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第12讲 轴承的选择方法(其5)~“轴承的预紧和刚性”~

来源: 发布日期:2020-03-16 13:05

轴承的选择方法(其4)中介绍了“轴承的极限转速、精度和配合”。

轴承的选择方法
(其1)~“轴承的选择步骤”和“种类”~ 轴承的选择方法
(其2)~“轴承排列的确定方法” 轴承的选择方法
(其3)~“轴承的尺寸和寿命”~ 轴承的选择方法
(其4)~“轴承的极限转速、精度和配合”~

此次将介绍确认所选轴承种类是否妥当的要点“轴承的预紧和刚性”。


大多轴承在运转时会留出微小的“游隙”。但是,根据用途,有时也会预先施加轴向负荷,在组装轴承时制造负游隙进行使用。这种使用方法称为预紧。
此次将介绍与预紧和刚性有关的内容。

 

1. 预紧的目的

表2中为向轴承施加预紧的目的和用途示例。
 


(*1)机床主轴及高速旋转用角接触球轴承:
关于轴承的用途(下篇)~产品制造中使用的轴承~
(*2)汽车用差动齿轮:
关于轴承的用途(上篇)~轴承在汽车中的使用部位~
本次专栏将以提高旋转精度及刚性为目的的预紧作为例子进行介绍。

2. 施加预紧时轴承滚动体的接触状态和轴心(轴的中心)位置的变位量

轴承有内部游隙以及施加预紧时,滚动体和滚道圈的接触状态有所不同。下面以径向轴承为例,对接触状态进行说明。

1)轴承有内部游隙时

轴承有内部游隙时,离承受负荷的方向最近的滚动体会承受较大的负荷。
这种负荷会使滚道圈与滚动体接触的部位产生微小弹性变形。弹性变形在负荷消失时可复原,变形消失(参见图1)。
 


 

另一方面,承受负荷的方向的另一侧的滚动体不承受负荷,因此不产生弹性变形(参见图2)。


这种因滚动体位置不同而导致的弹性变形差异,会使轴承的轴心(轴的中心)位置发生细微变化[参见图3a)]。
此外,负荷方向发生变化时,轴心也会移动,从而导致振动发生。

2)向轴承施加预紧时
施加预紧时,轴承的内部游隙变为负,会有更多的滚动体与内圈和外圈接触,从而使滚道圈和滚动体接触位置的弹性变形量之差变小。
这样,轴承轴心位置的变化量也会变小[参见图3b)]。
 


 



如此通过对轴承施加预紧以减少轴心位置的变化量,可以提高轴的刚性。
此外,滚子轴承因负荷产生的弹性变形量要小于球轴承。因此,滚子轴承的轴心位置变化量也较小,可以实现更高的刚性。


3. 预紧的方法

施加预紧的方法有定位预紧和定压预紧(参见表3)。
 

下面是不同预紧方式的结构(参见图4及图5)。

 

 


4. 轴承的组合

角接触球轴承及圆锥滚子轴承的组合方法

角接触球轴承及圆锥滚子轴承采用施加轴向负荷进行预紧。
这种情况下多采用背面组合(参见图6)。
这是因为背面组合时作用点位置尺寸较大,轴心的变化量较小(刚性高)。
 


5.预紧和刚性的关系

向轴承施加负荷时,滚道圈与滚动体接触的部位会产生弹性变形。因此,随着负荷的增大,轴承的变位量也会增大。
角接触球轴承及圆锥滚子轴承根据所选轴承的轴向负荷(预紧)和轴向变位量(刚性)的关系,来施加预紧所需要的轴向负荷(参见图7)。

 

 
详情请参阅以下内容。
滚动轴承综合产品目录 -预紧和刚性
机床用精密滚动轴承 - 轴承的刚性和预紧


6. 预紧量

1)预紧量设定的注意事项

预紧量需要考虑转速、润滑条件等正确设定,这非常重要。
预紧量大,轴承的刚性会提高,但会对寿命、温度升高等产生较大影响。

2)机床主轴用轴承的预紧量(例)

关于机床主轴用的高精度组合角接触球轴承,JTEKT是以组合状态供货的(参见图8)。

 


对于这种高精度组合角接触球轴承,为了便于用户根据用途自由选择适当的预紧量,JTEKT推荐了微预紧(S)、轻预紧(L)、中预紧(M)、重预紧(H)4种标准预紧量(参见表4)。
 

滚动轴承综合产品目录 - 预紧量



总结

为提高旋转精度或刚性,有时会对轴承施加预压。

1.预紧的方法有定位预紧和定压预紧,可根据用途选择。

2.背面组合角接触球轴承及圆锥滚子轴承根据轴向负荷(预紧)和轴向变位量(刚性)的关系,来给予轴承适当的刚性。

3.预紧量应在不会对寿命、温度升高等产生负面影响的范围内设定。预紧过大,温度升高会加剧,有可能损伤(烧伤)轴承,因此重要的是选择适合的预紧量。

 

 



 

 


 

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