旋转机械零件的引导和支撑通常需要至少两个彼此相距一定距离的轴承(四点接触、交叉滚子和回转支承轴承除外)。根据应用,在定位/非定位轴承布置、调整轴承布置和浮动轴承布置之间做出决定。
在由两个径向轴承支撑的轴上,由于制造公差等原因,轴上轴承座和壳体中轴承座之间的距离经常不一致。在操作过程中,由于温度升高,距离也可能发生变化。这些距离差异在非定位轴承中得到补偿。
理想的非定位轴承是带N和NU系列保持架的圆柱滚子轴承或滚针轴承。在这些轴承中,滚子和保持架组件可以在没有肋的情况下在轴承套圈的滚道上移动。所有其他轴承类型,例如深沟球轴承和调心滚子轴承,只有当一个轴承套圈具有允许位移的配合时,才能用作非定位轴承。承受点载荷的轴承套圈因此具有松配合(通常是外圈)。
定位轴承沿轴向方向引导轴并支撑外部轴向力。为了防止轴向支撑,具有两个以上轴承的轴只有一个定位轴承。选择作为定位轴承的轴承类型取决于轴向力的大小和轴向引导轴的精度。
例如,双列角接触球轴承将比深沟球轴承或调心滚子轴承提供更紧密的轴向导向。一对对称布置的角接触球轴承或用作定位轴承的圆锥滚子轴承也可提供非常紧密的轴向引导。
使用通用设计的角接触球轴承具有特别的优点。轴承可以成对安装在任何O或X排列中,无需垫片。通用设计的角接触球轴承通常配对使用,在X或O布置中,它们具有低轴向内部间隙(UA)、零间隙(UO)或轻微预紧(UL)。
在齿轮箱中,四点接触球轴承有时直接安装在圆柱滚子轴承附近,以提供定位轴承布置。四点接触球轴承,没有外圈的径向支撑,只能支撑轴向力,径向力由圆柱滚子轴承支撑。
如果存在较低的轴向力,带有NUP系列保持架的圆柱滚子轴承也可以用作定位轴承。
当使用配对的圆锥滚子轴承对作为定位轴承(313...)时,安装也更容易。它们与适当的轴向内部间隙相匹配,因此不需要调整或设置工作。
定位/非定位轴承布置 =非定位轴承 ①定位轴承:深沟球轴承 非定位轴承:深沟球轴承 ②定位轴承:调心滚子轴承 非定位轴承:调心滚子轴承 ③定位轴承:深沟球轴承 非定位轴承:圆柱滚子轴承NU ④定位轴承:调心滚子轴承 非定位轴承:环形滚子轴承 ⑤定位轴承:双列角接触球轴承 定位轴承:圆柱滚子轴承NU ⑥定位轴承:四点接触轴承和圆柱滚子轴承NU(四点接触轴外圈未径向保持) 非定位轴承:圆柱滚子轴承NU ⑦定位轴承:圆锥滚子轴承 非定位轴承:圆柱滚子轴承NU ⑧定位轴承:圆柱滚子轴承NUP 非定位轴承:圆柱滚子轴承NU |
调整后的轴承布置通常由对称布置的两个角接触轴承(角接触球轴承、圆锥滚子轴承)构成,轴承的内圈和外圈相对于彼此移动,直到达到所需的间隙或所需的预紧,这个过程被称为“调整”。
角接触球轴承支撑包括径向分量和轴向分量的力。因此,这些轴承是径向轴承和轴向轴承的组合。根据标称接触角α的大小,角接触球轴承分为径向轴承或轴向轴承。
深沟球轴承也可以用于调整后的轴承布置;这些是具有较小标称接触角的角接触滚珠轴承。
由于可以调节间隙,如果需要近距离引导,调整后的轴承布置特别适合。
在调整后的轴承布置中,轴承的O或X布置基本上是可能的。
在O排列中,由接触线形成的锥体及其顶点(接触锥体顶点S)指向外部,在X排列中,锥体指向内部
在角接触球轴承和圆锥滚子轴承中,滚动元件力的接触线在接触圆锥顶点S处重合,在调整后的轴承布置中,轴承间距因此定义为接触锥顶点的间距。
所得到的支撑间距H在O布置中比在X布置中大。如果必须以尽可能小的倾斜间隙引导具有小轴承间距的部件,或者必须支撑倾斜力,则应优先使用O形布置。
带角接触球轴承的调整轴承布置 S=接触锥顶点 H=支架间距 ①O排列 ②X排列 |
在决定O和X排列时,还必须注意温度条件和热膨胀。这是基于圆锥滚子顶点R的位置。圆锥滚子顶点代表延伸的倾斜外圈滚道与轴承轴线的交点
如果轴比外壳温度高(TW>TG),轴在轴向和径向方向上比壳体膨胀得更多。因此,在任何情况下,X布置中设定的间隙都会减小(假设以下前提条件:轴和外壳的材料相同)。
使用圆锥滚子轴承调整轴承布置 X排列 R=圆锥滚子顶点 S=接触锥顶点 |
如果滚子锥形顶点R在某一点重合,则轴向和径向热膨胀相互抵消,并保持间隙设定
如果内圈重叠且轴承间距较小,则径向膨胀对轴承间隙的影响大于轴向膨胀,轴向间隙减小。在调整轴承时必须考虑到这一点
在第三种情况下,滚子内圈不重叠,轴承间距较大,径向膨胀对轴承间隙的影响弱于轴向膨胀,轴向间隙增加
调整后的轴承呈O形排列,滚子锥形顶点重合 R=圆锥滚子顶点 S=接触锥顶点 |
调整后的轴承呈O形排列,滚子锥形顶点重叠 R=圆锥滚子顶点 S=接触锥顶点 |
调整后的轴承呈O形排列,滚子锥形顶点不重叠 R=圆锥滚子顶点 S=接触锥顶点 |
内圈还是外圈的调节取决于调节元件(如螺母和盖子)的可接近程度。由于要调整的轴承套圈必须易于移位,因此在这些注意事项中还必须注意轴承套圈的配合。
滑动座基本上只能在承受点荷载的套圈上使用。
调整后的轴承布置也可以通过使用弹簧预紧来实现,这种弹性调节方法可补偿热膨胀,也可以用于轴承装置在静止时有振动风险的情况。
通过弹簧垫圈调整轴承布置 ①深沟球轴承 ②弹簧垫圈(弹簧预紧) ③端盖 |
浮动轴承在其布置上基本类似于调整后的轴承布置。虽然在后一种情况下,当运行升温时,不需要间隙甚至预紧,但浮动轴承装置的轴向间隙s始终为十分之几毫米,具体取决于轴承尺寸。s值被定义为所需制导精度的函数,这样即使在不利的热条件下,轴承也不会受到轴向应力。
对于浮动轴承布置,几乎所有轴承类型都可以考虑,不得进行调整。例如深沟球轴承、自调心球轴承和调心滚子轴承,两个轴承中每个轴承的一个套圈(通常是外圈)都有一个滑动座。在具有圆柱滚子轴承NJ的浮动轴承布置中,可以在轴承内进行长度补偿。
圆锥滚子轴承和角接触球轴承不适用于浮动轴承布置,因为必须调整这些轴承才能正确运行。
浮动轴承布置 s=轴向位移距离(轴向间隙) ①深沟球轴承 ②调心滚子轴承 ③圆柱滚子轴承NJ |
滚动轴承必须根据其功能在径向、轴向和切向方向上位于轴上和壳体中。在径向和切向上,这是通过紧密配合实现的。然而,这只有在轴向的特定条件下才可能实现,因此滚动轴承通常通过形状配合进行轴向定位。
滚动轴承套圈必须在其整个圆周上得到良好支撑,以充分利用轴承的承载能力
套圈不得在其配合部件上蠕变,否则阀座表面会损坏
非定位轴承必须补偿轴和壳体长度的变化,因此一个套圈必须可轴向调节
轴承的安装和拆卸应无需大量工作
过盈配合导致内圈滚道的膨胀和外圈滚道的收缩。在选择配合时,必须考虑套圈中产生的应力和径向内部间隙的减小
轴承套圈在其圆周上的良好支撑需要刚性底座。套圈不得在其配合部件上蠕变的要求也需要牢固的底座。如果必须安装和拆卸不可分离轴承,则只能为一个轴承套圈实现紧密配合。在圆柱滚子轴承N、NU和滚针轴承的情况下,两个套圈都可以紧密配合,因为长度补偿发生在轴承内,并且套圈可以单独安装。通过紧密配合和内外圈之间的温差,轴承的径向内部间隙减小。在选择径向内部间隙时,必须考虑到这一点。
如果相邻结构使用铸铁或钢以外的材料,还必须考虑材料的弹性模量和不同的热膨胀系数,以实现刚性底座。对于铝制外壳、薄壁外壳和空心轴,如有必要,应选择更紧密的配合,以实现与铸铁、钢或实心轴相同的力锁定。
更高的载荷,尤其是冲击,需要具有更大过盈和更窄几何公差的配合。
仅支撑轴向载荷的轴向轴承不得径向导向(轴向圆柱滚子轴承除外,由于平面滚道,轴向圆柱滚子具有径向自由度)。在槽形滚道的情况下,这是不存在的,必须通过固定垫圈的松动座来实现。旋转垫圈通常选择刚性阀座。
在轴向轴承也支持径向力的情况下,如在轴向调心滚子轴承中,应以与径向轴承相同的方式选择配合。
配合零件的接触面必须垂直于旋转轴(总轴向跳动公差为IT5或更好),以确保所有滚动元件上的载荷分布均匀。
旋转条件表示一个轴承套圈相对于负载方向的运动,并表示为圆周负载或点负载
如果轴承套圈相对于负载方向(轴承套圈上的点负载)是静止的,则不会产生可能导致轴承套圈蠕变的力。为了提供更好的支撑,这里需要紧密配合,但也可以采用宽松配合,因为套圈不会有蠕变的风险。然而,本质上存在着发生微动腐蚀的风险。
如果存在松动配合,则相对于载荷方向(环上的圆周载荷)旋转的轴承套圈将在其座上滚动,从而沿圆周方向蠕变。如果存在冲击型负载,则套圈将滑动。在这两种情况下,都存在套圈座和配合件因微动腐蚀和磨损而损坏的风险。
轴承套圈可能的蠕变或滑动只能通过牢固的轴承座有效防止。
旋转条件 | 范例 | 示意图 | 荷载工况 | 配合 |
旋转内圈、静止外圈 | 带有重量负载的轴 | 内圈周向载荷和外圈点载荷 | 内圈:必须紧密配合,外圈:允许松配合 | |
恒定负载方向 | 带有重量负载的轴 | |||
固定内圈、旋转外圈 | 严重不平衡的轮毂轴承布置 | 内圈周向载荷和外圈点载荷 | 内圈:必须紧密配合,外圈:允许松配合 | |
负载方向随外圈旋转 | 严重不平衡的轮毂轴承布置 | |||
固定内圈、旋转外圈 | 客车前轮履带支重轮(轮毂轴承布置) | 内圈点载荷和外圈周向载荷 | 内圈:允许松配合,外圈:需要紧密配合 | |
恒定负载方向 | 客车前轮履带支重轮(轮毂轴承布置) | |||
旋转内圈、静止外圈 | 离心机、振动筛 | 内圈点载荷和外圈周向载荷 | 内圈:允许松配合,外圈:需要紧密配合 | |
负载方向与内圈一起旋转 | 离心机、振动筛 |
公差以ISO 286-1和ISO 286-2的ISO公差等级的形式定义。公差等级如“E8”,包括一个或两个外壳的大写字母或轴的小写字母(=基本偏差标识符,定义了相对于零线的公差位置“E”)和标准公差等级的等级号(定义了公差质量“8”)。最常见滚动轴承配合的示意如图所示
滚动轴承的轴和壳体配合 D=标称轴承外径 d=标称轴承孔径 tΔDmp=平均轴承外径的偏差(根据ISO 492) tΔdmp=平均轴承孔径的偏差(根据ISO 492) ①零线 ②外壳 ③轴 ④间隙配合 ⑤过渡配合 ⑥过盈配合 |
下表中包含了对正常安装和操作条件有效的轴和外壳公差的选择建议。如果适用特定要求,例如运行精度、平稳运行或运行温度,则可能出现偏差。因此,提高运行精度需要更接近的公差,例如标准公差等级5而不是6。如果在运行过程中内圈比轴更热,阀座可能会松动到不允许的程度。然后必须选择更紧密的配合,例如m6而不是k6。
在某些应用中,配合问题只能通过折衷的方式来解决。各个需求必须相互权衡,并选择能提供最佳整体解决方案的需求。
旋转条件 | 轴承类型 | 轴径 mm | 位移设备 | 轴公差等级 | |
over | incl. | 负载 | |||
内圈上的点载荷 | |||||
滚珠轴承、滚子轴承 | 所有尺寸 | 内圈容易移位 | g6 (g5) | ||
滚珠轴承、滚子轴承 | 所有尺寸 | 内圈不易移位,角接触球轴承和带调整内圈的圆锥滚子轴承 | h6 (j6) | ||
滚针轴承 | 所有尺寸 | 非定位轴承 | h6 (g6) | ||
内圈上的圆周载荷或独立方向载荷 | |||||
滚珠轴承 | |||||
- | 50 | 正常负载 | j6 (j5) | ||
50 | 100 | 低负载 | j6 (j5) | ||
50 | 100 | 正常和高负载 | k6 (k5) | ||
100 | 200 | 低负载 | k6 (m6) | ||
100 | 200 | 正常和高负载 | m6 (m5) | ||
200 | - | 低负载 | m6 (m5) | ||
200 | - | 正常和高负载 | n6 (n5) | ||
滚子轴承 | |||||
- | 60 | 低负载 | j6 (j5) | ||
- | 60 | 正常和高负载 | k6 (k5) | ||
60 | 200 | 低负载 | k6 (k5) | ||
60 | 200 | 正常负载 | m6 (m5) | ||
60 | 200 | 高负载 | n6 (n5) | ||
200 | 500 | 正常负载 | m6 (n6) | ||
200 | 500 | 高负载、冲击 | p6 | ||
500 | - | 正常负载 | n6 (p6) | ||
500 | - | 高负载 | p6 | ||
滚针轴承 | |||||
- | 50 | 低负载 | k6 | ||
- | 50 | 正常和高负载 | m6 | ||
50 | 120 | 低负载 | m6 | ||
50 | 120 | 正常和高负载 | n6 | ||
120 | 250 | 低负载 | n6 | ||
120 | 250 | 正常和高负载 | p6 | ||
250 | 400 | 低负载 | p6 | ||
250 | 400 | 正常和高负载 | r6 | ||
400 | 500 | 低负载 | r6 | ||
400 | 500 | 正常和高负载 | s6 | ||
500 | - | 低负载 | r6 | ||
500 | - | 正常和高负载 | s6 |
负载 | 轴承类型 | 轴径 mm | 工况 | 轴公差等级 | |
over | incl. | ||||
轴向载荷 | |||||
轴向深沟球轴承 | 所有尺寸 | - | j6 | ||
轴向深沟球轴承,双向 | 所有尺寸 | - | k6 | ||
带轴定位垫圈的轴向圆柱滚子轴承 | 所有尺寸 | - | h8 | ||
轴向圆柱滚子和保持架组件 | 所有尺寸 | - | h8 | ||
组合荷载 | |||||
轴向调心滚子轴承 | 所有尺寸 | 轴定位垫圈上的点载荷 | j6 | ||
轴向调心滚子轴承 | - | 200 | 轴定位垫圈的周向载荷 | j6 (k6) | |
轴向调心滚子轴承 | 200 | - | 轴定位垫圈的周向载荷 | k6 (m6) |
旋转条件 | 位移设备负载 | 工况 | 内孔公差等级 |
外圈上的点荷载 | |||
外圈容易移位,外壳未剖分 | 公差等级由所需的运行精度决定 | H7 (H6) | |
外圈容易移位,外壳剖分 | 公差等级由所需的运行精度决定 | H8 (H7) | |
外圈不易移位,外壳未剖分 | 要求运行精度高 | H6 (J6) | |
外圈不易移位,角接触球轴承和带调整外圈的圆锥滚子轴承,外壳剖分 | 正常运行精度 | H7 (J7) | |
外圈容易移位 | 通过轴输入热量 | G7 | |
外圈上的圆周载荷或独立方向载荷 | |||
低负载,外圈不能移位 | 运行精度要求高:K6、M6、N6、P6 | K7 (K6) | |
正常载荷,冲击,外圈不能移位 | 运行精度要求高:K6、M6、N6、P6 | M7 (M6) | |
高负荷,冲击(C0/P<6),外圈不能移位 | 运行精度要求高:K6、M6、N6、P6 | N7 (N6) | |
高负载,严重冲击,薄壁外壳,外圈不能移位 | 运行精度要求高:K6、M6、N6、P6 | P7 (P6) |
负载 | 轴承类型 | 工况 | 轴公差等级 |
轴向载荷 | |||
轴向深沟球轴承 | 正常运行精度 | E8 | |
轴向深沟球轴承 | 高运行精度 | H6 | |
带外壳定位垫圈的轴向圆柱滚子轴承 | - | H9 | |
轴向圆柱滚子和保持架组件 | - | H10 | |
轴向调心滚子轴承 | 正常负载 | E8 | |
轴向调心滚子轴承 | 高负载 | G7 | |
组合载荷,壳体定位垫圈上的点载荷 | |||
轴向调心滚子轴承 | - | H7 | |
组合载荷,壳体定位垫圈上的圆周载荷 | |||
轴向调心滚子轴承 | - | K7 |
对于没有内圈的轴承,使用包络圆尺寸Fw,是与外滚道无间隙接触的滚动元件的内切圆。未安装的机加工滚针轴承的包络圆在公差等级F6中,冲压外圈滚针轴承的包络圆在公差级别F8中。
包络圆 Fw=包络圆直径 ①滚动元件 ②外滚道 |
包络圆直径 Fw | 公差等级 F6 | 公差等级 F8 | |||
mm | 包络圆直径公差 Fw | 包络圆直径公差 Fw | |||
over | incl. | 上偏差 μm | 下偏差 μm | 上偏差 μm | 下偏差 μm |
3 | 6 | +18 | +10 | +28 | +10 |
6 | 10 | +22 | +13 | +35 | +13 |
10 | 18 | +27 | +16 | +43 | +16 |
18 | 30 | +33 | +20 | +53 | +20 |
30 | 50 | +41 | +25 | +64 | +25 |
50 | 80 | +49 | +30 | +76 | +30 |
80 | 120 | +58 | +36 | +90 | +36 |
120 | 180 | +68 | +43 | +106 | +43 |
180 | 250 | +79 | +50 | +122 | +50 |
250 | 315 | +88 | +56 | +137 | +56 |
315 | 400 | +98 | +62 | +151 | +62 |
400 | 500 | +108 | +68 | +165 | +68 |
为了实现所需的配合,轴承座以及轴和壳体孔的配合面必须符合某些公差
轴承座表面的几何公差和位置公差的指导值 t1=圆度公差 t2=平行度公差 t3=桥台台肩的总轴向跳动公差 t4=同轴度公差 |
轴和壳体上轴承座公差的精度以及ISO基本公差如下表所示。
轴(d2)上或壳体(d2)中的第二轴承座的位置公差t4取决于所使用的轴承类型和操作条件。
在剖分式壳体中,接头必须没有毛刺。轴承座的精度取决于所选轴承的精度。
轴承座表面的几何公差和位置公差的指导值
轴承公差等级 | 轴承座表面 | 基本公差等级 | ||||
符合 ISO 492 | 符合 DIN 620 | 直径公差 | 圆度公差 t1 | 平行度公差 t2 | 桥台台肩总轴向跳动公差 t3 | |
Normal 6X | PN (P0) P6X |
轴 | IT6 (IT5) | 周向载荷 IT4/2 | 周向载荷 IT4/2 | IT4 |
轴 | IT6 (IT5) | 点载荷 IT5/2 | 点载荷 IT5/2 | IT4 | ||
外壳 | IT7 (IT6) | 周向载荷 IT5/2 | 周向载荷 IT5/2 | IT5 | ||
外壳 | IT7 (IT6) | 点载荷 IT6/2 | 点载荷 IT6/2 | IT5 | ||
6 | P6 | 轴 | IT5 | 周向载荷 IT3/2 | 周向载荷 IT3/2 | IT3 |
轴 | IT5 | 点载荷 IT4/2 | 点载荷 IT4/2 | IT3 | ||
外壳 | IT6 | 周向载荷 IT4/2 | 周向载荷 IT4/2 | IT4 | ||
外壳 | IT6 | 点载荷 IT5/2 | 点载荷 IT5/2 | IT4 | ||
5 | P5 | 轴 | IT5 | 周向载荷 IT2/2 | 周向载荷 IT3/2 | IT2 |
轴 | IT5 | 点载荷 IT3/2 | 点载荷 IT3/2 | IT2 | ||
外壳 | IT6 | 周向载荷 IT3/2 | 周向载荷 IT3/2 | IT3 | ||
外壳 | IT6 | 点载荷 IT4/2 | 点载荷 IT4/2 | IT3 | ||
4 | P4 P4S SP |
轴 | IT4 | 周向载荷 IT1/2 | 周向载荷 IT1/2 | IT1 |
轴 | IT4 | 点载荷 IT2/2 | 点载荷 IT2/2 | IT1 | ||
外壳 | IT5 | 周向载荷 IT2/2 | 周向载荷 IT2/2 | IT2 | ||
外壳 | IT5 | 点载荷 IT3/2 | 点载荷 IT3/2 | IT2 | ||
4 | UP | 轴 | IT3 | 周向载荷 IT0/2 | 周向载荷 IT0/2 | IT0 |
轴 | IT3 | 点载荷 IT1/2 | 点载荷 IT1/2 | IT0 | ||
外壳 | IT4 | 周向载荷 IT1/2 | 周向载荷 IT1/2 | IT1 | ||
外壳 | IT4 | 点载荷 IT2/2 | 点载荷 IT2/2 | IT1 |
轴承座的粗糙度必须与轴承的公差等级相匹配。平均粗糙度值Ra不能太高,以便将干扰损耗保持在限制范围内。轴必须经过研磨,而孔必须经过精密车削。
轴承座公称直径 | 轴承座的推荐平均粗糙度值 | ||||
d (D) | Ra max | ||||
mm | μm | ||||
直径公差(IT级) | |||||
over | incl. | IT7 | IT6 | IT5 | IT4 |
‒ | 80 | 1,6 | 0,8 | 0,4 | 0,2 |
80 | 500 | 1,6 | 1,6 | 0,8 | 0,4 |
500 | 1250 | 3,2 | 1,6 | 1,6 | 0,8 |
下表显示了符合DIN ISO 286-1:2010的ISO基本公差(IT等级)的数值。
IT等级 | 标称尺寸(mm) | ||||||||
over | - | 3 | 6 | 10 | 18 | 30 | 50 | 80 | |
incl. | 3 | 6 | 10 | 18 | 30 | 50 | 80 | 120 | |
数值(μm) | |||||||||
IT01 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
IT0 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1 | 1,2 | 1,5 | |
IT1 | 0,8 | 1 | 1 | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 2 | 2,5 | |
IT2 | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 2 | 2,5 | 2,5 | 3 | 4 | |
IT3 | 2 | 2,5 | 2,5 | 3 | 4 | 4 | 5 | 6 | |
IT4 | 3 | 4 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | |
IT5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 9 | 11 | 13 | 15 | |
IT6 | 6 | 8 | 9 | 11 | 13 | 16 | 19 | 22 | |
IT7 | 10 | 12 | 15 | 18 | 21 | 25 | 30 | 35 | |
IT8 | 14 | 18 | 22 | 27 | 33 | 39 | 46 | 54 | |
IT9 | 25 | 30 | 36 | 43 | 52 | 62 | 74 | 87 | |
IT10 | 40 | 48 | 58 | 70 | 84 | 100 | 120 | 140 | |
IT11 | 60 | 75 | 90 | 110 | 130 | 160 | 190 | 220 | |
IT12 | 100 | 120 | 150 | 180 | 210 | 250 | 300 | 350 |
下表显示了符合DIN ISO 286-1:2010的ISO基本公差(IT等级)的数值。
IT等级 | 标称尺寸(mm) | ||||||||
over | 120 | 180 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | |
incl. | 180 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | 1000 | |
数值(μm) | |||||||||
IT01 | 1,2 | 2 | 2,5 | 3 | 4 | ‒ | ‒ | ‒ | |
IT0 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ‒ | ‒ | ‒ | |
IT1 | 3,5 | 4,5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
IT2 | 5 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 13 | 15 | |
IT3 | 8 | 10 | 12 | 13 | 15 | 16 | 18 | 21 | |
IT4 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 | 28 | |
IT5 | 18 | 20 | 23 | 25 | 27 | 32 | 36 | 40 | |
IT6 | 25 | 29 | 32 | 36 | 40 | 44 | 50 | 56 | |
IT7 | 40 | 46 | 52 | 57 | 63 | 70 | 80 | 90 | |
IT8 | 63 | 72 | 81 | 89 | 97 | 110 | 125 | 140 | |
IT9 | 100 | 115 | 130 | 140 | 155 | 175 | 200 | 230 | |
IT10 | 160 | 185 | 210 | 230 | 250 | 280 | 320 | 360 | |
IT11 | 250 | 290 | 320 | 360 | 400 | 440 | 500 | 560 | |
IT12 | 400 | 460 | 520 | 570 | 630 | 700 | 800 | 900 |
如果没有对轴承的运行精度提出更高的要求,则使用紧定套和退卸套。对于阀座,可以实现与IT等级7至9对应的直径公差,而几何偏差可以是该值的50%。
轴上锥形轴承座加工的指导值如下所示
此信息不适用于机床中的超精密圆柱滚子轴承(主轴轴承布置)。有关此主题的信息,请参阅目录超精密轴承。
锥形轴承座的几何公差和位置公差的指导值 B=轴承宽度 SL=L·锥度比(1:12,1:30) tΔSL′=锥角公差 t1=圆度公差 t6=垂直度公差=2/3·t2 z=推荐平均粗糙度 |
锥角tΔSL相对于轴承宽度B的公差可在下表中找到
轴承宽度 B (mm) | 锥角公差 tΔSL | ||||
从 | 至 | ||||
偏差 | |||||
over | incl. | 上 μm | 下 μm | 上 μm | 下 μm |
16 | 25 | +8 | 0 | +12,5 | 0 |
25 | 40 | +10 | 0 | +16 | 0 |
40 | 63 | +12,5 | 0 | +20 | 0 |
63 | 100 | +16 | 0 | +25 | 0 |
100 | 160 | +20 | 0 | +32 | 0 |
160 | 250 | +25 | 0 | +40 | 0 |
250 | 400 | +32 | 0 | +50 | 0 |
400 | 630 | +40 | 0 | +63 | 0 |
对于标称尺寸介于表中所列值之间的轴承宽度,应通过上偏差的插值来确定锥角公差tΔSL
对于长度为L的锥度,整个锥度的锥角公差tΔSL′适用
轴承宽度B=90 mm
锥度比1:12
锥度长度L=100 mm
因此,公差tΔSL′/2为0至+12μm。
为了计算锥度斜率SL(标称尺寸),锥度长度L乘以锥度比(1:12)
因此,SL/2的标称尺寸为4166mm;SL/2=4166+0012/0。
然后可以在图形中输入数据,如下所示
尺寸公差的图纸输入示例 |
d1′=120毫米
d2′=128345毫米
锥度斜率根据测量值计算,使用以下公式
因此,SL/2的值在公差范围内。
为了防止轴承套圈共同旋转,它们通过紧密配合径向固定。同时,套圈必须在两个方向上轴向定位,这样它们就不会发生横向蠕变。轴向蠕变不能仅通过紧密配合来防止,尤其是当径向轴承必须支撑大的轴向力时。因此,对于轴向定位,轴承套圈必须通过形状配合连接到轴或壳体上。
以下是在实践中证明的个别轴承布置(定位轴承布置、非定位轴承布置和调整/浮动轴承布置)和某些轴承类型中轴承套圈轴向位置的解决方案。各个轴承类型的具体功能在产品章节中介绍。
定位轴承通常也必须支持轴向力。事实证明,对于轴承套圈的轴向位置,凸肩、卡环、盖、盖、螺母等形状配合元件是有效的。
图中显示了可用作定位轴承并可支撑两个方向上的轴向力的轴承类型。箭头显示了轴向定位方法在各种类型的安装和轴承类型中执行的任务,例如深沟球轴承外圈和内圈两侧的轴向定位。
在定位轴承布置时,两个轴承套圈必须始终靠在两侧。紧固件必须与存在的轴向力的大小相匹配。
定位轴承中轴承套圈的轴向位置 =定位方式必须支持显著的轴向力 ①圆柱滚子轴承NUP ②深沟球轴承 ③调心滚子轴承 ④角接触球轴承对 ⑤双向轴向深沟球轴承 |
圆柱滚子轴承NUP和深沟球轴承支持交替的轴向力。因此,两个套圈必须轴向位于两侧。
调心滚子轴承作为定位轴承,必须支撑来自交替方向的轴向力。在这个例子中,内圈是通过一个退卸套来定位的。
这对角接触球轴承形成定位轴承,其中两个单列轴承在安装时相互调节。对于轴上的位置,适合使用可重新调整的紧固件,如螺母。
双向轴向深沟球轴承应视为一个封闭的轴承组。轴定位垫圈轴向位于两侧,而壳体定位垫圈分别位于一侧。为了在滚道槽中正确引导滚珠和保持架组件,通过调整壳体定位垫圈,轴承安装时无间隙。
非定位轴承只能承受轻微的轴向力。轴向定位方法只需要防止套圈的横向蠕变。实现这一点的最简单方法是紧密配合。在不可分离轴承的情况下,旋转轴承套圈具有紧密配合。另一个套圈由滚动元件轴向保持。
非定位轴承中轴承套圈的轴向位置 =定位方式必须防止套圈的轴向蠕变 =定位方式必须支持显著的轴向力 ①圆柱滚子轴承NU ②深沟球轴承 ③调心滚子轴承 ④滚筒轴承 ⑤两个单列角接触球轴承,成对调整 |
圆柱滚子轴承NU的设计使得内圈可以相对于滚子和保持架组件移位。因此,两个轴承套圈也必须固定,防止两侧出现轴向蠕变。
在深沟球轴承中,只有内圈被定位,而外圈由滚动元件轴向保持。
在调心滚子轴承和圆柱滚子轴承中,以及在角接触球轴承对中,外圈由滚动元件轴向引导。筒形滚子轴承的内圈位于带或不带紧定套的轴上。通过紧定套定位,可防止轴承横向蠕变。
在调整后的一对单列角接触球轴承中,内圈相互夹紧,从而不会因径向力的轴向分量而被迫分离。
安装在可调节和浮动布置中的轴承只能支撑一个方向上的轴向载荷;这也适用于单向轴向轴承。轴向力由轴或壳体肩部、卡环、盖等支撑。
角接触球轴承仅支持一个方向的轴向力。因此,轴承套圈只需要根据力的模式在每一侧上邻接。轴向分力由对称布置中的附加轴承支撑。在圆柱滚子轴承NJ中也存在类似的情况。
滚珠在轴向深沟球轴承中只有当轴承运行时没有间隙且具有足够的最小负载时,才能正确滚动。
如果轴是水平的,则必须提供另一个可调节轴承。这在高速情况下尤为重要。如果轴是垂直的,如果轴承在所有操作状态下都通过负载自由调节间隙,则可以省略相对轴承。
调整或浮动轴承布置中轴承中轴承套圈的轴向位置 =定位方式必须支持显著的轴向力 ①角接触球轴承 ②圆柱滚子轴承NJ ③轴向深沟球轴承 |
图中显示了轴承套圈位置的可能性,具体取决于轴承布置的设计和应用。
图中显示了中等额定功率电机中轴的轴承布置。
定位轴承A不仅受到径向力的作用,而且还受到交替方向的轴向力的作用。轴向力不是很高,并且不会以冲击型方式作用。因此,对于深沟球轴承的定位,通常使用刚性肩、盖、卡环或其他形状配合元件。相邻部件应需要很少的生产工作,安装和拆卸应易于进行。
非定位轴承B必须仅支持径向力。外圈夹在卡环和盖之间,内圈与轴紧密配合。
深沟球轴承和圆柱滚子轴承的轴向位置 A=定位轴承 B=非定位轴承 ①深沟球轴承 ②圆柱滚子轴承NU ③卡环 ④垫圈 ⑤端盖 |
小齿轮轴的轴承布置如图所示,承受较高的,偶尔是冲击型的径向力和轴向力。由于准双曲面齿组,小齿轮相对于冠状齿轮的精确轴向调整和刚性引导是必要的。
定位轴承A由从内部夹紧的圆锥滚子轴承对形成。由于间隔环布置在内圈之间,因此可以将轴螺母拧紧到一定的扭矩,而不会导致轴承布置的支撑。小齿轮相对于冠状齿轮的轴向位置是在安装时通过垫片设置的。
非定位轴承B必须仅支持径向力。由于力的大小,两个套圈都有紧密的配合。外圈一个环形槽中的卡环可牢固地防止轴承向左蠕变。轴承套圈的肋条代表了额外的安全性,防止向右蠕变。为了防止轴承装置堵塞,非定位轴承必须在内圈肋和滚子之间具有轴向间隙。
圆锥滚子轴承对和圆柱滚子轴承的轴向位置 A=定位轴承 B=非定位轴承 ①一对圆锥滚子轴承 ②圆柱滚子轴承 ③卡环 ④垫圈 ⑤垫片 ⑥轴螺母 |
图中的定位轴承在两个方向上都受到较高的轴向力,轴必须在轴向上无间隙地引导。
双向轴向深沟球轴承的轴定位垫圈和圆柱滚子轴承的内圈通过端垫圈轴向夹紧。轴向深沟球轴承通过插入配合的中间环进行无间隙调整。
轴向深沟球轴承和圆柱滚子轴承的轴向位置 ①轴向深沟球轴承壳体定位垫圈,双向 ②圆柱滚子轴承NU ③垫圈 ④中间环插入配合 ⑤端部垫圈 ⑥轴向深沟球轴承轴定位垫圈 |
图中显示了输送机滑轮的定位轴承。为了方便地安装和拆卸轴承,使用了一个退卸套来定位内圈,该内圈是使用液压安装方法压入的。退卸套上的锥形是自保持的。端盖仅用作固定器。
带退卸套的调心滚子轴承的轴向位置 ①调心滚子轴承 ②密封盖 ③退卸套 ④端盖 ⑤带迷宫式通道的隔套 |
垂直轴由径向深沟球轴承径向引导,并由轴向深沟球轴承轴向支撑。卡环与碟形弹簧一起起作用,在工作压力不向下时提供预紧并防止提升。当压平时,碟形弹簧与卡环之间存在一些轴向间隙。这样可以更容易地安装卡环。
带垂直轴的轴向和径向深沟球轴承的轴向位置 ①径向深沟球轴承 ②轴向深沟球轴承 ③卡环 ④碟形弹簧 |
图中的定位轴承必须支持高径向负载。当紧定套拧紧时,会使光滑轴上的轴承紧密配合,从而防止轴向蠕变。
带紧定套的调心滚子轴承的轴向位置 ①调心滚子轴承 ②带止动垫圈的锁紧螺母 ③紧定套 |
图中不仅存在较高的径向力和轴向力,而且还会出现倾斜力矩。外圈紧密配合。在这些类型的轮毂轴承布置中,外圈上有周向载荷。轴承组的轴向间隙通过固定螺母设置,在固定螺母处,外轴承的松配合内圈发生位移。
圆锥滚子轴承对的轴向位置 ①圆锥滚子轴承对,O型布置 ②固定螺母 |
图中的示例显示了小型电动机中常用的轴承布置。轴承不承受高负载,速度在中等范围内。径向载荷很小,并且只能在轴向方向上支撑导向力。
深沟球轴承的内圈与轴颈紧密配合,并紧靠轴肩。外圈有一个滑动座。弹簧垫圈安装在右侧轴承的外圈和盖套圈之间。轴承通过张紧弹簧进行轴向调整。实现了特别平稳的运行。
图中显示了重型支撑滚子的轴承布置。轴承承受较高的径向载荷。此外,摩擦力轴向作用在支撑辊的外表面上。不需要紧密的轴向引导,因此可以选择浮动轴承布置。在此过程中,外圈的横向运动受到壳体中的接触的限制。两个壳体都是分开的。轴向位移距离s可以在去除上部的情况下测量。
两个调心滚子轴承的轴向位置 s=轴向位移距离 ①调心滚子轴承 ②密封盖 ③带迷宫式通道的隔套 |
在没有内圈的滚动轴承中,滚动元件直接在轴上运行,而在没有外圈的轴承中,它们直接在壳体孔中运行。因此,轴或壳体孔必须制成滚动轴承滚道,注意事项包括钢材、表面硬度和硬化深度
滚道必须没有波纹和精密加工(研磨和珩磨);有关滚道的设计,请参阅产品章节。
轴和壳体的配合对滚动轴承的轴承和工作间隙有相当大的影响;在确定公差时必须考虑到这一点。
根据ISO 683-17(100Cr6)适合作为直接轴承布置中滚动轴承滚道的材料。这些也可以是表面层硬化。
表面硬化钢必须符合DIN EN ISO 683-17(17MnCr5、18CrNiMo7-6)或EN 10084(16MnCr5)。
对于火焰和感应淬火,必须使用符合DIN EN ISO 683-17的钢材(C56E2、43CrMo4)或DIN 17212(Cf53)。
硬度值适用于滚道、轴向垫圈和轴肩。通过表面硬化、火焰硬化或感应硬化的钢必须具有670 HV至840 HV的表面硬度和足够的硬化深度CHD或SHD。
表面硬化钢的必要表面硬化深度CHD根据下面的公式计算,而用于感应表面层硬化的钢的必要表面硬化深度SHD亦根据下面的公式计算
根据DIN EN ISO 15787:2010,硬化深度是指仍具有550 HV1硬度的硬化表面区域的深度。它是在精加工轴上测量的,必须符合规定值,但在任何情况下都必须≥0.3 mm。
用于确定最小硬度深度的近似值可以用如下方程式计算,存在的载荷的参考值是根据变形能量假设(DEH)的等效应力,作为滚动元件直径Dw和载荷大小的函数。
CHD | mm | 表面硬化深度 |
Dw | mm | 滚动元件直径 |
局部硬度必须始终高于局部必需硬度,该硬度可以根据等效应力计算。
表面硬化深度和硬度分布 HV=维氏硬度 z=接触面下的深度 ①必要硬度(等效应力剖面) ②实际硬度剖面 |
用于计算表面硬化深度SHD。
SHD | mm | 表面硬化深度 |
Dw | mm | 基材屈服点 |
Rp0,2 | N/mm2 | 表面硬化深度 |
如果滚道满足滚动轴承材料的要求,但其硬度值小于670 HV(58 HRC),则轴承布置上的载荷不能高达轴承的全承载能力。为了确定承载能力,必须将轴承的基本额定动载荷C乘以折减系数fH,将基本额定静载荷C0r乘以折减因子fH0
滚道硬度降低时的动态硬度系数 fH=动态硬度系数 HV,HRC=表面硬度 |
滚道硬度降低时的静态硬度系数 fH0=静态硬度系数 HV,HRC=表面硬度 ①滚子 ②滚珠 |