軸承位置的布置

在軸的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須了解滾動(dòng)軸承的安裝空間。 通常有兩種方法：將匹配的滾動(dòng)軸承調(diào)整到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中或滾動(dòng)軸承來(lái)決定改進(jìn)結(jié)構(gòu)。 由于滾動(dòng)軸承的尺寸根據(jù)尺寸方案標(biāo)準(zhǔn) DIN 616 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以通過(guò)軸承代號(hào)確定外部幾何形狀。

滾動(dòng)軸承和相鄰尺寸在零件設(shè)計(jì)中相互調(diào)整，對(duì)于變更設(shè)計(jì)而言則有所不同。在大多數(shù)情況下給出了現(xiàn)有零件的外部幾何形狀，滾動(dòng)軸承需要相應(yīng)的布置設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)的軸承布置無(wú)法滿足的話，必須制定特殊的軸承布置解決方案。

承受徑向載荷的滾動(dòng)軸承在整個(gè)圓周上得到徑向支撐，以防止點(diǎn)載荷發(fā)生。

滾動(dòng)軸承的軸向固定

不同類(lèi)型的滾動(dòng)軸承軸向定位在很大程度上取決于其設(shè)計(jì)，下圖以兩個(gè)深溝球軸承為例，描述了浮動(dòng)軸承和定位軸承之間的區(qū)別。左側(cè)軸承是一個(gè)定位軸承，必須承受更大程度的軸向力，因此需要軸向定位。右側(cè)軸承是一個(gè)浮動(dòng)軸承，其僅僅需要承受很小的軸向力，并且能夠通過(guò)非軸向定位的外圈實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)。這樣的話，例如在有熱膨脹的情況下，軸承可以軸向移動(dòng)。

在以下三個(gè)圖表中，符號(hào)■和□表示對(duì)于不同的軸承類(lèi)型和安裝類(lèi)型的不同徑向定位形式。符號(hào)■表示定位形式需要承受一定的力的作用，符號(hào)□表示定位形式僅防止套圈的軸向滑動(dòng)。

下圖表示用作定位軸承的不同軸承類(lèi)型的軸向定位方式，內(nèi)圈和外圈兩側(cè)定位。

下圖表示浮動(dòng)軸承的軸向定位方式，軸向定位方式同樣取決于軸承類(lèi)型。例如，對(duì)于帶活動(dòng)內(nèi)圈或外圈的軸承，內(nèi)圈或外圈需要軸向定位。

在一個(gè)方向上傳遞軸向力的軸承安裝布置或浮動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，需要特殊的定位方式。下圖給出了說(shuō)明，各個(gè)套圈單邊軸向定位。

在軸向定位時(shí)使用不同的定位元件：

• 相鄰結(jié)構(gòu)，例如軸承座端蓋、齒輪、隔圈

• 軸或軸承座鎖緊環(huán)

• 彈簧元件（主要用于軸向預(yù)緊）

下圖所示的浮動(dòng)軸承布置屬于一個(gè)例外，這里使用的兩個(gè)軸承不是軸向定位的，而是軸承本身具有軸向定位的功能。

在軸承內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整來(lái)達(dá)到像定位軸承的定位方式可以實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)軸承的布置形式，下圖所示的是兩個(gè)NJ型圓柱滾子軸承的示例。

軸向定位的另外一種方式是通過(guò)鎖緊螺母，如下圖所示，通過(guò)鎖緊墊片額外固定鎖緊螺母防止松動(dòng)。

上述軸向定位是最常見(jiàn)的安裝方式，利用鎖緊螺栓定位的情況并不常見(jiàn)。借助于螺釘在軸承外圈上用隔圈壓緊也是一種軸向定位方式。

此外，還有一些用于定位軸承的特殊解決方案，這些解決方案經(jīng)常在軸承設(shè)計(jì)中出現(xiàn)偏差。 在這種情況下內(nèi)圈和外圈都帶有定位單元，為此采用加寬內(nèi)圈并包含一個(gè)定位孔，或者重新設(shè)計(jì)外圈以直接定位。 下圖所示為此類(lèi)特殊類(lèi)型的示例。

滾動(dòng)軸承的徑向支撐

除了軸向定位以外，軸承在軸承座中以及在軸上的徑向支撐同樣很重要。徑向安裝條件的選擇對(duì)軸承工作游隙有著重要的影響，進(jìn)而也影響了軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性以及耐用性。在這種情況下，軸和軸承座的公差起決定性作用，尤其是圓度。

對(duì)于徑向支撐的軸承，根據(jù)應(yīng)用情況選擇內(nèi)圈和/或外圈的緊配合。在軸承套圈選擇配合時(shí)，應(yīng)考慮以下準(zhǔn)則：：

• 必須在整個(gè)圓周上充分支撐軸承套圈，這與軸承的承載能力直接相關(guān)。

• 各個(gè)套圈不允許在其配合件上沿切線方向有移動(dòng)或滑動(dòng)。

• 浮動(dòng)軸承必須補(bǔ)償軸和軸承座的長(zhǎng)度變化。

• 軸承的安裝和拆卸應(yīng)盡量簡(jiǎn)便。

軸承座需要符合形狀和測(cè)量公差以及表面質(zhì)量的參考值，參考值如下表所示。

為了正確配合必須首先確定載荷-旋轉(zhuǎn)條件，下圖列出了不同的類(lèi)型。

針對(duì)特定運(yùn)行條件的配合建議 - 推力軸承

針對(duì)特定運(yùn)行條件的配合建議 - 向心軸承

針對(duì)特定運(yùn)行條件的配合建議 - 推力軸承

配合的類(lèi)型和示例

下圖顯示了一個(gè)示例軸承與軸承座/軸的相應(yīng)配合，大寫(xiě)字母表示座孔公差，小寫(xiě)字母表示軸公差。軸承配合的類(lèi)型：間隙配合、過(guò)渡配合和過(guò)盈配合用彩色標(biāo)識(shí)。這表明軸承間隙的調(diào)整會(huì)導(dǎo)致零件之間的間隙，相反在過(guò)盈配合的情況下零件會(huì)相互重疊，會(huì)引起相應(yīng)套圈的緊配合。此外，還防止套圈通過(guò)切向力引起的旋轉(zhuǎn)。過(guò)盈配合引起內(nèi)圈變寬和外圈收縮，這種套圈幾何形狀的改變會(huì)影響滾道表面的運(yùn)行精度，必須事先加以考慮。

在選擇配合時(shí)，需要考慮多種影響因素。除了上述緊配合之外，機(jī)械限制因素也需要考慮在內(nèi)。 這些涉及到在過(guò)程配合或者過(guò)盈配合發(fā)生膨脹的情況下引起的內(nèi)圈變寬。

安裝條款

DIN 5418 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了在軸承布置和結(jié)構(gòu)應(yīng)用中相鄰結(jié)構(gòu)可以作為輔助，安裝尺寸發(fā)揮著重要作用。

首先檢查軸承制造中的倒角尺寸，在將軸承被推進(jìn)至其緊密配合時(shí)，其端面位于軸或外殼的接觸表面上。因此必須調(diào)整兩個(gè)接觸面的倒角尺寸，以確保配合表面完全貼合。軸和連接處擋肩可能是軸承上唯一的接觸點(diǎn)，通常軸和軸承座處的倒角尺寸必須小于軸承套圈的最小倒角尺寸。作為半徑的替代方案，可以在軸上加工一個(gè)凹槽，在這種情況下接觸表面需要被固定，在此需要提前考慮凹槽的影響。

接觸面擋肩同樣按照DIN 5418標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，擋肩高度的正確尺寸尤為重要，其確保了力的正確傳遞。在軸承列表中規(guī)定了接觸表面的高度限制尺寸，基于相應(yīng)軸承套圈的倒角尺寸對(duì)應(yīng)的相關(guān)部件的倒角尺寸和最小高度，一般不做特別的要求。

圓錐滾子軸承和角接觸球軸承具有特殊性，接觸表面的擋肩高度是不用的。

在安裝推力軸承時(shí)，同樣必須考慮接觸面的高度（參見(jiàn) DIN 5418）。如果相鄰部件的結(jié)構(gòu)布置中帶止動(dòng)槽的軸承無(wú)法實(shí)現(xiàn)軸向定位時(shí)，則使用止動(dòng)環(huán)進(jìn)行定位，此布置不適用于傳遞軸向力。

額外的軸向定位元件可以單獨(dú)布置，其基礎(chǔ)是一般的幾何零件構(gòu)成的機(jī)械集成結(jié)構(gòu)，適用于定位軸承和浮動(dòng)軸承的布置。

將軸承推進(jìn)到軸上，軸承通過(guò)緊密配合與軸牢牢接觸。因此軸承座前的軸肩通常具有較小的直徑，在無(wú)法分離軸系的情況下，應(yīng)在軸承緊密配合之前采用松配合/間隙配合。 此外，在相應(yīng)的軸端帶一個(gè)斜面，更容易組裝軸承。所有的邊緣均應(yīng)無(wú)損壞且無(wú)毛刺。將軸承推進(jìn)到軸上，軸承通過(guò)緊密配合與軸牢牢接觸。因此軸承座前的軸肩通常具有較小的直徑，在無(wú)法分離軸系的情況下，應(yīng)在軸承緊密配合之前采用松配合/間隙配合。 此外，在相應(yīng)的軸端帶一個(gè)斜面，更容易組裝軸承。所有的邊緣均應(yīng)無(wú)損壞且無(wú)毛刺。

軸承座設(shè)計(jì)

如果軸承座孔不能很好地支撐軸承外圈，軸承外圈在徑向載荷的沖擊作用下會(huì)變成橢圓形。

由于沖擊力的影響已經(jīng)達(dá)到可允許的軸承座變形，則必須進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。 通過(guò)這種方式，外圈得以穩(wěn)定，軸承的圓度也能獲得精確保障。

對(duì)最小壁厚強(qiáng)度的假設(shè)如下：

h_A=(1.5 ... 2.0) ? (D ? d) /₂

h_B=(0.7 ... 1.2) ? (D ? d) /₂

h_C=(0.15 ... 0.25) ? (D ? d) /₂

右下方的圖示表示壁厚強(qiáng)度的變化量，描述了在這種情況下，最大的壁厚位于力的作用方向上，因?yàn)榱拖鄬?duì)位置的支撐點(diǎn)會(huì)在最大程度上使材料產(chǎn)生變形， 側(cè)壁和上壁區(qū)域形成抵抗外圈整體變形的阻力。

左圖顯示了不同壁厚區(qū)域的變化以及力平衡的相應(yīng)變化，目的是在動(dòng)載荷 P 和徑向力 F_R 之間獲得可接受的比例。

軸承座上支撐點(diǎn)的分布同樣非常重要，軸承連接機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)部件。 在大多數(shù)情況下，軸承座連接到相鄰的結(jié)構(gòu)，需要注意支撐點(diǎn)的正確布置，它決定了力向相鄰結(jié)構(gòu)的傳遞。如果軸承座使用了支撐點(diǎn)，則力的傳遞只能通過(guò)這一位置。 因此，多個(gè)支撐點(diǎn)對(duì)力的平衡有積極的影響。

環(huán)境因素和預(yù)防措施

滾動(dòng)軸承的使用壽命主要取決于環(huán)境因素，其中污染物的影響特別突出，如果污染物進(jìn)入到軸承的內(nèi)部，能引起軸承的早期損壞。關(guān)于因污染而造成軸承損壞的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn) ISO 15243。

為了保護(hù)軸承免受污染，必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提供密封裝置，它們構(gòu)成了軸承內(nèi)部和環(huán)境之間的保護(hù)屏障。

潤(rùn)滑劑能防止?jié)L動(dòng)體和套圈滾道之間的金屬接觸，為此潤(rùn)滑劑必須潔凈且無(wú)污染，污染物會(huì)改變潤(rùn)滑劑，可能對(duì)滾動(dòng)軸承造成損壞。

密封單元的布置需要明確安裝情況、密封設(shè)計(jì)和密封材料，每種應(yīng)用都需要單獨(dú)的密封設(shè)計(jì)方案，存在靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封的區(qū)別。

對(duì)密封設(shè)計(jì)提出了以下要求，必須對(duì)其加以檢查并遵守：

• 有效防止污染和液體進(jìn)入

• 防止?jié)櫥瑒┮绯?/p>

• 低摩擦系數(shù)（對(duì)于接觸式密封）

• 熱穩(wěn)定性

• 密封間隙中的最大旋轉(zhuǎn)速度（對(duì)于接觸式密封）

• 耐化學(xué)性

• 足夠長(zhǎng)的使用壽命

• 有效利用安裝空間

在密封設(shè)計(jì)時(shí)，密封材料的選擇同樣是一項(xiàng)決定性的標(biāo)準(zhǔn)。其中以下特性至關(guān)重要：

• 工作溫度

• 化學(xué)兼容性

• 機(jī)械特性

• 動(dòng)態(tài)力學(xué)特性

• 收縮性

• 摩擦和磨損特性

接觸式密封采用不同的材料，常用的橡膠材料如下：

• NBR（丁腈橡膠）

• HNBR（氫化丁腈橡膠）

• ACM（丙烯酸酯橡膠）

• FKM（氟橡膠）

• EPDM（三元乙丙橡膠）

只有當(dāng)密封能夠緊密貼合在合適的表面上時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)最佳的密封性能。 如果密封表面出現(xiàn)劃痕、條紋、氣孔、粗糙度超差、硬度不足或不能彎曲等缺陷，則可能會(huì)導(dǎo)致密封不良。