滚动轴承支撑系统的组合结构设计
时间：2010-12-20
滚动 轴承支撑系统的组合结构设计
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 支承端结构形式
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。
1． 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17-15。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（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。
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17-16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。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。
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。如图17-17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。
轴承在轴上一般用轴肩或套筒定位，定位端面与轴线保持良好的垂直度。为保证可靠定位，轴肩圆角半径r1必须小于 轴承的圆角半径r。轴肩的高度通常不大于内圈高度的3/4，过高不便于 轴承拆卸。
轴承内圈的轴向固定应根据轴向载荷的大小选用轴端挡圈、圆螺母、轴用弹性挡圈等结构。外圈则采用机座孔端面、孔用弹性挡圈、压板、端盖等形式固定。如图17-19所示。
2 轴承的配合
轴承与轴或 轴承座的配合目的是把内、外圈牢固地固定于轴或 轴承座上，使之相互不发生有害的滑动。如配合面产生滑动，则会产生不正常的发热和磨损，以及因磨损产生粉末进入 轴承内而引起早期损坏和振动等弊病，导致 轴承不能充分发挥其功能。此外， 轴承的配合可影响 轴承的径向游隙，径向游隙不仅关系到 轴承的运转精度，同时影响它的寿命。
滚动 轴承是标准组件，所以与相关零件配合时其内孔和外径分别是基准孔和基准轴，在配合中不必标注。决定配合时最主要的问题是 轴承内、外圈所承受的载荷状态。
一般来说，尺寸大、载荷大、振动大、转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合，而经常拆卸或游动套圈则采用较松的配合。
3 轴承座的刚度与同轴度
轴和 轴承座必须有足够的刚度，以免因过大的变形使滚动体受力不均。因此 轴承座孔壁应有足够的厚度，并常设置加强筋以增加刚度。此外， 轴承座的悬臂应尽可能缩短。
两 轴承孔必须保证同轴度，以免 轴承内外圈轴线倾斜过大。为此，两端 轴承尺寸应力求相同，以便一次镗孔，可以减小其同轴度的误差。当同一轴上装有不同外径尺寸的 轴承时，可采用套杯结构来安装尺寸较小的 轴承，使 轴承孔能一次镗出。
4 润滑与密封
1． 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 轴承饿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17-11选择。d为轴颈直径，mm；n为工作转速，r/min。
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，采用的润滑油黏度应不低于13mm2/s~32mm2/s（球 轴承油粘度略低而滚子 轴承略高）。脂润滑 轴承在低速、工作温度65°C以下时可选钙基脂，较高温度时选用钠基脂或钙钠基脂；高速或载荷工况复杂时可选锂基脂；潮湿环境可选用铝基脂或钡基脂，而不宜选用遇水分解的钠基脂。
2． 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。非接触式密封不受速度限制。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HRC40以上，表面粗糙度宜小于Ra1.60μm- Ra0.80μm。
为了能够通过本章的学习，达到选择应用滚动 轴承、并能对 轴承的组合结构进行设计的目的，首先必须了解滚动 轴承的类型、尺寸、结构形式、精度等级等基本知识及其代号的意义。在此基础上，还应适当掌握滚动 轴承设计的基本理论和计算方法，以便对所选 轴承作出评价，能否满足预期寿命、静强度和转速等要求。
除计算外，为保证 轴承的正常工作，还要进行合理的 轴承组合结构设计，解决轴系零件的固定、 轴承与相关零件配合、 轴承安装、调整和预紧、以及 轴承的润滑与密封等问题。