān)。選擇潤滑方式時(shí)，可查閱各類潤滑方式的dn值界限表。脂潤滑：潤滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長段時(shí)間。適用于較

16、低的值。油潤滑：在高速高溫條件下選用。轉(zhuǎn)速高時(shí)選用粘度低的潤滑油；載荷大時(shí)選用粘度高的潤滑油。方法：1）.油浴潤滑：適用于速度不高的場合；2）.滴油潤滑：適用于需要定量供應(yīng)潤滑油的場合；3）.飛濺潤滑：是閉式齒輪傳動(dòng)裝置中的軸承常用的潤滑方式4）.噴油潤滑：適用于轉(zhuǎn)速高，載荷大，要求潤滑可靠的軸承5）.油霧潤滑：適用于軸承滾動(dòng)體的線速度很高時(shí)。固體潤滑：適用于在一些條件下(如高溫、真空等)，采用脂潤滑和油潤滑達(dá)不到可靠的潤滑要求的場合。(八)滾動(dòng)軸承的密封1密封的目的阻止灰塵、水、和其它雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇А?密封裝置可分為：非接觸式密封和接觸式密封。接觸式密封：常用的軟材料如毛氈、橡膠、皮革等；減摩性好的硬質(zhì)材料如石墨、青銅等。在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸而起密封作用。1)氈圈密封(a)(b)氈圈油封密封皮碗密封密封環(huán)密封如圖所示，將矩形剖面的氈圈放在軸承蓋上的梯形槽中，與軸直接接觸。結(jié)構(gòu)簡單，但磨損較大，主要用于v45m/s的脂潤滑場合。2)皮碗密封如圖所示，皮碗放在軸承蓋槽中并直接壓在軸上，環(huán)形螺旋彈簧壓在皮碗的唇部用來增強(qiáng)密封效果。唇朝內(nèi)可防漏油，唇朝外可防塵。安裝簡便，使用可靠，適用v10m/s的場合。3)密封環(huán)密封環(huán)用含鉻的耐磨鑄鐵制造時(shí)，適用于滑動(dòng)速度小于100m/s處；用錫青銅制造時(shí)，