滾動軸承的結構設計

2013-12-23 04:33:06陸品

機械工程師 2013年2期

陸品

（西安石油大學機械工程學院，西安710065）

1 引言

在以往的教科書和技術資料中都分別闡述了滾動軸承類型的選擇原則、配置方式、安裝方式及軸向定位、固定方法，但內容基本都各自獨立，而同一種配置方式可以用不同的軸承類型，同一種軸承類型可以用不同的安裝方式，因此對應的固定方式也不同。本文根據不同的配置形式，歸納了三類支點。根據支點的不同，總結了所用軸承的類型、安裝方式及內外圈固定方式，可以有效避免設計軸承結構時出錯。

2 軸承的配置類型

2.1 單向固定支點

利用軸上左右軸承及端蓋各限制一個方向的軸向移動，實現了軸系的軸向固定，這樣形成的支點稱為單向固定支點。如圖1 所示。為了防止軸承因軸受熱伸長而被卡死，軸承外圈與端蓋間應留有0.25～0.4mm 的軸向間隙（間隙很小，結構圖上不必畫出），間隙量常用墊片或調整螺釘調節。這種配置方式結構簡單、方便、軸系固定牢靠，適用于支點跨距不大（跨距l≤350mm），工作溫度不高（溫升△t<50℃）的場合。

圖1 兩端單向固定

2.2 一端雙向固定、一端游動

當支承跨距較大（跨距l>350mm）或工作溫度較高（溫升△t≥50℃）時，軸受熱伸長量較大，必須給軸承以熱膨脹的余地，以免軸承被卡死，同時又要保證軸系相對固定，以實現其正確的工作位置。為此，應用一端支點沿雙向固定、另一端支點游動的配置型式，簡稱一端雙向固定、一端游動。固定端由單個軸承（圖2（a））或軸承組（圖2（b）、（c）、（d））承受雙向軸向力，而游動端（圖3）則保證軸伸縮時能自由游動。

圖2 一端雙向固定

圖3 一端游動

圖4 兩端游動

2.3 兩端游動

兩端游動是為了滿足某種特殊需要而采用的一種配置形式。如圖4 所示為人字齒輪傳動的高速主動軸，與其相嚙合的低速齒輪軸被設計成兩端單向固定式結構，由于人字齒輪本身的相互軸向限位作用，高速主動軸的軸向位置被限定，不必再另外考慮其軸向固定問題。為了防止齒輪被卡死或人字齒輪兩側受力不均，采用允許軸系左右少量軸向游動的結構，故兩端都選用圓柱滾子軸承作為游動支點。

3 三種支點的結構設計

3.1 單向固定支點

無軸向力或軸向力很小時可選深溝球軸承，內外圈單向固定即可，如圖1（a）所示。當軸向力較小且支承的工作零件位于兩軸承之間的軸上時，為了使支承有較好的剛性，可選用圖1（b）所示正安裝的一對角接觸軸承內外圈單向固定即可。當軸向力較大且支承的工作零件位于懸伸端時，為使支承有較好的剛性，可選用圖1（c）所示反安裝的一對角接觸軸承，外圈寬邊單向固定，內圈必須雙向固定。

3.2 雙向固定支點

當軸向力很小時，可選圖2（a）所示深溝球軸承。當軸向力較小時，可選圖2（b）所示一對角接觸球軸承。當軸向力較大時，可選圖2（c）所示一對角接觸滾子軸承。當軸向力很大時，可選圖2（d）所示一對推力球軸承。除角接觸軸承的窄邊不受力外，固定端的軸承套圈均需沿軸向雙向固定。

3.3 游動支點

常用的軸承有兩種，當徑向力較小時，可選圖3（a）所示深溝球軸承，內圈需雙向固定，外圈自由；當徑向力較大時，可選圖3（b）所示內外圈可分離的圓柱滾子軸承。為避免松脫，游動軸承內圈應與軸作軸向固定（常采用彈性擋圈）。用圓柱滾子軸承作游動支點時，軸承外圈要與機座作軸向固定，靠滾子與套圈間的游動來保證軸的自由伸縮。