滚动轴承的组合设计

为了保证滚动轴承在预期寿命内正常工作，除了正确地选择轴承类型和型号以外，还应合理地进行轴承组合的结构设计。一般须考虑轴承组合的轴向固定、支承结构型式、轴承的组合调整等问题。

一、滚动轴承的轴向固定

轴承内外圈都应可靠的固定，固定方法的选择取决于载荷性质、大小及方向，以及轴承的类型，轴承在轴上的位置等。

轴承内圈轴向固定的常用方法有：

（1）轴肩固定，如图13-6（a），这种方法主要用于两端单向固定式支承结构或承受单向轴向载荷的场合。

（2）弹性挡圈和轴肩固定，如图13-6（b），这种方法结构简单，轴向尺寸小，但挡圈只能承受较小的轴向载荷，一般用于游动支承处。

（3）轴端挡圈和轴肩固定，如图13-6（c），用于直径较大，且在轴端切削螺纹有困难的情况下，可在较高转速下承受较大的轴向载荷。

（4）锁紧螺母与轴肩固定，如图13-6（d），这种固定方法装拆方便，适用于轴向载荷大，转速高的场合。

图13-6 滚动轴承内圈与轴肩的固定

（a）轴肩固定；（b）弹性挡圈和轴肩固定；（c）轴端挡圈和轴肩固定；（d）锁紧螺母和轴肩固定

轴承外圈轴向固定的常用方法有：

（1）用轴承端盖固定，如图13-7（a），主要用于两端单向固定式支承结构或承受单向轴向载荷的场合。

（2）用孔用弹性挡圈和机座凸台固定，如图13-7（b），这种方法的轴向尺寸小，适用于承受轴向载荷不大的场合。

（3）用止动环嵌入轴承外圈的止动槽内固定，如图13-7（c），这种方法适用于机座不便制作凸台，且外圈带有止动槽的深沟球轴承地方。

（4）用轴承端盖和机座座孔内的螺纹连接可进行调整固定，如图13-7（d），这种方法适用于高速并能承受很大的轴向载荷情况。

图13-7 滚动轴承外圈的固定

二、轴的支承结构型式

为了保证轴在工作时能保持正确位置，防止轴向窜动，轴系必须有可靠的轴向固定方式。常见的轴向固定方式有以下三种基本型式：

1.两端单向固定

如图13-8所示，利用轴肩顶住内圈，端盖压住外圈，两端成对称配置，各限制一个方向的轴向移动，这样就可保证轴的轴向位置固定。这种结构适用于工作温度不高（t≤70℃）的短轴。这种情况下，轴的热伸长量极小，一般可由轴承游隙补偿。必要时在轴承外圈与轴承盖之间留有一定间隙a=0.2～0.4mm，作为热膨胀补偿。当采用圆锥滚子轴承时，轴的热伸长量只能由轴承的游隙补偿。间隙a和轴承游隙的大小可由垫片或调整螺钉等调节。

图13-8 两端单向固定

2.一端双向固定另一端游动

如图13-9（a）所示，左端为固定支承，轴承外圈双向固定，而内圈锁紧在轴颈上，以承受双向轴向载荷。右端为游动支承，轴承外圈和机座孔采用间隙配合，以适应当轴由于温度变化而伸缩时能在机座孔中自由游动。在图13-9（b）中，游动支承是外圈无挡边的圆柱滚子轴承，当轴有伸缩时，内圈连同滚子可沿外圈内表面移动，而外圈作双向固定，以免过大的错位。这种固定方式适用于轴的热伸长量较大的场合。

图13-9 一端双向固定另一端游动

3.两端游动式

图13-10所示为人字齿轮减速器传动，高速轴的支承结构是两端采用外圈无挡边的圆柱滚子轴承可两端游动式支承。工作中轴能左右移动，当低速轴的轴向位置固定后，在人字齿轮的啮合作用下，这种结构使高速轴上的人字齿轮能自动调位，使两齿轮的轮齿接触均匀，以减少人字齿轮两半齿圈的载荷分布不均匀程度。

图13-10 两端游动式

三、滚动轴承的组合调整

滚动轴承组合调整的目的是使滚动轴承获得合理的游隙，从而使轴上零件得到准确的工作位置。

1.滚动轴承游隙的调整

滚动轴承游隙的大小对滚动轴承寿命、摩擦力矩、旋转精度、温升和噪音都有很大影响，因此，安装时应将游隙调整好。

调整游隙的方式有：

（1）通过加厚或减薄端盖与箱体间垫片尺寸来调整游隙，见图13-8。

（2）用蝶形垫圈和调节螺钉来调节游隙。

（3）用有外螺纹的端盖来调整游隙。

2.轴上零件轴向位置的调整

当轴上安装有圆锥齿轮或蜗轮等零件时，为了获得正确的啮合位置，应有调整轴承游隙和圆锥齿轮位置的装置。图13-11所示的结构就可以达到此目的。有两组调整垫片：套筒和端盖之间的垫片是用来调整轴承游隙；套筒和箱体之间的垫片是用来调整轴承组合的位置，以保证圆锥齿轮获得正确的啮合。

图13-11 采用套杯的轴承组合结构

四、滚动轴承的配合及选用

1.滚动轴承的精度等级

滚动轴承的精度等级是按其外形尺寸公差和旋转精度分级的。外形尺寸公差是指成套轴承的内径d、外径D和宽度B的公差；旋转精度主要指轴承的内、外圈的径向圆跳动、端面对滚道的圆跳动和端面对内孔的圆跳动等。

2.滚动轴承精度等级的选用

滚动轴承各级精度的应用情况如下：

（1）0级，通常称为普通级。用于低、中速及旋转精度要求不高的一般旋转机构，它在机械中应用最广。例如用于普通机床变速箱、进给箱的轴承，汽车、拖拉机变速箱的轴承，普通电动机、水泵、压缩机等机械的轴承等。

（2）6级，用于转速较高、旋转精度要求较高的旋转机械。例如用于普通机床的主轴后轴承、精密机床变速箱等。

（3）5、4级，用于高速、高旋转精度要求的机械。例如用于高精度机床的主要轴承，精密仪器仪表的主要轴承等。

（4）2级，用于转速很高、旋转精度也很高的机械。例如齿轮磨床，精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器仪表及其他高精度精密机械的主要轴承等。

3.滚动轴承配合的选用

正确选择滚动轴承与轴颈和轴承座孔的配合，对保证机器正常运转，提高轴承的使用寿命，充分发挥其承载能力关系很大。

滚动轴承是标准件，轴承内圈与轴颈的配合按基孔制，外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。在选择轴承配合时，应考虑到公差等级的确定。轴颈和轴承座孔的公差等级与轴承的精度等级有关。与0、6（6X）级轴承配合的轴颈一般为IT6级，轴承座孔一般为IT7级。对旋转精度和运转平稳性有较高要求的场合，在提高轴承精度等级的同时，也要相应提高与其相配的轴颈和轴承座孔的精度。

选择时主要考虑以下影响因素：

（1）当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧些。一般内圈随轴转动，外圈固定不转，故内圈常取过盈或过渡配合，如r6、n6、m6、k6、j6；外圈常取较松的配合，如G7、H7、J7、K7、M7等。

（2）承受冲击载荷时应选用较紧的配合。轴承在重载和冲击载荷作用下，套圈容易发生变形，使配合面受力不均匀，引起配合松动，因此，载荷越大，过盈量应选择的越大。

（3）对游动支承，轴承与轴承座孔间应选较松的配合；对外圈承受旋转载荷的情况，则不宜采用较松的配合，可考虑选用圆柱滚子轴承作为滚动支承轴承。

（4）轴承转速高时，必须考虑轴承工作温度（或温差）的影响。由于摩擦发热和散热条件不同等原因，轴承套圈的温度往往高于与其相配的零件温度。这样，轴承内圈与轴的配合可能松动，外圈与孔的配合可能变紧。所以，在高温（＞100℃）条件下工作的轴承，应将所选的配合进行修整。一般来说，轴承的旋转精度要求越高，转速越高，配合应更紧些。

（5）剖分式轴承座，轴承外圈配合应松些，以免造成外圈产生圆度误差；当考虑拆卸和安装方便，或需要轴向移动和调整套圈时，配合应松一些。

滚动轴承配合的具体选择可查阅《机械设计手册》。

五、滚动轴承的装拆

轴承组合设计时，必须考虑到有利于轴承的安装与拆卸，以保证在拆卸过程中，不致损坏轴承和其他零件。轴承常用的装拆方法有压力法和温差法。

1.压力法

用工具直接对轴承施加外力进行装拆的方法。该方法适用于过盈量不大的中、小型滚动轴承的装拆。用压力法安装滚动轴承时，应在轴承的圆周端面上均匀地施加外力，并始终保持滚动轴承和轴颈或座孔的轴线同心，防止偏斜，如图13-12。切忌通过滚动体传递压力和用锤头直接敲击滚动轴承。

图13-12 滚动轴承的安装

滚动轴承的拆卸可根据实际情况按图13-13实施。当用工具钩头钩住内圈时，应限制轴肩高度。其轴肩高度可查相关的设计手册，对外圈要求也是如此，应留出拆卸高度h1，或设计安放专用工具的尺寸h2，便于外圈拆卸的座孔结构，如图13-14。

图13-13 滚动轴承的拆卸

图13-14 可便于外圈拆卸的座孔结构

2.温差法

当配合为较大过盈量配合时，用压力法装拆容易损伤配合表面，此时应用温差法装配。安装轴承时，可用热油预热轴承来增大内孔直径，以便安装，但是温度不得高于80℃～90℃，以免回火。