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轴承组合设计

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   为了保证轴承能够正常工作,除了合理选择轴承类型、尺寸外,还应正确的进行轴承的组合结构设计。即解决轴系的轴向位置固定、轴承与相关零件的配合、间隙的调整、装拆、润滑和密封等几个方面的问题。(本文主要讲解轴承固定组合设计,其余略)

学习时注意不同组合类型的特点及其适用场合!

几个应该注意的问题:

1、内圈固定问题:

1)轴肩固定:承受大的轴向力;

2)轴肩和弹性挡圈:用于深沟球轴承,所受轴向力不大,且转速不高的场合;

3)轴肩和轴端压板:用于高转速及承受中等大的轴向力的场合;

4)轴肩和圆螺母及止推垫圈:用于承受大的轴向力的场合。

5)设计时应该注意轴肩处圆角应小于轴承内圈圆角;轴肩高度应小于轴承内圈厚度(通常应不大于轴承内圈高度的3/4,过高不便于轴承的拆卸)。

2、外圈固定问题:

1)孔肩和孔用弹性挡圈:用于深沟球轴承,所受轴向力不大的场合;

2)止动环嵌入轴承外圈的止动槽内;

3)端盖固定:单向固定承受大的轴向力,用于转速及很大轴向力的各类轴承;

4)螺纹环:转速高、轴向力大且不宜使用轴承盖紧固的场合。

5)为了拆卸方便,孔肩高度要小于轴承外圈;

6)轴承组合设计时,一根轴上的两个轴承座孔,必须保证同轴度,应一次镗出:轴承尺寸不同时刻加衬筒。

滚动轴承轴系支点固定结构:

1、双支点单向固定

普通工作温度(t≤70℃)的短轴(跨距L≤400mm),常采用双支点单向固定的型式。即两端支点中的每个支点分别承受一个方向的轴向力,限制轴承一个方向的运动,两个支点合起来就限制了轴的双向移动。轴向力不大时,可采用深沟球轴承。轴向力较大时,可选用一对角接触球轴承或一对圆锥滚子轴承。考虑到轴工作时因受热而伸长,在轴承盖与外圈端面之间应留出0.25~0.4mm热补偿间隙(间隙很小,结构图上不必画出),间隙或游隙的大小,常用垫片或调整螺钉调节。

2、单支点双向固定

应用场合:

当轴承的跨度较长或工作温度较高时,轴有较大的热膨胀伸缩量,这时应采用单支点双向固定的轴承组合结构。

结构特点:

两个方向的轴向力由同一支点上的轴承承受,这个支点上的轴承应是可以承受双向轴向载荷的轴承或轴承组合,这一端称为固定端。固定端上的轴承(或轴承组合)相对于轴或箱体孔应双向固定,当轴受热伸长时,另一端上的轴承应能够沿轴向自由移动,不产生附加载荷,不使轴系卡死,称为游动端。

常见的组合:

轴向力不是很大时,固定端深沟球轴承-游动端深沟球轴承;固定端用内外圈均带挡边的圆柱滚子轴承—游动端用外圈双向无挡边的圆柱滚子轴承。

轴向载荷较大时,固定支点可采用两个圆锥滚子轴承(或角接触球轴承)“背对背”或“面对面”组合在一起的结构,也可采用推力轴承和向心轴承组合在一起的结构。

轴承的配置形式

正装(或称为面对面安装)、反装(或称为背对背安装或背靠背安装):角接触轴承有个压力角,法线中间相交就是面对面,反之就是背靠背。

1)反装(背靠背)时,载荷作用中心处于轴承中心线之外;交点间跨距较大,悬臂长度较小,故悬臂端刚性较大,当轴受热伸长时,轴承游隙增大,轴承不会卡死破坏,但会使定位预紧的预紧量减小。

2)正装(面对面)时,载荷作用中心处于轴承中心线之内,载荷作用中心间跨距小,轴受径向载荷后挠度小;此排列结构简单、拆装方便,当轴受热伸长时,轴承游隙减小,容易造成轴承卡死,因此在安装时要特别注意轴承游隙的调整。

3)串联安装时,载荷作用中心线处于轴承中心线同一侧;它适合轴向载荷大,需多个轴承联合承担的情况,为保证两套或多套轴承轴向受载均匀,需仔细选配轴承内外圈宽度。

3、两端游动

这种轴系结构两端均采用完全不具有定位能力的轴承,整个轴系的轴向位置处于完全浮动状态。

两端游动轴系的轴向位置在工作中是依靠传动零件确定的,一般这种轴系结构应用在双斜齿轮轴系或人资齿轮轴系中。在人字齿轮传动中,为避免人资齿轮两半齿圈受力不均匀或卡死,常将小齿轮做成可以两端游动的轴系结构。

这种轴系的传动零件具有双向轴向定位能力,如果轴承也具有轴向定位能力则构成过定位的轴系,这是不允许的。

附:典型结构图

两个深沟球轴承的组合设计

深沟球轴承与圆柱滚子轴承组合设计

两个圆柱滚子轴承和一个定位深沟球轴承的组合设计

两个角接触球轴承的组合设计

两个圆柱滚子轴承组成的单支点双向固定

附:轴承组合设计原则

两个深沟球轴承组合的设计原则

套圈状况配合轴向位置
内圈转动内圈压入配合两个都固定
外圈定位配合或滑动配合一个固定,一个必须游动两个都单侧限定
外圈转动内圈滑动配合
外圈压入配合两个都固定

深沟球轴承和圆柱滚子轴承组合的设计原则

套圈状况内圈转动外圈转动
内圈外圈内圈外圈
配合压入配合滑动配合定位配合滑动配合定位配合压入配合
轴向位置所有套圈都需固定

两个圆柱滚子轴承和一个定位深沟球轴承组合的设计原则

套圈状况配合轴向定位
定位深沟球轴承内圈转动内圈定位配合或滑动配合固定
外圈外圈的外径小于轴承座孔径,并不与轴承座孔壁接触
圆柱滚子轴承内圈压入配合
外圈定位配合或滑动配合
定位深沟球轴承外圈转动内圈滑动配合或定位配合
外圈外圈的外径小于轴承座孔径,并不与轴承座孔壁接触
圆柱滚子轴承内圈滑动配合或定位配合
外圈压入配合

两个角接触球轴承组合的设计原则

套圈状况配合轴向位置安装方式
内圈转动内圈压入配合两个都固定面对面
外圈滑动配合一个谷底,一个轴向可调节
外圈转动内圈滑动配合背靠背
外圈压入配合两个都固定

成对安装角接触轴承组合的应用场合

轴承组合特性背对背安装面对面安装
无预紧有预紧无预紧有预紧
受纯径向载荷适用
受纯轴向载荷适用
要求轴有准确的轴向位置不适用适用不适用适用
对中精度较低不适用适用不适用
要求大的刚度不适用适用不适用
径向载荷大于单个角接触球轴承的额定能力不适用适用不适用适用

成对安装角接触球轴承组合的设计原则

套圈状况配合轴向位置
成对安装角接触球轴承内圈转动内圈压入配合固定
外圈滑动配合、定位配合固定
第三个轴承内圈定位配合固定
外圈视轴承类型而定
成对安装角接触球轴承外圈转动内圈滑动配合、定位配合固定
外圈压入配合固定
第三个轴承内圈视轴承类型而定
外圈定位配合固定

注:套圈的配合类型:套圈配合分为压入配合、定位配合和滑动配合3种。转动圈比不动圈的配合紧些,且转速越高、载荷越大、振动越剧烈,配合应越紧;游动圈或经常拆卸的轴承应选取较松的配合。

套圈配合的分类

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