轴承预紧量的确定 行业资讯轴承预紧力

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Ken Thayer发自工程社区CR4

诸如机床主轴，电动机和汽车差速器之类的应用需要具有较高刚度和位置精度的精密旋转运动。为此，在组装过程中必须对轴承施加持续的载荷，以消除多余的间隙。这称为轴承预紧。

除了消除间隙外，预紧轴承还提高了组件的刚度，提高了旋转精度并降低了由于振动或共振引起的噪音。此外，预紧力消除了滚动元件的打滑，并将其保持在轴承中的适当位置。

许多类型的滚动轴承需要正确的预紧才能正常运行，包括角接触球轴承，圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承。深沟球轴承可以预紧，但在大多数应用中不需要。

深沟球轴承由螺母预紧在轴肩上；来源：IEEE GlobalSpec

应用的预紧力很重要。它必须足以减少多余的游隙，但必须注意不要施加太多的预紧力。适当的预紧力可使滚动体在轴承座圈中自由旋转，而过多的预紧力可能导致打滑。这将增加摩擦和热量的产生，最终可能导致轴承过早失效。

将轴承定位在轴或壳体上的优选方法是提供一个垂直于轴轴线加工的肩部。轴和轴承座的肩部位于轴承的一个表面上，以确保载荷与轴的轴线一致。肩部应足够大，以超过拐角半径和轴承表面之间的相切点，但应足够小以允许使用标准轴承拉拔器卸下轴承。

轴承制造商提供表格或计算器，以说明每种轴承类型和尺寸的正确肩尺寸和公差。根据轴承类型，径向或轴向施加预紧力。

轴承类型

球轴承

所有需要预紧的径向球轴承都必须轴向加载。当轴向载荷施加到轴承的内圈时，内圈的座圈与滚动元件接触，并将该载荷传递到外圈的座圈。这在内圈，球和外圈之间形成一条接触线，称为接触角。角接触轴承必须预紧，而深沟球轴承则必须预紧。

角接触轴承的接触角；源凯登轴承

深沟球轴承的接触角很小，为8°或更小。角接触轴承在预紧时加工成具有较大的接触角，通常为15°，25°，30°或40°。接触角的大小是预先确定的，并设计在轴承中。角接触轴承由于具有较大的接触角而可以承受径向和轴向载荷。

成对制造的角接触轴承称为双工轴承。双轴承被制造为以堆叠的方式安装，轴承面彼此相邻。双联轴承的滚道略有偏移，但在组装过程中施加适当的预紧力时，滚道会聚在一起。

双向轴承是成对订购的，并经过机械加工以在组装时提供带有平整表面的组件。一旦将端面组合在一起，就会内置双轴承的预紧力。通过更改双向轴承组中轴承的方向，可以进行几种双向安装。

背对背是最常见的双向轴承布置。组装之前，轴承的内圈面之间有间隙。组装时，将内圈夹紧在一起，使内圈和外圈的面彼此齐平，并产生朝向轴中心线发散的接触角。背对背双向轴承在任一方向上都可提供最大的刚度和相等的推力。它们非常适用于诸如带翻转载荷的滑轮和皮带轮或轴承受热膨胀的应用。

面对面轴承以背对背轴承的相反布置安装。组装前，外圈之间有一个间隙。预紧后，将外环面和内环面夹紧在一起，使这些面彼此齐平，并产生朝向轴中心线收敛的接触角。它们在任一方向上均提供相同的推力，并且还具有径向和轴向刚度。在高力矩负载或易于发生轴热膨胀的应用中应避免使用它们。

串联安装是双向轴承的第三种安装方式。两个或更多个轴承相对于彼此以相同的方向布置，使得内环面和外环面在安装前彼此偏置且平行。在组装过程中，内圈被夹紧在一起，从而形成相互平行的接触角，并且仅在一个方向上增加了推力。两个轴承可提供两倍的推力，三个轴承则可将其增加三倍，依此类推。串联安装两个轴承需要两倍的正常预紧力。

尽管所有装置都可以承受径向载荷，但下图中的箭头指示了允许的推力载荷方向。背对背和面对面可以承受任一方向的推力载荷。

角接触球轴承的通用布置；资料来源：无锡FSK变速箱轴承

滚子轴承

圆锥滚子轴承以与角接触轴承相同的方式预紧。与角接触轴承一样，它们可以单个，背对背或面对面安装。滚动元件和轴承座圈之间的最终接触角也类似于角接触轴承中的接触角。

圆锥滚子轴承安装布置；资料来源：SKF

背对背圆锥滚子轴承的预紧需要将内圈夹紧在一起，通常是在螺母和轴肩之间。面对面轴承的预紧需要将外圈夹紧在轴承座肩和夹紧环之间，或将螺母拧紧。

圆柱滚子轴承还需要预紧载荷才能正常运行，但是，载荷是径向施加的，而不是轴向施加的。如果轴承有一个锥孔，则将轴承驱动到锥度上，从而导致过盈配合。这会使内圈膨胀并在滚子上施加径向力，以产生适当的预紧力。

预加载方法

轴承预紧的两种主要方法是刚性和弹簧。与其他方法相比，每种方法都有优点和缺点。

刚性预紧

刚性预紧力是通过施加带有精密锁紧螺母或夹紧元件的载荷来获得的，该螺母或夹紧元件的平面被加工并垂直于轴线。螺母将轴向载荷施加到内部或外部轴承套圈上，其相对侧紧靠轴或轴承座上的肩部。各个轴承之间可以使用垫片，以便可以使用一个防松螺母或夹紧元件预加载多个轴承。垫片也可用于获得适当的预紧力。

刚性预紧提供了更高的径向和轴向刚度特性，但与弹簧预紧相比，速度可能受到限制。由于温度变化而引起的轴和外壳的热膨胀会改变运行期间的预紧力。

刚性预紧力的其他术语包括固定约束预紧力和位置预紧力。

两个轴承，由垫片隔开，并由单个防松螺母预紧；资料来源：国家精密轴承

弹簧预紧

在弹簧预紧力（有时也称为恒压预紧力）中，弹簧将轴向力施加到不旋转的内部或外部轴承套圈上。可以使用波形弹簧，螺旋弹簧，贝氏弹簧（垫圈）和指形弹簧。波形弹簧，贝氏弹簧和指形弹簧易于实施，因为它们可以直接放置在轴承套圈和安装表面之间。

弹簧预紧力适合承受热膨胀的应用，因为弹簧在整个压缩过程中所施加的力相对恒定。弹簧也消除了保持紧公差的需要。此外，弹簧预紧力可减少噪音并能承受较高的运行速度。

弹簧预装波浪垫圈；来源：Smalley

弹簧预紧的另一种选择是使用恒定力可调垫片，这是Temper Corporation生产的独特产品。正如Temper所指，这些负载环是可调节的垫片，它以恒定的力压缩，并且可以弹回一个小的恒定值，从而产生已知的力。

它们有两个主要目的：

• 它们占据了轴承组件中的堆叠公差
• 他们将轴承和组件调整到特定的设置

可调节的垫片消除了匀浆的需要，简化了装配，提高了精度并有助于优化轴承寿命。Temper Corporation的以下视频显示了圆锥滚子轴承上的负载环挠度。

结论

正确了解何时以及如何预加载轴承对于精密旋转应用（尤其是在高速应用中）至关重要。正确预加载的轴承将具有更高的刚度，更安静，更准确地运行，并且使用寿命更长。设计工程师可以从几个不同的选项中进行选择，但是所有这些对象的基本原理都是相同的。

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