轴承组合的设计

【精品】轴承及齿轮传动的组合设计
轴承及齿轮传动的组合设计是机械设计中常见且重要的一种设计方式。

该设计能够实现高效的能量传递和转换，常用于各种工程机械、汽车、船舶等设备中。

在进行轴承及齿轮传动的组合设计时，需要考虑以下几个方面：1. 轴承的选型：根据传动功率、转速、工作环境等因素选取合适的轴承类型，常见的轴承包括滚动轴承、滑动轴承等。

轴承的选型要满足设计要求，同时考虑到使用寿命和可维护性。

2. 齿轮的选型：根据传动功率、转速、传动比等因素选取合适的齿轮类型，常见的齿轮有圆柱齿轮、斜齿轮、锥齿轮等。

齿轮的选型要满足传动效率要求，同时考虑到噪音、振动和承载能力。

3. 轴承和齿轮的布局：轴承和齿轮的布局要合理，避免相互干扰和噪音振动问题。

尽可能减小齿轮传动的轴向力和径向力，提高传动效率和稳定性。

4. 润滑和密封：合适的润滑和密封措施能够减少齿轮和轴承的磨损，延长使用寿命。

根据工作条件选取合适的润滑剂和密封结构，同时考虑到维护便利性。

5. 模块化设计：现代机械设备通常采用模块化设计思想，轴承和齿轮传动的组合设计也应尽可能模块化，方便制造和维护。

轴承及齿轮传动的组合设计需要综合考虑轴承和齿轮的选型、布局、润滑和密封等方面，合理设计能够提高传动效率和使用寿命，降低噪音、振动和故障率，从而更好地满足工程机械和设备的需求。

轴承组合的类型及特点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。

一、不同轴承组合类型的特点及其适用场合注意事项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。

二、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。

浅析轴承的类型及组合设计为了保证轴及轴上零件准确地绕规定的轴线转动，必须按照机械运动学原理约束轴的5个自由度，仅保留一个绕规定轴线转动的自由度。

轴承就是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间摩擦和磨损的部件。

按轴承工作时的摩擦性质不同，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。

按其承受载荷的方向，可分为承受径向载荷的向心轴承、承受轴向载荷的推力轴承和同时承受径向载荷与轴向载荷的向心推力轴承。

滑动轴承按其工作表面的摩擦状态可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。

液体摩擦滑动轴承的轴颈与轴承的工作表面完全被油膜隔开，所以摩擦因数很小，一般仅为0.001-0.008；非液体摩擦滑动轴承的轴颈与轴承工作表面之间虽有润滑油存在，但在表面局部凸起部分仍会发生金属的直接接触，因此，摩擦因数较大，容易磨损。

滚动轴承是精密机械中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。

与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵活、效率高、润滑方便和互换件好等优点，而且它已标准化，对设计、使用、润滑、维护都很方便，因此在一般精密机械中应用较广。

其缺点是抗干扰能力差，工作时有噪声，工作寿命不及液体摩擦滑动轴承。

1、滚动轴承的结构滚动轴承的基本结构由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。

内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座装配。

通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也有外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的情况。

当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等几种。

轴承内、外圈上的滚道，有限制滚动体侧向位移的作用。

保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体。

如果没有保持架，则滚动体转动时将会因两滚动体接触处产生的较大相对滑动速度而发生磨损。

保持架有冲压的和实体的两种。

冲压保持架一般用低碳钢冲压制成，它与滚动体间有较大的间隙。

实体保持架常用铜合金、铝合金或塑料经切削加工制成，有较好的定心作用。

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。

滚动轴承的组合设计作者：侯毅红来源：《今日湖北·下旬刊》2014年第04期摘要为了使轴承能正常工作，除正确选择轴承的型号外，还必须正确地进行滚动轴承的组合设计，也就是必须根据轴承的具体要求及结构特点，对轴承的固定、调整、润滑、密封、配合以及装拆等进行全面的考虑。

关键词滚动轴承设计一、保证支承的刚度和同轴度轴和安装轴承的轴承座或机体必须有足够的刚度.否则会因这些零件的变形而使滚动体的运动受到阻碍，影响旋转精度，导致轴承过早损坏。

轴承座应有适当的厚度，或加肋以增加刚度（图1）。

同一轴上各轴承孔要保证必要的同轴度，否则轴安装后会产生较大变形，影响轴承运转因此，应尽可能采用整体结构的机壳，并采用直径相同的轴承孔，以便于两个轴承孔可一次镗出。

当两个轴承空分在两个外壳上时，则应把两个外壳组合在一起进行镗孔。

图1 轴承座的刚度二、轴承的固定和调整1、轴的支承结构的基本形式轴的支承结构形式常用的有以下两种。

（1）两端单向固定如图（2）所示，利用轴肩或挡油环顶住轴承内圈，轴承盖顶作外圈，每一个支承只能限制轴一个方向的轴向移动，两个支承合起来就限制了轴的双向移动。

这种固定方式称为两端单向固定。

考虑温升后轴的伸长，对深沟球轴承需在轴承外圈与轴承端盖间留有a=0.2—0.4mm的间隙.对于角接触轴承（圆锥滚子轴承和角接触球轴承）是在安装时使轴承内部留有适当的铀向间隙，此间隙是靠增减轴承端盖与箱体间的垫片来保证，也可用调节螺钉改变轴承外圈上压盖的位置来实现调整间隙。

两端单向固定结构简单，便于安装，仅适用于温升不高的短轴。

图2 两端单向固定图3 一端固定，一端游动（2）一端固定、一端游动对工作温度较高的长轴，由于其热伸长量大，应将一个支承处的轴承内、外围两侧固定，而另一支承的轴承可沿铀向自由移动（图3）。

可作轴向游动的支承称为游动支承，显然游动支点不能承受轴向载荷。

2、轴向位量的调整为了使轴上零件具有准确的工作位置，要求轴承组合的轴向位置可以调整。

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。