轴承预紧与轴向调整 是轴承技术中的关键环节,但也常被误解。合理施加预紧后,可显著降低振动、温升、噪声以及轴承过早疲劳等问题。

Gary Hughes, The Barden Corporation产品工程经理就施加预紧的三种主要方式—— 弹簧、轴向调整和双联轴承——的优点与局限进行了说明。

为什么轴承预紧至关重要

预紧是消除或控制轴承内部游隙的过程。内部游隙的大小会直接影响:

  • 噪声与振动

  • 发热

  • 轴承疲劳寿命

  • 系统刚性与稳定性

预紧施加得当时,可实现以下效果:

  • 控制径向和轴向游隙

  • 提高系统刚性和运行可预测性

  • 降低非重复跳动

  • 在极高转速下尽量减小接触角差异

  • 控制极端加速度下的滚珠打滑

轴承屈服:轴向与径向挠度

  • 轴向挠度 是消除游隙并施加预紧后,内、外圈之间产生的位移。其根源在于承受轴向载荷时,滚动体与滚道发生弹性变形。

  • 径向挠度 是由径向载荷引起的位移。

这两种挠度都会受到轴承结构、接触角以及载荷特性的影响。为优化轴承寿命,预紧量应始终 尽可能小 ,以在满足性能要求的同时避免过多发热;否则会降低转速能力并缩短轴承寿命。

轴承预紧的三种主要方法

弹簧预紧

弹簧预紧通常被认为是 最简单的方法 ,也常常是首选方案。其主要优点包括:

  • 可提供 恒定预紧力

  • 与刚性预紧相比,受热膨胀影响更小

  • 可补偿轻微不对中

  • 可采用标准轴承,无需进行成本较高的预紧磨削加工

但弹簧预紧也存在一定局限性:

  • 通常不能承受换向轴向载荷

  • 需要为弹簧及其行程预留安装空间

  • 由于采用间隙配合,可能导致套圈错位。

尽管存在一定缺点,弹簧预紧仍被广泛采用,常见形式包括 螺旋弹簧、碟形弹簧垫圈、波形弹簧以及指形弹簧垫圈。 通常,弹簧安装在 不旋转的外圈上 ,并采用间隙配合,以确保在温度变化条件下预紧效果稳定。

轴向调整

轴向调整通常通过安装至少 两个轴承成对反向布置 ,使套圈在轴向上形成偏置。预紧可通过以下方式施加:

  • 螺纹调节件

  • 精密垫片

  • 隔套

精密研磨垫片 比螺纹调节件更适用于避免错位。垫片的制造精度必须控制在 1–2 μm 公差内,与轴承本体精度相当。

轴向调整的最佳实践:

  • 确保套圈端面校正对齐并可靠贴合

  • 装配过程中保持极高的清洁度

  • 由于热膨胀影响,在装配和运行过程中应避免预紧过大

优点:

  • 轴承摩擦不增加

  • 适用于低扭矩工况

成对轴承

成对轴承集成了 内置预紧 ,并以配对形式供货,便于安装。其预紧量通过 精密磨削形成的偏置量 在内圈或外圈端面之间建立。

成对轴承的优点:

  • 装配简便,跳动极小

  • 轴向和径向刚性高

  • 能够承受 双向或单向重载推力载荷

局限性:

  • 扭矩和发热增加

  • 极限转速降低

  • 对偏斜和热膨胀较为敏感

  • 对过盈配合的适应性较差

双联配置

  • DB(背对背) 适用于安装座同轴度良好、需要较高抗倾覆刚度,以及轴温高于座孔温度的工况。

  • DF(面对面): 适用于需要补偿一定偏心或安装误差的场合,但其极限转速低于 DB 结构。

  • DT(串联): 用于承受单向重轴向载荷,可在不增加轴承外形尺寸的前提下提供更高承载能力。DT 组合需要 弹簧预紧 ,因为其本身不具备内置预紧。

选择合适的预紧方式

在 弹簧预紧、轴向调整以及双联轴承之间的选择 取决于应用要求、对中条件、扭矩限制及载荷特性。

若应用得当, 轴承预紧与轴向调整 有助于降低振动、减少发热、延长轴承寿命并提升整机性能——即使在高速或重载条件下,也能确保运行可靠性。