滚动轴承的结构设计

9—3 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 9—12 用加强筋 增强轴承座孔刚度

图 9—13 利用 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 ) ，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 ～

Harbin Institute of Technology

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：

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）

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：

0120x时 10AMFx 12.5Mx

120300x时 2(120)0ACyMFxFx 255003Mx

竖直方向上：

0120x时 10AMPx 1Mx

120210x时 2(120)ACyMPxFx 22941012Mx

210300x时 3(120)()(120)0ACyBBMPxFxFPx

由弯矩图判断可得：C点为危险点，故可得：

解得 22332323.1127037.7[]dmm

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，37.3dmm，强度足以达到要求。

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滚动轴承的结构类型

1、轴承在机器中的重要性：

所有机器都使用轴承，而轴承也影响着所有机器的品质、性能和寿命，轴承的问题常常成为一部机器的关键问题。例如：

铁路要提速，必须开发高速，高可靠性的轴承；精轧钢板厚度误差在一定程度上是轧机轴承精度和刚度的反馈；登陆艇、潜水艇、电机和家用电器用轴承必须加以控制噪声和振动。

总之，轴承是机器的主要组成元件之一，在机器中占有一定的重要地位。

2、什么叫轴承：

支撑相对旋转轴的部件叫做轴承。通常情况下，是轴旋转，也有轴不旋转而外壳旋转的，例如汽车轮毂轴承。

轴承一般分为三大类：

一类是关节轴承；一类是滚动轴承；一类是直线运动轴承。

3、什么叫滚动轴承：

在支承载荷零件与运动零件之间，彼此之间是滚动而不是滑动的轴承，包括滚道零件、带或不带隔离滚动体装置（即保持架），可用于承受径向、轴向或径向与轴向的联合载荷。

4、滚动轴承的基本组成：

滚动轴承一般是由以下四种基本元件组成：

内圈、外圈、滚动体、保持架。

内圈与外圈之间装有若干个滚动体，由保持架使其保持一定的间隔以免互相接触，从而进行圆滑的滚动，但也有无保持架满滚动体的轴承。

5、滚动轴承结构类型的分类：

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5.1轴承按滚动体种类分：

球轴承——轴承的滚动体为钢球

滚子轴承——轴承的滚动体为滚子

一般来说，相同外形尺寸的球轴承比滚子轴承的允许转速高，滚子轴承的承载能力比球轴承大。

滚子轴承按其滚子的种类，又分为：

⑴圆柱滚子轴承——滚动体是圆柱滚子的轴承

⑵圆锥滚子轴承——滚动体是圆锥滚子的轴承

⑶滚针轴承——滚动体是滚针的轴承

⑷调心滚子轴承——滚动体是球面滚子的轴承

5.2轴承按所能承受载荷方向或公称接触角的不同分为：

5.2.1向心轴承——主要用来承受径向载荷的滚动轴承，其接触角从0°到45°。按公称接触角不同，有分为：

5.2.1.1径向接触轴承——公称接触角为0°的向心轴承。

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。对于图a所示的深沟球轴承，可取C＝0.2～0.4 mm，由于间隙较小，图上可不画出。对于图b所示的角接触轴承，热补偿间隙靠轴承内部的游隙保证。 b、设置游动支点