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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。
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。
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）。
图16两端游动轴系图17轴承拆卸
轴承内圈的轴向固定可选用轴端挡圈、圆螺母、轴用弹性挡圈等结构（18）。
外圈可采用机座孔端面、孔用弹性挡圈、压板、端盖等形式固定（19）。
图18 轴承内圈的轴向固定结构图19轴承外圈的轴向固定结构
图20轴承间隙的调整
（2）轴承的预紧
向心角接触轴承可通过预紧的方法使滚动体和内、外套圈之间产生一定预变形，使轴承带负游隙运行。
预紧可增加轴承刚度，提高旋转精度，延长轴承寿命。
通过加金属垫片、磨窄套圈或调整两轴承之间内、外套筒的宽度来得到一定的预紧量（图21），固定结构中必须要有可调环节（如圆螺母）。
预紧量的合理数值应参考有关资料或通过试验取得。
（3）轴承组合位置的调整
轴承组合位置的调整的目的，是使轴上零件（如齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。
如圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合；又如蜗杆传动，要求蜗轮主平面通过蜗杆的轴线。
图22为圆锥齿轮轴承组合位置调整，垫片1用来调整锥齿轮轴的轴向位置，垫片2用来调整轴承间隙。
图21轴承的预紧图22轴承组合位置的调整
4．滚动轴承的润滑
滚动轴承润滑的目的降低摩擦阻力和减轻磨损，还有吸振、冷却、防锈和密封等作用。
合理的润滑对提高轴承性能，延长轴承的使用寿命有重要意义。
滚动轴承的润滑剂可以是脂润滑、润滑油或固体润滑剂。
滚动轴承的润滑方式可根据速度因数dn值，参考表12选择。
d为轴颈直径，mm；n为工作转速，r／min。
表12滚动轴承润滑方式的选择
轴承类型dn （mm·r／min）值
浸油飞溅润滑滴油润滑喷油润滑油雾润滑脂润滑
深沟球轴承≤2.5×105≤4×105≤6×105＞6×105 ≤(2～3)×105
角接触球轴承
圆柱滚子轴承
圆锥滚子轴承≤1.6×105≤2.3×105≤3×105——
推力轴承≤0.6×105≤1.2×105≤1.5×105——
低速时常用脂润滑，脂润滑能承受较大载荷，且结构简单，易于密封。
润滑脂的装填量一般不超过轴承空间的1／3～l／2，装脂过多，易于引起摩擦
发热，影响轴承的正常工作。
速度较高的轴承都用油润滑，润滑和冷却效果均较好。
减速器轴承常用浸油或飞溅润滑。
浸油润滑时油面不应高于最下方滚动体的中心，否则搅油能量损失较大易使轴承过热。
喷油或油雾润滑兼有冷却作用，常用于高速情况。
滚动轴承润滑剂的选择主要取决于速度、载荷、温度等工作条件。
一般情况下，采用的润滑油粘度应不低于13 mm2/s～32 mm2/s（球轴承油粘度略低，而滚子轴承略高）。
载荷大、工作温度高时宜选用高粘度油，容易形成油膜；而dn值大或喷雾润滑时选用低粘度油，搅油损失小，冷却效果好。
脂润滑轴承在低速、工作温度65℃以下时可选钙基脂，较高温度时选钠基脂或钙钠基脂；高速或载荷工况复杂时可选理基脂；潮湿环境采用铝基脂或钡基脂，而不宜选用遇水分解的钠基脂。
润滑脂中加入3％～5％的二硫化钼（如二硫化钼理基脂）润滑效果将更好。
5．滚动轴承的密封
密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失和外界灰尘、水分等侵入轴承。
滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。
密封按照其原理不同可分为接触式密封和非接触式密封两大类。
非接触式密封不受速度的限制。
接触式密封只能用在线速度较低的场合，为保证密封的寿命及减少轴的磨损，轴接触部分的硬度应在40HRC以上，表面粗糙度宜小于Ra 1．60 μm ～Ra0. 8 μm 。
各种密封装置的结构和特点见表13。
作为标准产品提供的密封轴承（如60 000－RZ型、60 000－ZRS型）单面或双面带防尘盖、密封圈，装配时已填入润滑脂，无需维护或再加密封装置，结构简单，使用方便，使用日趋广泛。
表13 各种密封装置的结构和特点。
