在机械设计中,我们首先大致确定选用的轴承种类,再考虑轴承的在轴系中的布置形式。
在通用型机械中,通常在一根轴上组装2个或2个以上的轴承来承受载荷。如何确定轴承的排列,主要是基于以下两个两个要点非常重要:
考虑轴的热膨胀
考虑承受的负荷条件来区分固定侧和自由侧
1、基于热膨胀考虑轴承排列
机械运行、轴承旋转时,轴承内部会发热,热量传向周边部件,导致轴及外壳发生热膨胀。
多数情况下,轴和外壳间存在温度差,因此必须吸收掉热膨胀差引起的轴的伸缩。
如果轴承系统不能吸收轴的伸缩,轴承将承受过大的轴向力,造成损伤。因此,排列轴承时必须考虑轴的伸缩。
轴承安装在机械的旋转部分和固定部分之间受力。
通常一根轴上安装的两个轴承,
1个作为固定侧轴承在轴向固定轴和轴承座。叫做定位轴承。
1个作为自由侧轴承,使轴能在轴向自由活动,吸收热膨胀之差导致的轴伸缩。
2、固定侧轴承
固定侧轴承在轴向固定轴和轴承座,故其承受径向负荷和轴向负荷。因此,承受径向负荷和轴向负荷的轴承种类主要根据负荷大小来选择。
固定侧轴承必须满足内部无法串动,轴承外部固定无法串动。
2.1、可以由不同的固定侧轴承承受径向负荷和轴向负荷。
比如:一些压缩机及大型电机会采用此类轴承系统。
2.2、通过考虑机械构造或轴承寿命的平衡来确定将2个轴承中的哪一个作为固定侧轴承。
比如:部分电机轴承系统,固定侧轴承使用承受大径向负荷和轴向负荷的大深沟球轴承、自由侧轴承使用仅承受小径向负荷的小深沟球轴承。
比如:部分离心泵轴承系统,固定侧轴承使用承受大径向负荷和轴向负荷的配对角接触球轴承,而自由侧轴承使用仅承受小径向负荷的小深沟球轴承。
3、自由侧轴承
轴的伸缩通过自由侧轴承吸收。分离型轴承(内圈和外圈可分离)通过滚子与滚道面间吸收轴的伸缩。
非分离型(内圈和外圈不可分离)轴承在轴承外径和外壳内径间设置游隙,与轴承一起吸收轴的伸缩。
4、确认轴承内圈和外圈的相对倾斜
因负荷造成的轴的挠曲、或固定侧和自由侧轴承间的安装误差会导致轴承内圈和外圈产生较大的相对倾斜。如果相对倾斜过大,轴承将会承受异常负荷,从而造成损伤。此时除了按照固定侧与自由侧的配置方式,还需考虑轴承系统的调心能力
5、不分固定侧和自由侧的轴承排列
1)轴伸缩影响小的小型设备
在以短轴承受小负荷的小型机械中,由于轴伸缩的影响较小,因此有时不分固定侧和自由侧排列两个轴承。
2)设备需要确保轴具有刚性时
通过施加预紧使轴具有刚性时,轴承不分固定侧和自由侧。这种情况下,将2个角接触球轴承或圆锥滚子轴承面对面,背对背安装。
比如:最常用的设备如齿轮箱或涡轮蜗杆传动系统经常会用到此类的轴承配置
6、轴的冷热伸缩量计算
某设备两个支撑轴承的支撑点间距3米,设备工作温度约在70℃,设在在安装时的最低温度为零下20℃。计算轴在两个支撑轴承之间的热伸量。
S=𝛼*L*∆T= 12∗10^(−6)∗3000∗70=2.5(mm)
如果选用的圆柱滚子轴承或圆环滚子轴承,需要确认此轴承可以容忍的偏移量,以及相应端盖与轴承之间的间距满足要求。
如果选用深沟球轴承或者调心滚子轴承,必须保证相应的间隙配合,以及端盖与轴承之间的可移动间距满足要求。
7、总结
选择吸收因热膨胀导致的轴伸缩的自由侧轴承。
根据内圈和外圈的倾斜角度选择合适可调心轴承种类。
通过施加预紧使轴具有刚性时,不分固定侧和自由侧轴承。