滚动轴承都需要进行预紧吗?

学术   2024-12-14 17:49   上海  

说到滚动轴承,大家对其结构都不陌生,不论什么类型的滚动轴承,其主要都是由三大部件内圈、外圈和滚动体构成。一般情况下,轴承在使用过程中都会存在一定的游隙。但大家在很多设备中也看到过轴承预紧的设计,比如比较常见的弹簧预紧或固定约束式预紧,分别如下图所示。当然也有采用通过将内圈或外圈表面研磨至预紧力偏移精确尺寸的“内置”预紧力的双联轴承。

轴承弹簧式预紧

固定约束式预紧示例

那为什么轴承需要预紧呢?

其实主要目的是增强系统的刚性。其实大家可以想象得到,轴承中的游隙相当于给了各部件一个活动的空间,对于内外圈来说,它们在运转的过程中就可能发生轴向或径向的相对移动,这种松动在旋转过程中会转化为摆动或非重复性跳动。对于滚动体来说,间隙的存在使得其一方面不能很好的贴合滚道,滚动可能转变为滑动并出现撞击现象;另一方面使得受载的滚动体数量偏少,载荷不能很好的分散,不但加大了弹性变形也降低了疲劳寿命,如下图所示。

(图片来自jtekt)

经过预紧后的轴承,消除了间隙并限制了可能的相对位移,提高了旋转精度,刚度的增加也可以使得轴承有效地承受高频振动和冲击载荷,滚动体与滚道之间的接触也更加均匀,从而避免了各种窜动和撞击现象,在提升寿命的同时也使得各种振动和噪音明显降低。

那是不是所有轴承都需要预紧呢?

其实从前面的一些介绍大家也可以看出来,如果你对设备的刚性、运转的精度、噪音水平有较高要求或应用于高转速的场合,轴承预紧还是有必要的,如果是一般的应用,则轴承内部的游隙就可以满足正常使用,不需要预紧。

就轴承的类型上来讲,考虑到轴承的结构特点和应用场景,目前预紧应用最多的轴承主要是角接触球轴承、圆锥滚子轴承和推力球轴承这三种。其中角接触球轴承专为承受轴向载荷和径向载荷的组合设计,通常需要通过预紧来消除轴向间隙,以提高定位精度和刚性。而圆锥滚子轴承由于其内外圈滚道是锥形,预紧可以确保滚动体与滚道充分接触,从而提高承载能力和旋转精度。推力球轴承只承受纯轴向载荷,预紧能确保其在工作中轴向定位准确,减少振动和滑动。深沟球轴主要用于承受径向载荷,也能承受少量的轴向载荷,在大多数情况下不需要预紧,除非有前面提到的那些高要求,可适度预紧(需要注意这时轴承游隙要选得大一些)自调心轴承由于能够自动调整角度补偿安装误差,通常无需预紧。

最后需要注意的是,在满足设计要求的情况下,预紧力应越小越好。否则当轴承过量预紧时,将会加大温升和磨损,大大缩短轴承的使用寿命。

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