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轴承配合目的、方法及选择的影响


[中华轴承网] 2020/5/7 作者:中华轴承网

什么是配合?

中华轴承分享,基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。根据使用的要求不同,孔和轴之间的配合有松有紧,国家标准规定配合分三类:间隙配合、过盈配合和过渡配合。

1)间隙配合

孔与轴配合时,具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合,此时孔的公差带在轴的公差带之上。见图1。

图1 间隙配合

2)过盈配合

孔和轴配合时,孔的尺寸减去相配合轴的尺寸,其代数差为负值为过盈。具有过盈的配合称为过盈配合。此时孔的公差带在轴的公差带之下。见图2。

图2 过盈配合

3)过渡配合

可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠。见图3。

图3 过渡配合

轴承配合

滚动轴承是一种标准化部件,具有摩擦力小、容易起动及更换简便等优点。我们在日常维修或从事机械设计时,合理、正确选择轴承配合是至关重要的。

轴承配合的目的

轴承配合的目的在于使轴承内圈与轴或外圈与外壳牢固地固定,以免在相互配合面上出现不利的周向滑动。

这种不利的周向滑动(称做蠕变)会引起异常发热、配合面磨损、磨损铁粉侵人轴承内部、振动等各种问题,使轴承不能充分发挥作用。

因此对于轴承来说,由于带负荷旋转,一般必须让套圈带上过盈使之牢固地与轴或外壳固定。

轴及外壳的尺寸公差与配合

公制系列的轴径及外壳孔径的尺寸公差已由JIS B 0401-1以及-2《尺寸公差与配合方式-第1部分、第2部分》(以ISO 为基准制定)标准化,从中选定尺寸公差即可确定轴承与轴或外壳的配合。轴径及外壳孔径的尺寸公差与0级公差等级轴承的配合的关系如图4所示。

图4 轴颈及外壳孔径的尺寸公差与配合的关系(0级公差等级轴承)

轴承常见的配合方法

轴承常见两种配合方法,分别为:压入配合和加热配合。

1)压入配合

轴承内圈与轴使紧配合,外圈与轴承座孔是较松配合时,可用压力机将轴承先压装在轴上,然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内,压装时在轴承内圈端面上,垫一软金属材料做的装配套管(铜或软钢),装配套管的内径应比轴颈直径略大,外径直径应比轴承内圈挡边略小,以免压在保持架上。轴承外圈与轴承座孔紧配合,内圈与轴为较松配合时,可将轴承先压入轴承座孔内,这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时,安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔,装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。

2)加热配合

通过加热轴承或轴承座,利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装,热装前把轴承或可分离型轴承的套圈放入油箱中均匀加热80-100℃,然后从油中取出尽快装到轴上,为防止冷却后内圈端面和轴肩贴合不紧,轴承冷却后可以再进行轴向紧固。轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时,采用加热轴承座的热装方法,可以避免配合面受到擦伤。用油箱加热轴承时,在距箱底一定距离处应有一网栅,或者用钩子吊着轴承,轴承不能放到箱底上,以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热,油箱中必须有温度计,严格控制油温不得超过100℃,以防止发生回火效应,使套圈的硬度降低。

轴承配合的选择及影响

轴承选择配合时,应充分考虑轴承的使用条件,主要有:负荷的性质与大小;运转时的温度分布;轴承内部游隙;轴与外壳的加工精度、材料及壁厚结构;安装与拆卸的方法;是否需要利用配合面吸收轴的热膨胀;轴承的形式与尺寸。

1)负荷性质的影响

轴承负荷根据其性质可分为内圈旋转负荷、外圈旋转负荷和不定向负荷,其与配合的关系如表1所示。

表1 轴承负荷性质以及配合

2)负荷大小的影响

内圈在径向负荷作用下,半径方向既被压缩又有所伸张,周长趋于微小增加,因此初始过盈将减少。

过盈减少量可由下式计算:

因此,当径向负荷为重负荷(超过Co值的25%)时,配合 必须比轻负荷时紧。若是冲击负荷,配合必须更紧。

3)配合面粗糙度的影响

若考虑配合面的塑性变形,则配合后的有效过盈受配合面加工精度的影响,近似地可用下式表示。

4)温度的影响

一般来说,运转时的轴承温度高于周边温度,而且轴承带负荷旋转时,内圈温度高于轴温,因此热膨胀将使有效过盈减少。

现设轴承内部与外壳周边的温差为⊿t,则不妨可假定内圈与轴在配合面的温差近似地为(0. 10~0. 15)⊿t。

因此温差产生的过盈减少量⊿dt可由下式计算:

因此,当轴承温度高于轴温时,配合必须紧。

另外,在外圈与外壳之间,由于温差、线膨胀系数不同,相反过盈量会增大。因此在考虑利用外圈与外壳配合面之间的滑动来吸收轴的热膨胀时,需要加以意。

5)配合产生的轴承内的最大应力

轴承采用过盈配合安装时,套圈会伸张或收缩,从而产生应力。应力过大时,套圈会发生破裂,需要加以注意。配合产生的轴承内的最大应力可由表2算式计算。

表2  配合产生轴承内的最大应力

作为参考值,最大过盈量不超过轴径的1/1000,或由表2算式计算出的最大应力∂不大于120 MPa为安全。

6)其他

安装精度要求特别高时,应提高轴及外壳的精度。但一般来说,外壳比轴难加工,精度也低,因此放松外圈与外壳的配合为宜。

采用中空轴及薄壁外壳时,配合应比通常紧。

采用双半型外壳时,应放松与外圈的配合。另开段对于铸铝等轻合金外壳,配合应比通常紧一些。

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