滚动轴承的组合结构设计

尹庆玲

[摘 要] 笔者根据多年的教学经验，从滚动轴承的轴向固定定位、调整、装配和拆卸、润滑和密封四方面阐述了滚动轴承的组合结构设计。

[关 键 词] 滚动轴承 轴向固定定位 调整 装配和拆卸 润滑和密封

[作者简介] 尹庆玲，女，柳州运输职业技术学院机电工程系讲师。广西柳州，545007

在《机械设计基础》课程教学中，滚动轴承装置设计这部分内容是生产一线技术人员直接接触最为广泛的实际问题。而传统教学中对此却不太重视，因此，把轴承的固定、装拆、调整、润滑、密封等实践性很强的技术问题重新整合为轴承的组合结构设计，使结构设计与工程实际技术问题紧密结合。

一、轴承的轴向固定定位

为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上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。典型的结构形式有三类：

（一）两端固定

工作温度变化不大和支承跨距较小（跨距L<400mm）的短轴，宜采用两端都单向固定的形式，如图1所示。利用轴上两端轴承各限制一个方向的轴向移动，合在一起就可以限制轴的双向移动，轴的热伸长量可由轴承自身的游隙进行补偿，或用调整垫片调节，。

图1 （二）一端固定，一端游动

当轴较长或工作温度较高时，轴的热膨胀收缩量较大，宜采用一端双向固定、一端游动的结构，如图2所示。固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力，而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。

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图2

图3

（三）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。如图3所示，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。

二、滚动轴承装置的调整

（一）轴向间隙的调整

采用两端固定支承的轴承部件，为补偿轴在工作时的热伸长，在装配时应留有相应的轴向间隙。轴承间隙的调整方法有：①通过加减轴承端盖与轴承座端面间的垫片厚度来实现，如图1(a)所示；②通过调整螺钉1，经过轴承外圈压盖3，移动外圈来实现，在调整后，应拧紧防松螺母2，如图1(b)所示。

（二）轴上传动件位置的调整

在某些机器部件中，轴上传动件需要准确的轴向位置，这可以通过调整移动轴承的轴向位置来达到。如图4所示，是一小圆锥齿轮传动轴的结构图，轴系位置可以通过增减垫片1的厚度得以改变。垫片2则是用来调整轴承的轴向游隙。

图4

三、滚动轴承的装配和拆卸

（一）装配

装配滚动轴承时，不可用手锤直接敲打轴承外圈和内圈，这样受力不均，容易倾斜，应加附具。当轴承内圈与轴过盈较小时，可用铜或软钢制的套筒垫在内圈端面上用手锤敲入。当过盈较大时，对于尺寸较小的轴承可用压入法，即用压力机在内圈上施加压力将轴承压套入轴颈中，对于尺寸较大的可用热胀法，即把内圈放在热油中加热，然后用压力机装在轴颈上，如图5(a)、(b)所示。轴承上标有规格、牌号的端面应装在可见部位，以便将来更换。

（二）拆卸

最简单的办法是用錾子顶在内圈或外圈端面上，用手锤在周边轻轻敲击将轴承拆下。一般使用拉出器拆卸，使用时将钩爪紧挂在内圈上，螺杆顶在轴端面，用手柄旋进螺杆，就能把轴承拉出，如图5(c)所示。

(a) (b) (c)

四、滚动轴承的润滑和密封

（一）滚动轴承的润滑

滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，同时也有吸振、冷却、防锈等作用。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。

滚动轴承的润滑材料有润滑油、润滑脂及固体润滑剂，具体润滑方式可根据速度因素dn值，参考表1选择。d为轴颈直径，mm；n为工作转速，r/min。

表1 滚动轴承润滑方式的选择

图5

（二）滚动轴承的密封

为了充分发挥轴承的性能，要防止润滑剂中脂或油的泄漏，而且还要防止有害异物从外部侵入轴承内，因而有必要尽可能采用完全密封。密封装置是轴承系统的重要设计环节之一。设计要求应能达到长期密封和防尘作用；摩擦和安装误差都要小；拆卸、装配方便且保养简单。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。 ⑴接触式密封（如图6所示）

适用于低速，且要求接触处轴的表面硬度大于40HRC，粗糙度Ra<0.8μm。 ①毡圈密封

适用于脂润滑，环境清洁，轴颈圆周速度V<4～5m/s，工作温度<90℃的场合。 ②密封圈密封

适用于油润滑，轴颈圆周速度V<7m/s，工作温度在-40～100℃的场合，它是标准件。

(a)毡圈密封 (b)密封圈密封

图6

⑵非接触式密封（如图7所示）

利用狭小和曲折的间隙密封，不直接与轴接触，故可用在高速场合。 ①间隙密封

用于工作环境清洁、干燥的场合。 ②迷宫密封

适用于脂润滑或油润滑，工作环境要求不高，密封可靠的场合。

(a)间隙密封 (b)迷宫密封

图7

参 考 文 献

[1]刘孝民，黄卫萍.机械设计基础[M]，广州：华南理工大学出版社，2006 [2]肖永晓, 吕茂岩.滚动轴承选用的一般原则[J]，中国设备工程，2004（6） [3]杨宗富. 汽车滚动轴承的使用与维护[J]，汽车运用，2006（12） 滚动轴承的组合设计 1 轴承的固定

在确定了轴承的类型和型号以后，还必须正确的进行滚动轴承的组合结构设计，才能保证轴承的正常工作。

轴承的组合结构设计包括： 1）轴系支承端结构；

2）轴承与相关零件的配合； 3）轴承的润滑与密封； 4）提高轴承系统的刚度。 1. 两端固定(两端单向固定)

普通工作温度下的短轴（跨距L<400mm），支点常采用两端单向固定方式，每个轴承分别承受一个方向的轴向力。如图,为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时应留有轴向间隙0.25mm-0.4mm（间隙很小，结构图上不必画出），间隙量常用垫片或调整螺钉调节。 特点：限制轴的双向移动。适用于工作温度变化不大的轴。

注意：考虑受热伸长，轴承盖与外端面之间留补偿间隙c，c=0.2~0.3mm。 2．一端双向固定、一端游动

当轴较长或工作温度较高时，轴的热膨胀收缩量较大，宜采用一端双向固定、一端游动的支点结构，如图。

固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力，而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。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，靠滚子与套圈间的游动来保证轴的自由伸缩。 特点：一个支点双向固定，另一个支点作轴向游动。 深沟球轴承作为游动支点，轴承外圈与端盖留间隙。 圆柱滚子轴承作为游动支点，轴承外圈应双向固定。 适用：温度变化较大的长轴。 2 轴承组合的调整 1.轴承间隙的调整 调整方法：（1）轴承盖与机座的垫片厚度调整； （2）用螺钉调整轴承外圈压盖的移动。 2.轴承预紧

目的：提高精度、刚度，减小振动。

安装时根据轴承的预紧力要求使轴承中保持一定轴向力，从而确保一定游隙， 3.轴承组合位置的调整

使轴上零件（齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。 3. 滚动轴承的配合

轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制； 轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。 4. 滚动轴承的的装拆

l滚动轴承通常的设计寿命与整机不一致，需要在使用过程中多次更换，当与轴承之间有装配关系的零件损坏时也需要对轴承进行拆卸，拆卸轴承时应使拆卸力不经过滚动体传递，以防使滚动体发生塑性变形。

拆卸滚动轴承通常使用专门的工具，设计轴系结构式应为工具的使用留有足够得为空间，这些数据可以在滚动轴承手册中找到。