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滚动轴承滚道的设计方法

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-11-13

为了达到尽可能高的刚度和负荷能力，又尽可能节省空间的目的，可选用CJSRTL无套圈的轴承。这种滚动体直接在轴上、或在轴承孔内运动的轴承例如有：滚针和保持架组件、无内圈滚针轴承和冲压外圈滚针离合器等。在设计滚道时，应注意下列几点说明： 材 料 为了能完全达到轴承的负荷能力，在选择滚动轴承滚道材料时，应注意的是要保证其表面硬度为670－840HV，足够的淬硬深度和钢材的纯净度需与一般高质量钢材的要求相同。下列几种钢材特别适于用作滚动体滚道的钢材。 l 淬透钢 GCr15或欧洲100Cr6 在特定情况下，这些滚动轴承钢亦可作表面淬硬处理。 l 表面淬硬钢 15CrMo、20CrMo或欧洲17MnCr6、16MnCr6 选择材料时，除了其可淬硬度外，还应考虑心部强度。作表面淬火时，应先具有细粒结构组织。并且有效淬硬深度应 符合公式（42）。 火焰淬火钢或感应淬火钢55、60或欧洲C554 在火焰淬火或感应淬火时，只能对机加工零件上将作为滚道的部分进行淬火。选择材料的主要先决条件仍然是材料的可淬硬能力。在作淬硬处理前应先作调质处理。 淬硬深度经表面淬火、火焰淬火或感应淬火的滚道，除了表面硬度可达到670--840HV之外，还应保证有足够的淬硬深度Ht（对表面淬火，有效淬硬深度为Eht；对火焰淬火或感应淬火，淬硬穿透深度为Rht。淬硬深度的定义是：由表面到硬度为550HV处的垂直距离。温度对尺寸稳定性的影响 运转湿度超过+120℃，将引起普通标准轴承材料的组织结构变化，从而使轴承尺寸改变。因此在高温下运转时，为保证轴承正常的功能；必须对轴承作尺寸稳定性处理，但也应考虑伴随而产生的材料硬度的降低。对于小型轴承来说，通常对 尺寸稳定性要求不高，但为保证大型轴承的稳固配合和原始径向游隙，至少应对内圈作尺寸稳定性处理。根据不同的工作温度的要求，可以用不同的补充代号予以标示出来。 滚动轴承的径向定位 对滚动轴承的定位，应考虑下列一些影响因素： 转动状态 所谓转动状态是指各套圈相对于负荷方向的运动。 旋转负荷。轴承套圈转动而负荷静止或轴承套圈静止而负荷转动，这两种情况都属于旋转负荷状态。在旋转负荷情况下，如果对轴或轴承座取太松动的配合，则轴承套圈将会产生移动现象。因此，必须选用较紧密的配合，以防止移动现象发生。负荷越重和套圈直径越大，所选的配合应越紧。 点负荷。轴承套圈和负荷都是静止，或轴承套圈和负荷以相同的速度旋转时，都属于静止负荷状态，对于静止负荷，可选择较松的配合，因为这种情况下，轴承套圈不会产生移动现象。 变动式负荷方向。负荷方向是无规则地变化着，或以摆动的方式变化，或随冲击和振动的情况都称为变动式负荷方向在这种转动状态下，两个套圈都必须选择较紧的配合。 l 负荷类型和大小 随转动负荷或变动负荷的套圈，负荷越高，配合应越紧。 l 轴承类型和尺寸 表14所列轴承座孔公差仅适用于钢或铸铁轴承座。表15中所列的轴公差仅适用于实心轴，如果用轻金属轴承座或空心轴时,应选择较紧的配合。对无内圈滚针轴承的轴公差列于表16中。 从上述各种因素的影响可以看出，不可能找出一条包括各种因素的，正确的配合公差选择原则，因此，在相应表中所列之值 仅只能当作是参考值。 表15 有内圈滚针轴承和圆柱滚子轴承的轴公差极限选择原则 工作条件 轴直径 mm ISO公差带 举 例 滚针轴承 圆柱滚子轴承 内圈受点负荷 易于安装 所有轴承直径 g6 g6 在静座轴上的滚轮:调整杆,齿轮箱内轮,滑轮,滚轮,张力轮 一般应用 h6 h6 高精度和平衡运转 h5 -- 内圈受旋转负荷或变动负荷 轻负荷和变动负荷 到To 50 j5 j6 齿轮箱,工作中轴,电动马达,磨床主轴,泵,机床,一般工程机械 超过Over 50 到To 100 k5 k6 超过Over 100 到To 200 m61) m61) 超过Over 200 n62) n62) 正常负荷 到To 50 k53) k6 超过Over 50 到To 100 m5,m61) m61) 超过Over 150 到To 200 n62) n62) 超过Over 200 到To 500 p62) p62) 在严酷工作条件和冲击下，重负荷 到To 150 n62) n62) 超过Over150 p62) p62) 1)选择轴和轴承座公差极限之后，应再检查工作游隙。 2)公差带为n6和p6需要求较大的原始径向游隙。 3)对于滚针一角接触球轴承，配合不能比k5更紧。 表16无内圈滚针轴承选择轴公差极限的参考值1) 内接圆（公差带F6） Fw mm 工作游隙 超过 到 小于正常值 小于正常值 大于正常值 -- 65 80 160 180 200 250 315 65 80 160 180 200 250 315 400 k5 k5 k5 k5 j5 j5 h5 g5 h5 h5 g5 g5 g5 f6 f6 f6 g6 f6 f6 e6 e6 e6 e6 d6 1)适用于轴承座公差到K7。对于比K7更紧的轴承座公差，对其工作游隙必须进行验算或量测。 装配公差 轴承套圈有完美的径向定位和套圈在圆周面和宽度上能均匀地被支承，对轴承能正常运转和获得较长的使用寿命具有决定性的影响。因此应特别注意装配公差的选择。 轴承套圈支承面的设计 为了使滚动轴承能正常发挥其功能，与轴承相配合的表面（轴和轴承座孔）必须按与轴承精度等级相应的IT一等级加工。 与轴承相配合表面的尺寸公差和几何精度的推荐值列于表17中。剖分式轴承座，其连接面处应去除毛刺并加工圆角。 表17 与轴承配合表面的尺寸公差和几何精度 轴承精度等级 轴承配合表面 直径公差 圆度公差 平行度公差 台肩侧摆 P0 轴 IT6(IT5) 旋转负荷 IT4/2 IT4 IT4 点负荷 IT5/2 IT5 轴承座 IT7(IT6) 旋转负荷 IT5/2 IT5 IT5 点负荷 IT6/2 IT6 P6 轴 IT5 旋转负荷 IT3/2 IT3 IT3 点负荷 IT4/2 IT4 轴承座 IT6 旋转负荷 IT4/2 IT4 IT4 点负荷 IT5/2 IT5 P5 轴 IT5 旋转负荷 IT2/2 IT2 IT2 点负荷 IT3/2 IT3 轴承座 IT6 旋转负荷 IT3/2 IT3 IT3 点负荷 IT4/2 IT4 滚动轴承的轴向定位 为了防止滚针轴承或圆柱滚子轴承侧向滑移，轴承必须轴向定位和夹紧。如果配合公差已经足够紧的话，也可不用轴向坚固装置（如图12a）所示冲压外圈滚针轴承）。滚针和保持架组件必须要有轴向引导（见图13和14）。 引导表面的设计 对滚针和保持架组件的侧向引导面（见面13和14），应经精车加工并无毛刺。高速时，相邻的表面应淬火并经磨削加工。在止动环前还应附加一垫圈（图14）。 轴承套圈的轴向定位 轴承套圈常由轴或轴承座的挡肩来定位。这些挡肩必须有足够的高度并与轴承轴线垂直。它们必须与和轴承套圈相配的表面一次加工出来。由和轴承相配合的表面到挡肩过渡外，其圆角应符合规定，退刀糟应符合规定。圆角或退刀糟是为了保证轴承套圈的整个端面能支承在挡肩上，应注意的是尺寸表中给出倒角尺寸rs的最小值。 如果轴承作为固定端支承且承受轴向负荷，则套圈两端必须紧固（图16、17、18）。尤其是分离式内圈（如NKIB,图16和 SL04，图24）和圆柱滚子轴承剖分式外圈系列SL01（图17或18），系列SL11和SL12更应两端紧固。 对于单向定位的轴承（图19和20）只要在轴承套圈承受轴向负荷的一端挡边加以支承即可。 对承受轴向负荷的圆柱滚子轴承的挡边来说，其支承高度应扩大到尺寸d1或D1处（见尺寸表）。 [img]http://www.hao.zj.cn/upimg/2006-09-08/001635_02_323.gif[/img]滚动轴承的密封 轴承的运转可靠性和使用寿命在很大程度上是与其密封装置能否有效地防止脏污和水气侵入以及阻止润滑剂漏出有关， 在选择密封型式时应考虑具体的应用条件。 非接触式密封 非接触式密封主要用于下列场合：在高圆周速度下密封摩擦必须避免的场合，高温希望避免密封磨损的场合。间隙密封 对润滑脂有较好的密封较果；如果间隙密封回流设计（轴上有沟槽、离心环、螺旋槽等）则此种密封也可用于油润滑的场合。 简单间隙密封的缝隙约为0.1~0.2mm。而缝隙在空间许可的范围内尽可能的长。带环形槽（图21）可以改善其密封效果。 迷宫密封（图23）的密封效果更好，为了避免泵吸现象，径向扩展的间隙不能太窄。如果在缝隙内润滑脂，则其密封性 能更好。一般来说，填充缝隙用的润滑脂应与轴承用的脂相同；至少润滑脂的稠化剂应相同。如果由于密封介质的原因不能实现上述要求时，则可使用专用的密封润滑脂，在这种情况下，应提供分离的空间以防止密封脂进入轴承中。[img]http://www.hao.zj.cn/upimg/2006-09-08/001635_03_977.gif[/img]接触式密封 接触式密封一般都比非接触式密封效果为好，在这种密封中，其部分是用预紧力保持与密封表面相接触，因此而引起的 摩擦热限制了其可容许的圆周速度，在跑合运转中，较大的初始摩擦表面将会急骤下降。密封配合表面也需要润滑，否则将产生磨损。 密封唇密封（图24-27）。适用于油润滑也适用于脂润滑，而且圆周速度可达12m/s，如果密封的目的是为了防止润滑剂由轴承座泄露出去，则密封唇应面向里面安置。当密封主要是为了防止脏污进入轴承装置时，密封唇应面向外安置。 转轴密封。按DIN3760（图27）它是一种密封唇密封，可对许多种轴承装置作非常有效的密封。 [img]http://www.hao.zj.cn/upimg/2006-09-08/001636_04_659.gif[/img]l RTL 带密封滚针和圆柱滚子轴承（图24）是带密封唇密封的轴承（后缀“RS”或“P”),这种结构不需要给密封装置附加空间。此整体式密封适用于无压力要求的密封装置，在一般工作条件下，可以防止污物侵入轴承中和阻止润滑脂泄漏。轴承再润滑时，用过的润滑脂还可以由此排出。[img]http://www.hao.zj.cn/upimg/2006-09-08/001636_05_104.gif[/img]毛毡润滑 适用于圆周速度小于4m/s的场合。毡封圈和环形槽在DIN5419中皆加以标准化。毡封件必须在热油（约＋80℃）中浸泡后才能装入。 接触式密封的装配说明密封的配合而必须无刻伤和划痕。如表面磨削后没有螺旋形痕迹，则可获得最好的密封效果。推荐的粗糙度为：Rz1-Rz4,或Ra0.2-Ra0.8。表面硬度至少应达到450HV，当圆周速度超过4m/s时，至少应达到600HV。接触式密封配合表面的端部应有引导倒角，以避免装配中使密封唇操作或翻边。装配前应在密封唇上和配合表面上涂润滑脂，以防止轴第一次转动时产生干磨擦，如果采用双唇密封或同时有几个密封件排列安装时，其之间的空隙内应填入润滑脂。如果密封的主要目的是防止润滑剂由轴承中漏出来，则在装配时应使密封唇向内。密封唇向外的装配方式则可防止外界污物侵入，而且可允许在重新润滑时将已用过的润滑脂排泄出去。 在将密封件压入轴承座孔时应使用压杆，以保证对中和与轴线垂直，如果与密封件配合的表面端处有尖角的话，则应用一装 配套筒辅助安装，装配套筒的直径应比与密封件相配合表面的直径略大些并有较长的引导倒角（约15℃）。 RTL内圈（系列IR）的滚道粗糙度很小，其表面形貌适合作为脂润滑密封唇的配合轨道。用来作为油润滑的密封时，为了得到更好 的密封效果，内圈应精加工成无螺旋形加工痕迹（IR...EGS），端部有引导倒角以防止装配时划伤密封唇。
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