第13章 滚动轴承组合设计

滚动轴承的组合结构设计尹庆玲[摘 要] 笔者根据多年的教学经验，从滚动轴承的轴向固定定位、调整、装配和拆卸、润滑和密封四方面阐述了滚动轴承的组合结构设计。

[关 键 词] 滚动轴承 轴向固定定位 调整 装配和拆卸 润滑和密封[作者简介] 尹庆玲，女，柳州运输职业技术学院机电工程系讲师。

广西柳州，545007在《机械设计基础》课程教学中，滚动轴承装置设计这部分内容是生产一线技术人员直接接触最为广泛的实际问题。

而传统教学中对此却不太重视，因此，把轴承的固定、装拆、调整、润滑、密封等实践性很强的技术问题重新整合为轴承的组合结构设计，使结构设计与工程实际技术问题紧密结合。

一、轴承的轴向固定定位为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。

典型的结构形式有三类：（一）两端固定工作温度变化不大和支承跨距较小（跨距L<400mm ）的短轴，宜采用两端都单向固定的形式，如图1所示。

利用轴上两端轴承各限制一个方向的轴向移动，合在一起就可以限制轴的双向移动，轴的热伸长量可由轴承自身的游隙进行补偿，或用调整垫片调节，。

（二）一端固定，一端游动当轴较长或工作温度较高时，轴的热膨胀收缩量较大，宜采用一端双向固定、一端游动的结构，如图2所示。

固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力，而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。

图 13 2 1图2 图3（三）两端游动要求能左右双向游动的轴，可采用两端游动的轴系结构。

如图3所示，为人字齿轮传动的高速主动轴，为了自动补偿轮齿两侧螺旋角的误差，使轮齿受力均匀，采用允许轴系左右少量轴向游动的结构，故两端都选用圆柱滚子轴承。

与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定，以便两轴都得到轴向定位。

二、滚动轴承装置的调整（一）轴向间隙的调整采用两端固定支承的轴承部件，为补偿轴在工作时的热伸长，在装配时应留有相应的轴向间隙。

轴承间隙的调整方法有：①通过加减轴承端盖与轴承座端面间的垫片厚度来实现，如图1(a)所示；②通过调整螺钉1，经过轴承外圈压盖3，移动外圈来实现，在调整后，应拧紧防松螺母2，如图1(b)所示。

滚动轴承的结构设计
滚动轴承的结构设计如下：
一、内圈
内圈是滚动轴承的主要组成部分之一，通常与轴配合安装。

内圈的外表面是圆柱形，内孔与轴颈配合，以保持轴承在轴上的正确位置。

内圈的材质通常为高碳钢或不锈钢，经过淬火和回火处理，以提高其硬度和耐磨性。

二、外圈
外圈是滚动轴承的另一个主要组成部分，通常与轴承座或轴承盖配合安装。

外圈的外表面是圆柱形，内孔与内圈配合，以保持轴承的旋转精度和稳定性。

外圈的材质通常为中碳钢或不锈钢，经过淬火和回火处理，以提高其硬度和耐磨性。

三、滚动体
滚动体是滚动轴承的核心部分，通常由球形或圆柱形的钢球或滚珠组成。

滚动体在轴承工作时，在内外圈之间滚动，减少摩擦和磨损，同时传递载荷。

滚动体的材质通常为高碳钢或不锈钢，经过淬火和回火处理，以提高其硬度和耐磨性。

四、保持架
保持架是滚动轴承的重要部件之一，其主要作用是引导滚动体在轴承内正确运动，防止滚动体相互碰撞或卡滞。

保持架的材质通常为轻质材料，如铝合金或塑料，以减轻轴承的重量和提高其旋转效率。

保持架的设计应考虑到滚动体的数量、尺寸和排列方式等因素，以确保轴承的正常运转和使用寿命。

总之，滚动轴承的结构设计需要考虑到多个方面，包括内圈、外圈、滚动体和保持架等。

每个部件都有其特定的作用和要求，共同保证轴承的性能和使用寿命。

同时，在选择和使用滚动轴承时，还需注意其类型、尺寸、载荷、转速等参数是否与使用要求相匹配。

《滚动轴承》习题一、填空题1.滚动轴承预紧的目的在于增加轴承的刚性，减少轴承的振动2.滚动轴承的内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与座孔的配合应采用基轴制。

3.30207(7207)轴承的类型名称是圆锥滚子轴承，内径是35 mrn，它承受基本额定动载荷时的基本额定寿命是106转时的可靠度是90% 。

这种类型轴承以承受径向向力为主。

4.滚动轴承的基本额定动负荷C,当量动负荷P和轴承寿命L h三者的关系式为,io6(C V5.滚动轴承的基本额定动负荷是指使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的负荷，某轴承在基本额定动负荷的作用下的基本额定寿命为106转。

6.滚动轴承的选择主要取决于轴承所承受的载荷大小、方向和性质，转速高低，调心性能要求，装拆方便及经济性要求，滚动轴承按其承受负荷的方向及公称接触角的不同，可分为主要可承受径向负荷的向心轴承和主要承受轴向负荷的推力轴承。

7.滚动轴承轴系设计中，双支点单向固定的固定方式常用在跨距较小或工作温度不高情况下。

8.在动轴承轴系设计中，一端双向固定而另一端游动的固定方式常用在跨距比较大或工作温度比较高情况下。

9•安装于某轴单支点上的代号为7318 B/DF的一对滚动轴承，其类型名称为』接触球轴承：内径尺寸d= _________________________________ m m，公称接触角：■=40 ;直径系列为中系列：精度等级为0级：安装形式为成面对面安装。

10.安装于某轴单支点上的代号为32310 B/P4/DB的一对滚动轴承，其类型名称为圆锥滚子轴承：内径尺寸d= 50 mm；公差等级符合标准规定的4 级 _______ ; 安装形式为成背对背安装 ____________ 。

11.在基本额定动载荷作用下，滚动轴承可以工作106转而不发生点蚀，12.滚动轴承的内、外圈常用材料为轴承铬钢,保持架常用低碳钢材料。

13.与滚动轴承7118相配合的轴径尺寸是90 mm。

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y设计说明书设计课题：滚动轴承，轴系的组合结构设计课程名称：机械学基础姓名：潘瑞学号：6090410429班级： 0936104院系：英才学院自动化设计要求：一钢制圆轴，装有两胶带轮A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1kN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如下图所示。

设圆轴的许用应力[σ]=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。

1>. 按强度条件求轴所需的最小直径2>. 选择轴承型号<按受力条件及寿命要求）3>.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图<3号图纸）4>. 从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图<3号图纸）2kN设计步骤：一、根据强度条件计算轴所需的最小直径1、先计算C、D支点处的受力从而可得D点所受轴向力从而可得D点所受轴向力2、计算弯矩，求得最小直径水平方向上：时时竖直方向上：时时时Fdx 水平方向：竖直方向:120 Nm97.5 Nm由弯矩图判断可得：C点为危险点，故可得：解得所以，最小直径为37.7mm。

二、轴材料的确定根据已知条件的[σ]=80MPa，为对称循环应力状态下的许用弯曲力，确定材料为合金钢。

以上最小直径是按弯曲扭转组合强度计算而得来的，即在[σ]=80MPa的合金钢情况下，，强度足以达到要求。

三、受力条件及寿命要求选择轴承型号由前面的受力分析可知：所要设计的轴仅受径向作用力，故优先考虑选择深沟球轴承。

分析：若选择深沟球轴承，,,,，，，，所以：根据题意经查GB/T 276-1994，选择6412型深沟球轴承，，。

带入验证：所以，，符合要求，故选择6412。

以下为深沟球轴承6412的相关参数如下表所示：/mm|d: 60四、设计轴承与轴的组合装配结构1、确定轴上零件的位置及轴上零件的固定方式首先确定将B胶带轮放在箱体内部中央，深沟球轴承对称的分布在B胶带轮两边，轴的左侧外延伸端安装A胶带轮。

为保证轴承正常工作，除正确选择轴承类型和确定型号外，还需要合理的进行轴承的组合设计，主要解决轴系的轴向固定、轴承与相关零件的配合、间隙调整和润滑密封等方面的问题。

1．轴系支点的轴向固定型式为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生串动，在轴上各零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。

（1）两端单向固定如图13、图14所示，轴系中的每个轴承分别承受轴系一个方向的轴向力，限制轴系的一个方向的移动，两个支点的轴承合起来就能承受轴系双向的轴向力，从而限制了轴系沿轴向的双向移动，这种固定方式称为两端单向固定。

它适用于工作温度变化不大的短轴，为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时应留有0．25mm～0．4mm的轴向间隙，结构图上不必画出间隙。

图13两端固定的深沟球轴承轴系图14两端固定的角接触轴承轴系（2）一端双向固定、一端游动如图15a、b、c所示，轴系中一个支点为固定端，由单个轴承或轴承组承受轴系的双向轴向力，限制轴系的双向移动，另一个支点为游动端，能使轴沿轴向自由游动。

为避免松脱，游动轴承内圈应与轴作轴向固定（常采用弹性挡圈）。

用圆柱滚子轴承作游动支点时，轴承外圈要与机座作轴向固定，靠滚子与套图间的游动来保证轴的自由伸缩。

这种固定方式适用于较长的轴或工作温度变化大的轴，此时轴的热膨胀伸缩量大。

a) b) c)图15一端固定、一端游动轴系（3）两端游动要求能左右双向游动的轴，可采用两端游动的轴系结构。

图16为人字齿轮传动的高速主动轴，为了自动补偿轮齿两侧螺旋角的制造误差，使轮齿受力均匀，采用允许轴系左右少量轴向游动的结构，故两端都选用圆柱滚子轴承。

与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定，以便两轴都得到轴向定位。

轴承在轴上的轴向定位常用轴肩或套筒，定位端面应与轴线有较好的垂直度。

为保证可靠定位，轴肩圆角半径rl必须小于轴承的圆角半径r。

轴肩高度通常不大于内圈高度的3/4，过高不便于轴承拆卸（图17）。

滚动轴承的组合设计选择正确的轴承类型及尺寸后，还要考虑轴承与其他零件之间的相对关系。

即以轴承组合为主体的配套设计包括轴承轴向固定、轴承组合的调整、轴承与其他零件的配合装拆等机械结构的设计。

滚动轴承常用于机械设备中轴类零件的支承。

滚动轴承能够使轴的运转精度得到保障，能够发挥轴承的性能。

支承结构的设计，需要综合多方面的因素进行考虑，比如轴承的配置、轴承的固定、轴向定位结构与调整、轴承游隙调整、轴的热膨胀补偿、轴承的润滑和密封等问题。

滚动轴承的固定1、轴承配置轴类零件通常采用前后双点支承结构，每个支承由1或2个以上轴承组成。

可根据轴的载荷方向来选择轴承布局。

向心轴承对称布置，可以适用于纯径向载荷的轴，同型号的角接触轴承，可以适用于受径向和轴向载荷作用的轴。

两个角接触轴承的配置可采用下3种方式之一。

（1）背对背排列外圈宽面相对即称为背对背，背对背排列适用于载荷作用中心处于轴承中心线之外的结构形式。

这种排列方式优点较多，比如支点间跨距大，悬臂长度较小，其末端刚性大。

当轴受热膨胀伸长时，轴承游隙将变大，因此轴承不会出现卡死。

如果采用预紧安装,预紧量将会在轴受热膨胀伸长时减小。

（2）串联排列外圈窄面或外圈宽面都朝向一侧即称为串联排列，适用于载荷作用中心处于轴承中心线同一侧的结构形式。

（3）面对面排列外圈窄面相对即称为面对面，面对面适用于排列载荷作用中心处于轴承中心线之内的结构形式。

这种排列方式结构相对简单、装拆方便。

但是，当轴受热伸长时，由于轴承游隙减小，非常容易造成轴承卡顿或卡死，因此要注意轴承游隙的调整。

2、支承结构的基本形式轴的径向自由度通常由两个轴承支承来共同限定，而轴向限位则可以有多种不同的限位方式，机械工程中常见支承结构有以下3种基本形式。

（1）两端固定支承两个支承点分别限制轴的一个方向的轴向位移,称为两端固定支承。

两端固定支承适用于轴类零件所受纯径向载荷或者轴向载荷小的综合载荷作用。

通常采用滚动轴承组成两端固定支承时，在其中一个支承侧，使轴承外圆与外壳孔间采用过渡的配合，同时要在轴承外圈与端盖间预留少量的空隙,以提供轴的热膨胀长空间。