轴承的预载荷计算

轴承的预载荷

根据应用场合，有必要在轴承配置中加入正的或负的工作游隙。在大多数应用场合，工作游隙应是正的，即在运行时，轴承应有剩余游隙，尽管很小，见“轴承的内部游隙”一节。

但是在很多情况下，例如机床主轴轴承、汽车车轴传动器上的小齿轮轴承、小型电动机轴承配置或作摇摆运动的轴承配置，需要负的工作游隙，即要加预载荷，来提高轴承配置的刚性或提高运行精度。在空载或极轻负荷条件下与高速度运行的轴承，也建议应用预载荷，例如使用弹簧加压。在这些情况下，预载荷起到为轴承提供最低负荷的作用，防止因滚动体打滑而造成轴承损坏，见“要求的最低负荷 ”。

轴承的预载荷--预载荷的种类

根据轴承类型不同，预载荷可以是径向或轴向的。例如，圆柱滚子轴承由于其设计特点只能承受径向预载荷，而推力球轴承与圆柱滚子推力轴承则只能承受轴向预载荷。单列角接触球轴承与圆锥滚子轴承 (图35)

一般要跟另一个同样类型的轴承一起背对背（a）或面对面（b）配置安

装，这类轴承要加轴向预载荷。深沟球轴承通常也要用轴向预载荷，要这样做，轴承的径向内部游隙应比正常值的要大（例如C3），这样，像角接触球轴承的情况一样，可以产生大于零的接触角。

对于圆锥滚子轴承与角接触球轴承来说，在轴承背对背布置时，其压力中心之间的距离L大于轴承中心之间的距离I（图36），在面对面布置时（图37），

L小于I。这就是说背对背布置的轴承即使轴承中心距离较短，也能够承受较大的倾覆力矩。这类轴承中由力矩负荷产生的径向力以及所造成的轴承变形比面对面布置的轴承要小些。

如果在运行中轴的温升比轴承座高，根据安装过程中的环境温度而调整（设定）的预载荷将会增加，面对面布置的增加量大于背对背布置的增加量。在两种情况下，径向热膨胀都起到减少游隙或增加预载荷的作

用。当轴承面对面布置时，径向热膨胀会增加这种趋势，而背对背布置时，则会减少这种趋势。仅就背对背布置来说，轴承之间有一定距离，当轴承与相关部件的热膨胀系数相同时，径向与轴向热膨胀会相互抵消，因此预载荷不会改变。

轴承的预载荷--轴承预载荷的作用

提高刚性

降低运行噪音

提高轴引导精度

补偿运行中的磨损和沉降（下沉）过程，并提供较长的使用寿命。

高刚性

轴承刚性（单位为千牛顿/微米）的定义为：作用在轴承上的力同轴承中弹性变形的比例。预载荷轴承由载荷引起的弹性变形在一定的载荷范围内比无预载荷轴承小。

无噪音运转

轴承的运行游隙越小，滚动部件在无载荷区的引导就越好，轴承在运行中的噪音就越小。

精确的轴引导

预载荷轴承提供更精确的轴引导，因为预载荷限制了轴在载荷下的弯曲能力。例如，由于预载荷小齿轮和差动轴承而得以利用的更精确的引导和提高的刚性意味着，齿轮啮合将保持精确一致，额外的动态力会降到最低。结果运行噪音小，齿轮啮合经久耐用。

磨损和沉降的补偿

轴承配置在运行中的磨损和沉降过程会增加游隙，但这可以用预载荷补偿。

经久耐用

在一些应用中，预载荷轴承配置可提高运行可靠性并延长使用寿命。

程度适当的预载荷可对轴承的载荷分布产生有利影响从而有利于延长使用寿命，请参见“保持适当的预载荷”一节。

轴承预载荷--决定预载荷力

预载荷可表示为一个力或一个路径（距离），尽管预载荷力是主要规格系数。根据调整方法，预载荷还同轴承中的摩擦扭矩有间接关系。

最佳预载荷的经验值可从经过验证的设计中取得，并可用于相似设计。对于新的设计，SKF建议计算预载荷力并通过试验检查其准确性。一般来说，因为实际上不了解所有对实际运行有影响的因素，所以在实践中可能需要进行更正。计算的可靠性首先取决于关于运行中温度条件以及相关部件- 最重要的是轴承座- 的弹性表现的假定同实际情况的吻合程度。

决定预载荷时，首先应计算提供刚性、轴承寿命和运行可靠性的最佳组合所需要的预载荷力。然后，计算在安装中调整轴承时要使用的预载荷力。安装时，轴承应处于环境温度下，而且无运行载荷。

正常运行温度下适当的预载荷取决于轴承的载荷。角接触球轴承或圆锥滚子轴承可同时承受径向和轴向载荷。在径向载荷下，轴承中会产生作用于轴向的力，一般要由第二个轴承承受，而该轴承面向与第一个轴承相反的方向。一个轴承圈相对于另一个轴承圈的纯径向位移意味着轴承圆周的一半（即滚动部件的一半）承受载荷，在轴承中产生的轴向力为F a = 0,5 F r/Y

其中F r为轴承的径向载荷（图38）。

轴向系数Y的数值见产品表。

当单个轴承要承受径向载荷F r时，如要达到基本载荷额定值（载荷轴承圆周的一半）的必要条件，就必须施加上述强度的外部轴向力F a。如果施加的外力较小，支撑载荷的滚动部件数量就会较少，轴承的载荷能力就会相应降低。

在由两个单列角接触球轴承或两个圆锥滚子轴承背对背或面对面组成的轴承配置中，每个轴承都必须承受来自另一个轴承的轴向力。两个轴承相同时，径向载荷作用于两个轴承的中心，如果轴承配置调整为零游隙，一半滚动部件承受载荷时就可自动达到载荷分布。在其它载荷情况下，特别是在有外部轴向载荷时，可能需要对轴承加预载荷，以补偿考虑到轴向载荷，由于轴承弹性变形造成的游隙，并在无轴向载荷的另一个轴承上达到更有利的载荷分布。

预载荷还增加轴承配置的刚性。考虑刚性时，应记住刚性不仅受到轴承弹性的影响，而且受到轴和轴承座弹性、轴承圈的安装配合以及应力场中所有其它部件包括支座的弹性变形的影响。这些因素都对整个轴系统的弹性有相当的影响。轴承的轴向和径向弹性取决于内部设计，即接触条件（点接触或线接触）、滚动部件的数量和直径以及接触角度；接触角度越大，轴承的轴向刚性就越高。

如果作为初步估计，假定存在弹性对载荷的线性依赖关系，即弹簧恒比，则对比显示，在相同外部轴向力K a作用下，预载荷轴承配置的轴向位移比无预载荷轴承配置的轴向位移小（图解2）。