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1.5 滚动轴承的配合与游隙

1.5.1 滚动轴承的配合

滚动轴承的配合是轴承内圈与轴颈、轴承外圈与轴承座的配合。配合的目的是要把轴承的内、外圈固定于轴或轴承座上,使轴承不发生有害的滑动。图1-31所示为滚动轴承与轴和轴承座的配合。

配合性质必须满足以下两项要求:

1)必要的旋转精度。滚动轴承工作时,其内、外圈和轴向圆跳动应控制在允许的范围内,以保证轴上传动零件的回转精度;

2)合适的游隙。如图1-32所示,滚动轴承工作时,滚动体与内、外圈之间的径向游隙和轴向游隙的大小必须保持在合适的范围内,以保证轴承正常运转且寿命长。

图1-31 滚动轴承的配合

图1-32 滚动轴承的游隙

作为标准件的滚动轴承,轴承内孔与轴的配合应采用基孔制,轴承外径与轴承座的配合应采用基轴制。配合的松紧程度根据轴承工作载荷的大小、性质、转速高低等决定。例如,当转速高、载荷大、冲击振动比较严重时,应选用较紧的配合;当对旋转精度要求高时,应选用较紧的配合。常用的内、外圈分别与轴、轴承座配合的常用公差带如图1-33所示。轴承的内、外径公差带都偏置在公称尺寸位置下方,即上极限偏差为0,下极限偏差为负值。

滚动轴承内圈通常与轴一起旋转,为防止内圈和轴的接合面相对滑动而产生磨损,影响轴承的工作性能,因此要求该接合面间具有一定的过盈,但过盈量不能太大。如果作为基准孔的轴承内圈内径仍采用基本偏差为H的公差带,轴公差带根据优先、常用和一般公差带来选取,则所选择的过渡配合的过盈量偏小,而过盈配合的过盈量又偏大,难以满足轴承的正常工作要求。因此规定,轴承内径为基准孔公差带,应位于以内径 d 的公称尺寸位置的下方,且上极限偏差为零。

滚动轴承外圈安装在轴承座中,通常不旋转。考虑到工作时温度升高会使得轴热胀而产生轴向位移,因此两端轴承中应有一端采用游动支承,可使外圈与轴承座的配合稍微松一些,以便补偿轴的热胀伸长量,允许轴与轴承一起轴向移动,否则轴会弯曲而导致轴承内部可能卡死。因此规定,轴承外圈外径公差带位于以外径 D 的公称尺寸位置的下方,且上极限偏差为零。

图1-33 轴承与轴、轴承座配合的公差带图

1.5.2 滚动轴承的游隙

滚动轴承的游隙是轴承滚动体与轴承内、外圈之间的间隙,也可以定义为在无载荷时,将轴承一个套圈固定,另一个套圈沿径向或轴向从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。按其移动的方向分为径向游隙或轴向游隙。轴承的轴向游隙可以通过选用合适的轴承配置来调整,所以一般情况下只需校核轴承的径向游隙。游隙是轴承的重要参数,它影响轴承的载荷分布、振动、噪声、摩擦、寿命、精度和刚性,应根据使用条件,合理选取游隙。为了满足不同的使用需要,原始径向游隙的大小分为N、2、3、4、5五个组别。其中,N组为正常游隙组,是大多数没有特殊要求的轴承所采用的游隙组。

在选轴承游隙时,必须考虑以下几种主要因素:①轴承与轴和轴承座配合的松紧会导致轴承游隙值的变化,一般轴承安装后会使游隙值缩小;②轴承在机构运转过程中,由于轴与轴承座散热条件的不同,使内圈和外圈之间产生温差,从而会导致游隙值的缩小;③由于轴与轴承座材料膨胀系数不同,会导致游隙值的变化。

根据轴承所处状态不同,游隙可以分为原始游隙、安装游隙和工作游隙。一般三者是不相同的,选用游隙时必须考虑游隙的变化情况,必要时要进行计算。下面以径向游隙为例,分别计算原始径向游隙、安装径向游隙和工作径向游隙。

1.原始径向游隙

轴承装配之后,安装到轴上和轴承座里之前的游隙称为原始游隙。以图1-34所示的圆柱滚子轴承为例,可以得到圆柱滚子轴承的原始径向游隙 G r

式中, E F 分别为外圈、内圈滚道直径; D w 为滚子直径。

图1-34 圆柱滚子轴承径向游隙的变化

2.安装径向游隙

轴承安装到轴上和轴承座里之后,由于过盈配合,内圈膨胀,外圈收缩,因此使径向游隙减小。轴承在安装状态下的径向游隙

式中,Δ F 为内圈过盈配合引起的内圈滚道直径的增大量;Δ E 为外圈过盈配合引起的外圈滚道直径的减小量。

当轴承、轴、轴承座均为钢制零件,且轴为实心、轴承座的壁厚尺寸比轴承外圈尺寸大很多时,滚道直径变化近似计算如下:

式中, I 为有效过盈量; d 为轴承内径; D 为轴承外径; F E 分别为内、外圈的滚道直径。

3.工作径向游隙

轴承在工作状态下,一般是内圈温度高于外圈温度,内圈的膨胀要减小游隙。当内圈转速特别高时,内圈因离心力作用膨胀也会减小游隙。轴承径向载荷产生的轴承径向变形会使游隙增大。工作状态下的径向游隙 表达式为

式中,Δ u t 为内圈温度高于外圈温度引起的游隙减少量;Δ u v 为内圈高速旋转引起的游隙减小量; δ r 为轴承径向变形引起的游隙增大量。

其中,由于内圈温度高于外圈温度引起的游隙减少量Δ u t (mm)表达式为

式中,Δ t 为内、外圈温差(℃); α 为线胀系数(℃ -1 ),对于轴承钢, α =0.0000125℃ -1

内圈高速旋转引起的游隙减少量Δ u v 表达式为

式中, ω 为内圈角速度, ω =2π n/ 60, n 为转速(r/min); r 1 为轴承内径之半, r 1 =0.5 d r 2 为近似取为内圈滚道直径之半, r 2 =0.5 F

各类轴承的径向变形计算公式各不相同,对于圆柱滚子轴承来说,轴承的径向变形引起的游隙增大量 δ r 见第4章。 gprav+KTsVqHckWR+WRQaUVzKFxWwxM9oJs+z5MyeidM8TNIieZVVt03tyudqzsA

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