螺柱式凸轮随动器安装指南：载荷、配合、润滑与常见错误

A 螺柱式凸轮随动器 结构看似简单，由滚轮、一体式螺柱、螺母和安装孔组成。然而在实际应用中，安装方式会直接影响载荷分布、螺柱弯曲、轨道接触、润滑状态以及使用寿命。

最关键的一点往往容易被忽视：

螺柱式凸轮随动器并不只是装有螺栓的轴承。螺柱本身就是载荷传递路径的一部分。

当随动器作为悬臂安装的轨道滚轮运行时，径向载荷依次通过外圈、滚动体、轴承结构、螺柱、安装肩部和机架传递。因此，即使轴承样本中的额定动载荷看似足够，安装孔加工不良、肩部支撑不足、悬伸量过大或紧固扭矩不正确，仍可能导致失效。

SKF 明确指出，凸轮随动器的外圈与轨道之间接触面积有限；而常规轴承的外圈则由轴承座完全支撑。因此，SKF 在传统基本额定载荷之外，另行给出了最大径向载荷值。

本指南将说明如何识别螺柱式凸轮随动器、选择合适的结构、在避免螺柱弯曲的前提下完成安装、保护润滑通道，并规避最常见的安装错误。

什么是螺柱式凸轮随动器？

螺柱式凸轮随动器，也称为螺柱式轨道滚轮，是一种设计用于直接在凸轮、轨道、导向槽或配合滚道上运行的滚动轴承。

与标准轴承不同，其内圈由一体式螺柱替代。

典型结构包括：

• 外圈——与轨道接触的部件。

• 滚动体——通常为滚针或圆柱滚子。

• 螺柱——与轴承集成的一体式轴杆。

• 肩部或法兰——用于在轴向上将随动器支撑并定位于安装表面。

• 螺纹端——穿过机体构件并用于安装螺母。

• 润滑通道——根据结构不同，润滑脂可通过螺柱头部、螺纹端或径向油道进入。

• 驱动结构——用于在安装过程中防止螺柱转动的内六角孔或一字槽。

• 密封件或防尘盖——视结构设计和运行环境而定。

具体结构会因制造商和系列而异。例如，SKF KR 型设计可根据尺寸和配置采用一字螺钉槽或六角凹孔；而 KRE 等偏心结构则通过偏心套环进行调整。SKF 还会针对不同设计标明不同的润滑通道。

安装前应确认哪些要素？

在安装螺柱式凸轮从动件之前，至少应确认以下六项特征：

一条实用的工程原则是：

在仅依据额定载荷选型之前，应先明确完整的螺柱与轨道系统工况。

为何螺柱式凸轮从动件的安装方式不同于普通轴承安装

普通径向轴承通常安装在轴承座内，由轴承座在外圈大部分圆周上提供支撑。

而螺柱式凸轮从动件并不具备这样的安装条件。

该从动件通常以外圈与较窄的轨道接触方式运行，而由螺柱在单一安装点承受并传递由此产生的载荷。

因此会带来两个独立的工程问题：

问题 1：轴承是否能够承载该载荷？

这取决于以下因素：

• 额定动载荷，

• 额定静载荷，

• 最大允许径向载荷，

• 疲劳极限载荷，

• 转速，

• 润滑，

• 所需寿命，

• 冲击与振动。

问题2：安装系统能否承受载荷？

这取决于以下因素：

• 螺柱直径，

• 螺柱材料与强度，

• 安装孔配合，

• 肩部支撑，

• 安装板厚度，

• 悬伸长度，

• 螺母预紧力，

• 弯矩，

• 局部应力集中，

• 机架刚度。

这两个极限值不能混用。

SKF 明确公布了凸轮从动件的基本额定载荷和最大径向载荷两类数据。例如，在某一份 SKF D52 系列表中，KR 52 PPA 的基本动额定载荷为 15.7 kN，而最大动径向载荷为 36 kN；KRV 52 PPA 的动额定值为 20.9 kN，最大径向载荷为 45 kN。这些数值属于不同的工程参数，不应视为可互换。

如何安装螺柱式凸轮从动件而不致使螺柱弯曲？

这是安装过程中最重要的问题之一。

简而言之：

应正确支撑螺柱，尽量减小安装孔间隙，确保肩部完全贴合，使载荷尽可能靠近受支撑部位，并按制造商规定的扭矩拧紧螺母。

不要将螺柱当作普通螺栓，简单地按越紧越好的方式进行拧紧。

3.1 采用正确的安装孔配合

SKF 对安装螺柱所通过的孔径规定采用 H7 安装孔公差。SKF 还指出，承受冲击载荷的凸轮从动件应安装到螺柱与孔座之间无间隙的状态。若无法达到推荐的拧紧扭矩，SKF 建议采用过盈配合。

NTN 也给出了类似的一般建议：

NTN 进一步建议，在存在冲击载荷时，应尽量减小螺柱与孔之间的间隙。

这一点十分重要，因为过大的间隙会使螺柱相对于安装板发生位移。

这种位移可能引发：

• 局部冲击载荷

• 微动磨损

• 台肩接触不均

• 螺柱弯曲

• 松动

• 滚子与轨道之间的对中状态发生变化

不要一律采用过盈配合

过盈配合并非通用解决方案。

正确的配合方式取决于制造商的结构设计和实际应用工况。对于标准应用，应遵循制造商规定的孔公差；对于冲击载荷或预紧不足的工况，在更改配合方式之前，应先查阅具体样本中的说明。

肩部是承载面，而不是隔离垫面

常见错误是只关注螺纹段，而忽略肩部的承载作用。

肩部必须与安装面实现可靠接触。

SKF 规定，压装在螺柱杆部上的法兰环应在其整个侧面上获得轴向支撑，支撑面的尺寸应符合制造商规定的直径。

NTN 同样对安装面高度提出了要求，并建议侧面实现精确贴合。

良好的安装面应具备以下条件：

• 足够的面宽

• 适当的厚度

• 良好的平面度

• 正确的孔径

• 合适的边缘倒角

• 无毛刺

• 在预紧力作用下不产生变形

安装面不应仅与肩部的小部分区域接触。

如果肩部仅获得局部支撑，螺柱就可能承受额外弯曲，安装面也可能发生变形。

悬臂长度：螺柱弯曲的隐性来源

螺柱凸轮随动器通常采用悬臂式安装。

这意味着，有效载荷作用平面与支撑肩部之间的距离会形成弯矩。

简化的工程关系如下：

弯矩 ≈ 径向载荷 × 有效悬伸长度

在相同径向载荷下，有效悬臂越长，弯矩越大。

由此可得出一项重要的选型原则：

选择螺柱式凸轮从动件时，不能只依据径向载荷，还应核实载荷作用点相对于安装肩部的位置。

例如，设有两种安装方式，二者承受相同的 5 kN 径向载荷。

安装方式 A

• 径向载荷 = 5 kN

• 有效悬臂 = 10 mm

近似弯矩：

M = 5 × 10 = 50 N·m

安装方式 B

• 径向载荷 = 5 kN

• 有效悬臂 = 30 mm

近似弯矩：

M = 5 × 30 = 150 N·m

两者的径向载荷相同，但弯矩约高出三倍。

这也解释了为何即使轴承本体看似具有足够的承载能力，螺柱仍可能发生失效。

对于关键工况，应结合制造商提供的几何参数和材料数据核算螺柱的实际应力，不宜仅依赖这一简化关系。

应考虑哪些载荷？

螺柱式凸轮从动件承受的并不只有单一类型的载荷。

至少应评估以下载荷：

1. 径向载荷

这通常是主要载荷。

2. 冲击载荷

例如包括：

• 分度机构

• 冲压机械

• 凸轮驱动机构

• 机床滑台

• 包装设备

• 物料输送系统

冲击载荷会使原本在名义上可接受的配合变得不足以满足工况要求。

3. 滚道接触载荷

滚道本身可能成为限制性部件。

从动件可能具有较高的轴承额定载荷能力，但其配合滚道的硬度、厚度或接触面积不足。

4. 柱销弯曲载荷

其影响因素包括：

• 径向载荷

• 悬臂长度

• 安装支撑

• 孔隙间隙

• 机架刚度

5. 轴向力或偏斜影响

在某些应用中，当从动件发生横向移动或导轨未正确对中时，会产生附加力。

6. 动态效应

加速、减速、往复摆动和换向运动所产生的载荷，可能与简单的静态径向载荷计算结果存在显著差异。

轴承额定载荷与导轨额定载荷的区别

选型柱销式凸轮从动件时，最有效的方法之一是建立两组载荷对照栏：

NTN 的产品数据清楚说明了这一区别的重要性。例如，NTN KRV52X 的动额定载荷为 28.8 kN，静额定载荷为 61.0 kN，导轨额定载荷为 23.3 kN。

导轨额定值并不只是轴承动额定载荷的另一种称谓。

这代表负载传递路径中的另一部分。

工程要点

系统的实际承载能力取决于最薄弱的部件。

该部件可能是：

• 滚动体

• 外圈

• 螺柱

• 安装板

• 或滚道

圆柱外圈与凸面外圈：应如何选型？

螺柱式凸轮从动件的外表面通常采用圆柱形或凸面/球面设计。

选型应依据滚道几何形状及对中要求确定。

圆柱外圈

当滚道对中良好时，圆柱外圈可提供较宽且受控的接触几何形态。

典型应用包括：

• 精密加工滚道

• 平面导向面

• 受控直线运动

• 对接触宽度要求较高的应用

不过，圆柱滚子对不对中的容忍度较低。

凸面或球面外圈

在存在轻微角度不对中的情况下，凸面外圈可减轻边缘载荷。

典型应用包括：

• 对中不良

• 摆动机构

• 从动件无法与轨道始终保持完全平行的应用场合

• 接触几何关系不断变化的机构

NTN 将 CRV24H 等产品标识为采用凸面滚子和球面外圈的结构。

SKF 的产品系列同样按不同的外圈几何形状与结构设计进行区分。

简易选型原则

最终选型应始终以制造商针对具体系列发布的产品样本为准。

保持架滚子设计与满装滚子设计的比较

内部滚动体布置同样会改变性能平衡。

采用保持架的滚针设计通常摩擦更低，也更适用于较高转速工况。

满装设计配备更多滚动体，可提供更高的径向承载能力，但相应的代价通常是摩擦增大以及许用转速降低。

SKF 在其产品资料中给出了一个清晰示例：

• KR 52 PPA：额定动载荷 15.7 kN；极限转速 3,000 r/min

• KRV 52 PPA：额定动载荷 20.9 kN；极限转速 1,900 r/min

KRV 设计采用满装滚针，适用于更重的径向载荷；而 KR 设计则具备更高的转速能力。

这体现了一个重要的选型原则：

最大承载能力与最高转速往往是相互制约的设计目标。

不要机械地优先选择额定载荷最高的方案。

应使用多大的紧固扭矩？

并不存在适用于所有螺柱式凸轮从动件的统一紧固扭矩。

正确数值取决于以下因素：

• 螺柱直径

• 螺纹规格

• 螺柱材料

• 螺母类型

• 设计系列

• 安装形式

• 制造商技术规范

务必按照对应具体型号或系列规定的扭矩值进行紧固。

SKF 指出，应将随附螺母按推荐扭矩紧固，以充分发挥凸轮随动器的额定承载能力。在强振动工况下，SKF 建议采用适当的锁紧方式，并提示自锁螺母可能需要按照螺母制造商的建议采用更高的紧固扭矩。

NTN 同样警告，过大的紧固扭矩可能导致螺柱螺纹部分断裂。

具体型号示例

以下示例说明，笼统的“拧紧即可”指示并不安全：

这些数值取自 NTN Bearing Finder 产品记录，应视为具体型号的制造商数据，而非通用扭矩建议。

在批量装配中，应始终以当前制造商的尺寸表和安装说明为准，优先于辅助表或旧版样本。

正确的紧固顺序

可靠的安装顺序如下：

步骤 1：检查安装孔

检查：

• 直径

• 公差

• 圆度

• 毛刺

• 表面损伤

• 板厚

对于公制 NTN 带螺柱凸轮从动件，安装孔公差一般推荐采用 H7；英制系列则采用 F7。

步骤 2：检查肩部

确保肩部与安装表面实现完全、平整的接触。

步骤 3：确定润滑孔方向

紧固前，应先确认润滑通道的位置。

SKF 建议将润滑孔设置在凸轮从动件的非受载区。NTN 也给出相同的基本指导，并通过螺柱上的标记指示润滑孔位置。

步骤 4：装入螺柱

装入螺柱时不得施加冲击。

不得敲击螺柱端头。

SKF 和 NTN 均明确警告禁止采用冲击装配。

步骤 5：安装螺母

先用手将螺母旋入到位。

不要立即施加最大扭矩。

步骤 6：固定螺柱

使用配套的：

• 内六角孔

• 内六角扳手

• 螺丝刀槽

以防止螺柱转动。

步骤 7：按规定扭矩拧紧

应使用经校准的扭矩扳手。

不得凭手感估算扭矩。

步骤 8：验证转动是否灵活

拧紧后：

• 转动外圈

• 检查是否存在异常阻力

• 确认轨道对中是否正确

• 确认台肩仍完全贴合到位

安装后如何确保润滑口仍便于接近？

这是设计维护性时最容易被忽视的问题之一。

润滑口即使在结构上存在，若实际无法接近，也不能算作有效的润滑系统。

安装前，应明确以下事项：

设备装配完成后，黄油枪或注油接头将实际置于何处？

SKF 凸轮从动件的补脂路径会因结构设计而异。根据不同系列，润滑脂可通过螺柱头部、螺纹端，或经由径向孔与环形沟槽进行供给。部分设计对可采用的润滑方式存在限制。

NTN 也针对不同的螺柱位置和结构配置，提供相应的油嘴与堵塞件。

润滑可达性检查清单

最终紧固前：

• 已确认润滑口位置

• 润滑口布置在主承载区之外

• 注油接头安装正确

• 黄油枪操作空间充足

• 相邻部件未遮挡接近路径

• 未使用的润滑通道已装入堵塞件

• 如有需要，可接入集中润滑系统

• 已考虑后续维护可达性

一项实用的设计原则

润滑口的朝向应优先考虑维护人员的操作便利，而不仅仅满足装配图纸的要求。

如果润滑口被机架、防护罩、皮带轮或相邻轴承遮挡，维护将变得困难，并可能错过补脂周期。

润滑：密封式与可补脂式设计

不存在一种适用于所有工况的“最佳”润滑配置。

正确的选择取决于实际运行环境。

可补脂式凸轮从动件

优点：

• 可实现更长的潜在使用寿命

• 可更新润滑脂状态

• 适用于重载工况

• 适用于高负荷或污染环境

SKF 指出，运行于高速、污染或潮湿环境，或温度高于约 70 °C 的凸轮从动件，可能需要更频繁地补充润滑。满装滚子设计同样可能需要更频繁地补脂。

密封式凸轮从动件

优点：

• 维护工作量更低

• 更好的防污染保护

• 适用于难以接触加脂点的场合

例如，NTN 将 CRV24XLLH 列为双密封圆柱外圈凸轮从动件，其润滑脂极限转速为 4,800 rpm。

不过，并非所有应用都应直接选用密封式设计。

应综合考虑：

• 运行温度

• 转速

• 污染程度

• 预期使用寿命

• 维护通道

• 出厂润滑脂兼容性

常见错误 1：挡肩支撑不足

会产生什么后果？

挡肩未能与安装面完全贴合。

后果

螺柱可能承受额外弯曲载荷及局部接触应力。

预防措施

正确加工安装面，并确保挡肩完全贴合。

SKF 明确要求支承面对法兰套圈整个侧面提供支撑。

常见错误 2：孔径间隙过大

会产生什么后果？

螺柱可能在安装孔内发生窜动。

后果

• 微动磨损

• 冲击

• 偏斜

• 松动

• 弯曲加剧

预防措施

应采用规定的孔公差。

对于 NTN 公制设计，通常推荐采用 H7；在冲击工况下，需对螺柱与孔之间的间隙进行更严格控制。

常见错误 3：锤击螺柱

螺柱式滚轮从动件不应通过敲击螺柱头进行安装。

冲击可能造成以下部件损伤：

• 轴承

• 螺柱肩部

• 滚动体

• 滚道

• 密封组件

SKF 明确警告不得敲击螺柱头部。NTN 也指出，直接锤击从动轮缘会导致损伤并引发旋转失效。

应采用正确对中方式，并施加可控的装配力。

常见错误 4：仅依据额定动载荷选型

假设某一应用需要承受 20 kN 径向载荷。

工程师发现一只额定动载荷为 25 kN 的凸轮从动件，便认为选型已经完成。

事实并非如此。

工程师还应核查以下项目：

• 最大径向载荷

• 静载荷

• 轨道载荷

• 螺柱强度

• 悬臂长度

• 转速

• 冲击载荷

• 润滑条件

• 外圈几何结构

• 安装孔配合

这一点尤为重要，因为 SKF 将最大径向载荷值与基本额定动载荷和额定静载荷分别发布。

常见错误 5：堵住润滑口

即使轴承本身在技术上选型正确，安装后也可能演变为维护难题。

典型原因包括：

• 润滑口朝向机架

• 油嘴被防护罩遮挡

• 相邻部件阻挡注脂枪操作

• 螺柱方向错误

• 堵塞螺塞位置不当

解决方法很简单：

在最终装配前进行可达性检查。

SKF 建议将润滑孔布置在非受载区，NTN 也明确规定油孔位置应避开受载区域。

常见错误 6：紧固时允许螺柱转动

如果在拧紧螺母时螺柱发生转动，可能引发多种问题。

润滑孔的朝向可能发生变化。

偏心设置可能被改变。

螺柱可能无法保持在预定位置。

解决方法是利用设计中的驱动结构将螺柱固定住。

SKF 指出，较大的凸轮从动件采用六角凹孔，而部分较小规格则采用螺丝刀槽。

基于型号的实用安装检查清单

以下检查清单可根据不同的螺柱式凸轮随动器设计进行调整。

示例 A — NTN CR10X

NTN 为 CR10X 标注的扭矩值为 4 N·m，动载荷额定值为 4.05 kN，静载荷额定值为 4.20 kN。

示例 B — NTN KRV52X

这些数值说明，选型不能仅停留在轴承动载荷额定值上。所列轨道负荷额定值低于轴承动载荷额定值，因此轨道可能成为限制环节。

示例 C — NTN CRV24H

与轴承动额定值相比，轨道负荷额定值较低，这也提示配合轨道必须单独评估。

重要提示：产品规格可能因系列、版本、后缀及制造商而异。最终生产图纸应以当前制造商的尺寸表和应用表为准。

匿名工程案例：为何“选型正确”的轴承仍然失效

以一套匿名输送线分度机构为例。

应用工况输入

• 径向载荷：8 kN

• 间歇性冲击：中等

• 转速：1,500 rpm，等效滚子速度

• 轨道：淬硬钢

• 运动形式：反复摆动

• 维护方式：定期脂润滑

• 可用安装板厚度：受限

• 现有螺柱孔：相对于所选螺柱偏大

初始设计主要依据动额定载荷，选用了标准圆柱螺柱滚轮从动件。

该轴承在初期看似能够满足要求。

数周后，设备出现了以下现象：

• 运转不平稳，

• 噪声逐渐增大，

• 安装孔周围出现明显微动磨损，

• 轨道表面出现异常痕迹，

• 松动持续加剧。

失效分析

滚动体并非主要问题所在。

调查确认了四个促成因素：

1. 柱销孔间隙过大

柱销可在安装板内发生位移。

2. 台肩支撑不足

安装面未能对台肩提供充分支撑。

3. 有效悬臂过大

轨道接触点相对于安装支撑点的距离超过预期。

4. 润滑孔方位

润滑孔朝向受载侧布置，装配完成后难以接近。

纠正性设计

工程团队通过以下措施对设计进行了调整：

• 采用制造商建议的安装孔公差

• 增强台肩支撑

• 减小有效悬臂长度

• 将润滑通道朝向非受载区域

• 按制造商规定的紧固扭矩装配

• 将轨道承载能力与轴承额定载荷分开评估

关键启示并非简单地“选用更大强度的轴承”。

更优的解决方案是：

围绕螺柱式凸轮从动件重新设计载荷传递路径。

螺柱式凸轮从动件选型：更高效的工程流程

不妨先明确以下内容：

“哪种轴承的额定承载能力足够？”

应按以下顺序进行：

步骤 1 — 明确运动形式

记录以下参数：

• 线速度

• 转速

• 摆动角度

• 频率

• 加速度

• 往复运动

步骤 2 — 明确载荷

记录以下参数：

• 常规径向载荷

• 峰值径向载荷

• 冲击载荷

• 轴向载荷

• 载荷方向

步骤 3 — 明确轨道条件

检查：

• 材料

• 硬度

• 宽度

• 厚度

• 表面粗糙度

• 平面度

• 曲率

步骤 4 — 确定安装结构

检查：

• 螺柱直径

• 孔公差

• 板厚

• 挡肩直径

• 有效悬伸量

• 机架刚度

步骤 5 — 选择外圈几何形状

应根据轨道对中情况及接触要求，选择圆柱形或凸面/球面结构。

步骤 6 — 选择内部结构

可选择以下类型：

• 带保持架滚针

• 满装滚子

• 其他制造商专用设计

步骤 7 — 选择密封与润滑

应综合考虑：

• 污染程度

• 水

• 温度

• 转速

• 维护频次

步骤 8 — 核实全部载荷限制

检查：

轴承 → 外圈 → 滚道 → 套柱 → 台肩 → 机架

步骤 9 — 核实安装情况

检查：

• 孔配合

• 台肩支承

• 紧固扭矩

• 套柱方向

• 润滑可达性

步骤 10 — 核实维护条件

请确认：

在设备完全装配完成后，技术人员是否仍能对凸轮从动件进行润滑和检查？

套柱式凸轮从动件最终安装检查清单

在设计转入生产前，请逐项核实以下内容：

轴承选型

• 径向载荷已计算

• 峰值载荷已识别

• 冲击系数已考虑

• 转速已核对

• 已考虑摆动工况

• 已正确选用圆柱形/鼓形外圈

• 已核对额定动载荷

• 已核对额定静载荷

• 已核对最大径向载荷

• 已核对轨道载荷

• 已核对螺柱承载能力

安装座

• 已确认安装孔公差

• 孔径圆整且无毛刺

• 台肩已实现全支承

• 安装面刚度充足

• 已将悬臂长度降至最小

• 已安装正确的螺母

• 已确认制造商规定的拧紧力矩

• 拧紧过程中已防止螺柱转动

• 未采用冲击安装

润滑

• 已识别润滑设计方案

• 已确认润滑脂相容性

• 油口布置在无载荷区域

• 润滑脂嘴位置便于接近

• 未使用的润滑通道已封堵

• 已设定补充润滑周期

• 已确认维护通道可达

最终检验

• 外圈旋转平稳

• 螺柱已完全就位

• 螺母已按规定扭矩拧紧

• 已确认滚道对中

• 无异常干涉

• 润滑口仍保持可达

• 安装扭矩已记录

结论：螺柱应作为结构件安装，而不仅仅是紧固件

安装螺柱式凸轮从动件时，最可靠的方法不是只关注轴承本身，而是从完整载荷路径出发进行设计与装配。

成功安装取决于以下五个要素协同作用：

轴承承载能力 + 滚道承载能力 + 螺柱强度 + 安装支撑 + 正确装配

轴承的额定动载荷只能回答问题的一部分。

螺柱式凸轮从动件仍可能失效，原因包括：

• 安装孔间隙过大

• 台肩支撑不足

• 螺柱悬伸过长

• 滚道无法承受接触载荷

• 螺母拧紧过度

• 安装过程中螺柱发生转动

• 润滑孔位于受载区域

• 或者润滑口变得无法接近

SKF 和 NTN 均强调安装孔条件正确、紧固适当、螺柱方向正确，以及对润滑通道的保护。

因此，对于工程师和维护团队而言，最有价值的问题并不只是：

“哪一种螺柱式凸轮从动件的额定载荷最高？”

更好的问题是：

“哪一种螺柱式凸轮从动件能够为该机构提供正确的载荷路径、安装配合、滚道接触、润滑方案和可维护性？”

这种思路上的转变，有助于避免设备投入运行后那些被错误归因于‘轴承质量’的多种失效。