滚动轴承组合设计

课时授课计划第六十三次课【教学课题】：§14-11 滚动轴承的组合设计【教学目的】：掌握滚动轴承的组合设计的内容，方法【教学重点及处理方法】：滚动轴承的组合设计的内容，方法处理方法：详细讲解【教学难点及处理方法】：轴承的组合设计的内容，方法处理方法：举例讲解【教学方法】: 讲授法【教具】：课件【时间分配】：引入新课5min新课80 min小结、作业5min第六十三次课【提示启发引出新课】经过寿命计算选定了轴承的类型，如果没有合理的结构保证，则可能使轴承在工作时由于设计的一些理想条件得不到保证而不能在设计寿命内正常工作，甚至提前失效。

因此必须在轴承的组合设计中考虑这些问题。

【新课内容】§14-11 滚动轴承的组合设计一、轴承的配置1、正安装（面对面配置）两轴承外圈窄端面相对。

此方式结构简单，装拆、调整方便，但当轴受热膨胀时，轴承游隙会减小，所以应注意轴向游隙的调整，以防卡死。

适合于传动零件在两轴承之间的场合。

一般机器中多采用正安装。

2、反安装（背对背配置）两轴承外圈窄端面相背。

此方式轴系刚度较好，但结构复杂，装拆、调整不便，在轴受热伸长时，轴承的游隙会增大。

适合于传动零件处于外伸端的场合。

二、滚动轴承支承的轴系结构滚动轴承的基本结构有三种基本类型。

1、双支点单向固定支承每个轴承内、外圈沿轴向只有一个方向受约束。

也叫两端固定。

2、单支点双向固定支承一个支承限制轴的双向轴向位移（称固定支承），另一个支承可沿轴向移动（称游动支承），不能承受轴向负荷。

适合于工作温度较高和支点跨距较大的场合。

3、双支点游动支承两个支承均无轴向约束，又称两端游动支承。

常用于人字齿轮场合，以防齿轮卡死和人字齿两侧受力不均匀。

三、滚动轴承的固定1、周向固定其作用是保证轴承受力后，轴承的内圈与轴颈、外圈与座孔之间不致于产生相对圆周运动。

利用外圈与轴承座孔、内圈与轴颈之间的配合进行固定；以轴承为基准件。

轴承内孔与轴颈采用基孔制，外径和座孔采用基轴制配合；转动圈比坚定圈紧。

第六节滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。

（一）支承部分的刚性和同心度：若座体刚度低，则滚动体受力增大，因此，应适当增加壁厚、采用加强筋，并使轴承座孔同心，减小轴的偏转。

（二）轴承的配置（轴系固定）：支承部件的主要功能是对轴系回转零件起支承作用，并承受径向和轴向作用力，保证轴系部件在工作中能正常地传递轴向力以防止轴系发生轴向窜动而改变工作位置。

为满足功能要求，必须对滚动轴承支承部件进行轴向固定。

固定的目的：当轴受到外载荷作用时，使轴有正确的位置、防止轴的轴向窜动以及轴受热膨胀后将轴承卡死。

固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动。

1、双支点单向固定（两端固定）：两个轴承各限制一个不同方向的轴的轴向移动（只固定内、外圈相对的一个侧面）。

适用于较短的轴系（跨距≤400）温升不高的场合。

为了补偿轴的受热膨胀，装配时应留有一定的轴向间隙。

(a) (b)图所示为两端固定方法，每个支点的外侧各有一个顶住轴承外圈的轴承盖，它通过螺钉与机座联接，每个轴承盖限制轴系一个方向的轴向位移，合起来就限制了轴的双向位移。

轴向力FA的力流路线是通过轴肩、内圈、外圈及轴承盖来实现的。

图(a)为采用深沟轴承的结构，只能承受少量的轴向力；图(b)为采用角接触轴承的结构，可承受较大轴向力。

这种支承形式属功能集中型，每个轴承均承受径向力、轴向力的复合作用，简化了支承结构。

轴系部件工作时，由于功率损失会使温度升高，轴受热后伸长，从而影响轴承的正常工作。

因此支承部件结构设计时必须考虑热膨胀问题。

a、预留轴向间隙对于上图所示的两端固定结构型式，其缺陷是显而易见的。

由于两支点均被轴承盖固定，当轴受热伸长时，势必会使轴承受到附加载荷作用，影响轴承的使用寿命。

因此，两端固定型式仅适合于工作温升不高且轴较短的场合(跨距L400mm)，还应在轴承外圈与轴承盖之间留出轴向间隙C，以补偿轴的受热伸长。

第十六章滚动轴承（一）教学要求1、掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况2、掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则（二）教学的重点与难点1、滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀2、寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计（三）教学内容滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。

一、滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成：内圈1、外圈2、滚动体3（基本元件）、保持架4一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。

球——滚珠轴承滚动体的形状短圆柱形柱形长圆柱形螺旋滚子滚柱轴承圆锥滚子鼓形滚子滚针保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热二、滚动轴承的材料内、外圈、滚动体；GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢，热处理后硬度：HRC60~65保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯优点：1）f小起动力矩小，η高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。

§16-1 滚动轴承的基本类型与特点一、滚动轴承的主要类型与特点接触角α——如表16-1，外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。

类型——按承载方向：12向心轴承——1、径向轴承（°=0α），主要承受径向载荷，可受一定Fa ，如深沟球。

2、向心角接触轴承)450(°≤<°α（0、3、7）推力轴承——1、°=90α（如表16-1）5（推力球），8（推力圆柱滚子） 2、推力角接触轴承（°<<°9045α）2（推力调心滚子轴承） 按滚动体形状：球~——承载能力低，极限转速高 滚子~——承载能力高，极限转速低 常用滚动轴承的类型与特性见表16—2注意代号结构特点：承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等。

滚动轴承的组合设计组合设计的内容包括：1）固定 2）调整 3）配合与装拆 4）润滑与密封。

组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。

1.滚动轴承的轴向固定实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿动。

常用两种固定方法：1）两端固定这是最常见的固定方式，两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。

适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm），考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C （对于深沟球轴承：C=0.2-0.4mm；对于向心角接触轴承：其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多）。

2）一端固定、一端游动适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm），固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力，游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力，当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。

A轴向力，R径向力。

注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。

2.滚动轴承组合的调整1）间隙的调整与控制为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。

垫片调整：通过增、减垫片厚度来调整间隙。

螺钉调整：用于轴向力不是太大的轴承组合。

2）轴系部件位置的调整使轴上零件处于准确的工作位置（通常用垫片调整）。

3.滚动轴承的配合及装拆1）滚动轴承的配合内圈与轴颈：采用基孔制，孔的配合代号不用标注。

外圈与座孔：采用基轴制，轴的配合代号不用标注。

配合的选取原则：转动套圈、速度高、受载大、工作温度变化大——选较紧的配合（过盈）；不动套圈、常拆轴承——选较松的配合（间隙）。

2）滚动轴承的装拆轴肩高度应低于内圈厚度；轴肩开槽。

4.滚动轴承的润滑及密封润滑的目的：减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈。

密封的目的：防尘、防水、防止润滑剂流失。

转速不高时用接触式密封；转速较高时用非接触式密封。

滚动轴承的组合设计滚动轴承是一种常用的旋转运动传动元件，它通过滚动元件之间的滚动摩擦来实现对轴承载荷的支撑和传递。

滚动轴承的设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，如轴承类型、尺寸、材料、精度等，以满足特定的工作条件和需要。

首先，滚动轴承的组合设计需要选择合适的轴承类型。

常见的滚动轴承类型包括深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等。

不同类型的轴承适用于不同的工况和载荷条件，因此在组合设计时需要对轴承类型进行选择。

其次，滚动轴承的尺寸设计是关键。

尺寸设计是根据工件的要求（如轴承座孔径、外径、宽度等）和轴承的尺寸标准进行匹配。

在确定轴承尺寸时，需要考虑轴承的额定负荷、转速、安装条件等因素，以确保轴承在工作条件下能够稳定运行。

第三，滚动轴承的材料选择是十分重要的。

常见的轴承材料有钢、塑料、陶瓷等。

不同的材料具有不同的特性，如耐磨性、抗腐蚀性、疲劳寿命等。

在组合设计时，需要根据工作环境和轴承的要求来选择合适的材料。

第四，滚动轴承的精度设计是确保轴承性能和寿命的关键。

精度设计包括轴承的圆度、偏心度、内外圈的圆度误差、滚子直径误差等。

在组合设计时，需要根据轴承的使用要求和精度标准来选择合适的轴承精度等级，并保证轴承的加工和装配精度。

此外，滚动轴承的组合设计还需要考虑轴承的润滑和密封方式。

滚动轴承的润滑方式有油润滑和脂润滑两种，而密封方式则有金属盖封和橡胶密封等。

正确选择合适的润滑和密封方式，能够提高轴承的使用寿命和工作效率。

在滚动轴承的组合设计过程中，还需要进行轴承的寿命计算和强度校核。

轴承的寿命计算是根据工作条件和载荷计算轴承的额定寿命，并确定轴承的适用性。

强度校核则是根据轴承的负载情况和材料强度计算轴承的强度，并验证轴承的安全性。

总之，滚动轴承的组合设计是一个复杂的过程，需要综合考虑轴承类型、尺寸、材料、精度等因素。

只有在合理选择和设计的基础上，才能获得满足特定工作条件和要求的滚动轴承组合，提高轴承的性能和寿命。

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。

滚动轴承的组合设计正确选用轴承类型和型号之后，为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。

一、轴系上的轴向固定正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。

常用的滚动轴承支承结构型式有三种：1. 两端单向固定轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动，这种固定方式称为两端单向固定。

考虑到轴受热伸长，对于深沟球轴承可在轴承盖与外圈端面之间，留出热补偿间隙 c＝0．2～0．3 mm。

间隙量的大小可用一组垫片来调整。

这种支承结构简单，安装调整方便，它适用于工作温度变化不大的短轴。

2、一端双向固定，一端游动一端支承的轴承，内、外圈双向固定，另一端支承的轴承可以轴向游动。

双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。

以适应轴的伸缩量，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。

3、两端游动两端游动支承结构的轴承，分别不对轴作精确的轴向定位。

两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能作双向游动。

两端采用圆柱滚子轴承支承，适用于人字齿轮主动轴。

轴承内圈常用的四种轴向固定方法：利用轴肩作单向固定，它能承受大的博向的轴向力；利用轴肩和轴用弹性挡圈作双向固定，挡因能承受的轴向力不大；例用轴肩和轴端挡板作双向固定，挡板能承受中等的轴向力；利用轴肩和圆螺母、止动垫；D圈作双向固定，能受大的轴向力。

二、轴向位置的调整为了保证机器正常工作，轴上某些零件通过调整位置以达到工作所要求的准确位置。

例如蜗杆传动中要求能调整蜗轮轴的轴向位置，来保证正确啮合。

在圆锥齿轮传动中要求两齿轮的节锥顶重合于一点，要求两齿轮都能进行轴向调整。

其调整是利用轴承盖与套杯之间的垫片组，调整轴承的轴向游隙。

利用套杯与箱孔端面之间的垫片组，调整轴的轴向位置。

三、提高轴承系统的刚度和同轴度与轴承配合的轴和轴承支座孔应具有足够的刚度，为保证轴承支座孔的刚度，可采用加强筋和增加轴承座孔的厚度。