滚动轴承的轴向预紧原理详解

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：对向心推力球轴承，Ka不是常数，因其实际接触角α是随轴向载荷而变化的。在圆锥滚子轴承中，轴向变位与轴向载荷之间的关系为δa=KaF0a.9由上式可看出，单个圆锥滚子轴承的轴向变位与轴向载荷近似为线性关系。因此单个圆锥滚子轴承不能用预紧的方法增加其刚度。在轴承Ⅱ完全不承受载荷的轴向载荷称为“卸紧”载荷，用FAx表示。定压预紧用弹簧实现轴承预紧时，预紧载荷不因外加轴向载荷FA的作用而变化，故称定压预紧。

由本章第二节可知，对向心推力球轴承，轴向变位与轴向载荷之间的关系式如下：

δ_a=K_aF²_a^/3

式中 δ_a——轴承内、外圈轴向相对位移量，即轴承的轴向变位（mm）；

F_a——作用于轴承上的轴向载荷；

K_a——轴承的弹性变形常数。对向心推力球轴承，K_a不是常数，因其实际接触角α是随轴向载荷而变化的。

根据上式可做出每个轴承的载荷—变形曲线，如图2-73所示。

图2-73 单列向心推力球轴承的预紧原理图

由图2-73可看出，当单个轴承没有预紧时，在F_a的作用下，轴承的轴向变位为δ_a1。而轴承有预紧载荷F_a0时，则在同样F_a大小作用下，轴承的轴向变位为δ_a2，显然δ_a2﹤δ_a1，因此预紧可以增加向心推力球轴承的刚度。

在圆锥滚子轴承中，轴向变位与轴向载荷之间的关系为

δ_a=K_aF⁰_a^.9

由上式可看出，单个圆锥滚子轴承的轴向变位与轴向载荷近似为线性关系。因此单个圆锥滚子轴承不能用预紧的方法增加其刚度。

两个向心推力轴承，面对面或背对背安装时采用预紧的方法，可以提高整个支承系统的刚度。按照施加预紧载荷的方式，可分为定位预紧和定压预紧。

（1）定位预紧如图2-74所示。定位预紧时，轴承间距保持不变。图2-75表示两个面对面和背对背安装的向心推力球轴承的载荷—变位曲线。横坐标表示轴向变位δ_a，纵坐标表示轴向载荷F_a。两个轴承的载荷—变位曲线的交点，表示预紧载荷为F_a0、两个轴承的预紧变形量均为δ_a0。

图2-74 定位预紧结构示意图

a）面对面 b）背对背

图2-75 定位预紧原理

F_A为作用于轴上的外加轴向载荷。并假定轴承Ⅰ承受载荷较大，轴承Ⅱ承受载荷较小。

没有外加轴向载荷F_A作用时，轴承Ⅰ、Ⅱ所承受的轴向载荷均为F_a0，预紧变形量均为δ_a0。当外加轴向载荷F_A作用于轴上后，两个轴承的载荷状态都有变化。假设F_A的方向是使轴承Ⅰ载荷增加的方向（即图2-74所示方向）。在F_A作用下，轴沿F_A的方向移动了δ_a，相应地轴承Ⅰ的变形量也增加了δ_a，而轴承Ⅱ的变形量则减小了δ_a。此时，由图2-75可得出

这时，作用于轴承Ⅰ上的轴向载荷增加了ΔF_aⅠ，作用于轴承Ⅱ上的轴向载荷减小了ΔF_aⅡ，即

由作用于轴上的力系平衡可得

F_A=F_aⅠ-F_aⅡ

如增大F_A使ΔF_aⅡ=F_a0时，则轴沿F_A方向的移动量为：δ_a=δ_a0，显然，这时轴承Ⅱ完全不承受载荷，因此

由图2-75中可明显看出，如果轴承Ⅰ、Ⅱ不预紧的话，在同样的F_A作用下，支承系统的轴向变位为2δ_a0。在轴承Ⅰ、Ⅱ进行预紧时，支承系统的轴向变位仅为δ_a0。因此，通过预紧可以提高支承系统的刚度。

在轴承Ⅱ完全不承受载荷的轴向载荷称为“卸紧”载荷，用F_Ax表示。由上面的推导可得

F_Ax=2^3/2F_a0=2.83F_a0

如果F_A大于上述之值，则轴向载荷完全由轴承Ⅰ承受。

（2）定压预紧用弹簧实现轴承预紧时，预紧载荷不因外加轴向载荷F_A的作用而变化，故称定压预紧。其原理如图2-76所示。

图2-76 定压预紧原理图

轴承Ⅰ、Ⅱ在预紧载荷F_a0作用下，其预紧变形量均为δ_a0。当外加轴向载荷F_A作用于轴上后，轴沿F_A方向移动了δ_a。轴承Ⅱ的外圈在弹簧的作用下始终压紧内圈。由于弹簧的刚度与轴承的刚度相比很小，故可近似认为轴承Ⅱ保持预紧载荷不变，F_A则由轴承Ⅰ承受。因此，定压预紧对提高支承系统的刚度不显著。图2-77所示为定压预紧的结构示意图。