轴承的预紧方式有哪些？

本次报道的主要内容有：

 

1.什么是轴承的预紧？

 

2.什么是定位预紧和定压预紧？

 

3.定压预紧和定位预紧各有什么优缺点？

 

4.什么时候需要预紧？什么时候用定压预紧？什么时候用定位预紧？

 

5.预紧量是多少？怎么测定预紧量？

 

6.如何根据速度，设定动态预紧力？

 

接下来欢迎收看具体内容。

 

 

角接触球轴承的应用及力传递示意图

 

 

 

这里的内定位套，有一个作用，那就是设定轴承的初始预紧力。

 

这种设定方法叫做定位预紧。

 

其实还有一种预紧方法叫定压预紧。

  

那么，什么是轴承的预紧？什么是定位预紧和定压预紧？

 

所谓预紧，就是让轴承的滚动体和轴承的内外圈保持紧密接触，这常常是需要施加一个外力来实现。

 

以深沟球轴承为例来说明。 

 

有预紧和没有预紧的对比

 

图上a所示，如果没有预紧，轴承顶部和轴之间有游隙，当轴受到向下的力时，轴承底部的球受压产生弹性变形，导致轴的理论轴线向下移动较大的距离。

 

而如果有预紧，也就是如图b所示，因为滚动体事先受到压力（轴向施加的压力），已经产生一定的弹性变形，再施加和图a相同的径向压力时，底部的球也会产生弹性变形，但是变形的量，没有图a所示的那么大。

 

也就是说有预紧时，轴的理论轴线向下移动的距离减小。

 

这就是有预紧和没有预紧的区别：有预紧提高了刚性，当然同时也提高了传动精度。

 

而预紧的核心就在于，通过外部提前施加一个力，使得滚动体和轴承内外圈紧密接触，产生一定的弹性变形。

 

那么，对于我们上面一开始就提出的结构，我们再回过头来看一看。

其实左端的螺母，会施加一个向右的力，这个力一部分通过左边轴承的内圈作用在球体上，然后传递到外圈和外定位套上，一部分力通过轴承内圈传递到内定位套上。

 

当然，因为左端螺母的旋动会带动轴向左移动，轴右边的轴肩会施加一个力在右边轴承的内圈上，这个力也最终都传递到内定位套和外定位套上，和来自左边的力达到平衡。

 

在内定位套材料和左端螺母施加的力一定时，预压力F1的大小取决于内定位套的尺寸，因为它决定了轴承内圈可以到达的位置。

 

没错，这就是定位预紧的来历。

 

可以想象一下，比较恰当的情况是，内定位套尺寸和外定位套尺寸相同，预紧力F1，通过内定位套产生一定的形变来施加。

 

如果内定位套的尺寸变长，比较糟糕的情况是，螺母上的力无法施加到球体上，全部被内定位套吸收，不能产生预紧力。

 

如果内定位套的尺寸变短，比较糟糕的情况是，螺母上的力根本不会传递到内定位套上，全部被外定位套吸收，这个时候就相当于没有内定位套。

 

OK，到这里，我们明白了什么是预紧，以及什么是定位预紧。

 

那么什么又是定压预紧？

 

轴承定压预紧概念（SKF）

 

很简单，就是靠螺旋弹簧或者波浪弹片等结构，施加一个恒定的压力。

 

因为弹簧及弹片对微小位移不太敏感，所以它的预紧力波动很小，基本维持不变，所以叫定压预压。

 

到这里，我们发现，轴承的预紧和滚珠丝杠的预紧（甚至是导轨的预紧，比如交叉滚柱导轨的预紧），本质上是一模一样的，都是让滚动体和附着体紧密接触，产生一定的弹性变形，以提高刚度和精度。

 

好了，我们来总结一下定位预紧和定压预紧的优缺点，及实用情况。

 

定位和定压预紧对比

 

工程中，我们用得最多的是3类轴承，角接触球轴承和圆锥滚子轴承，以及深沟球轴承。

 

角接触球轴承和圆锥滚子轴承一定需要预紧。

 

而深沟球轴承可以预紧，也可以不预紧。但最好有预紧，防止振动产生噪音，我们一般用波形弹簧来预紧，因为占用的空间比较少。

 

上面所说的，都是提前设定好预紧量，有些情况下，动态的预紧量更适合实际应用。

 

比如切削主轴。

 

因为理论上，在高速时，离心力将会作用在轴承滚动体上，这时用轻预紧较好，可以减少发热延长轴承使用寿命。

 

但是，低速运行时，希望主轴有高刚性，所以又需要高预紧。

 

这就要求根据不同的速度，来决定不同的预紧力。

 

怎么实现呢？

 

我了解到，有一些结构，比如下面这两幅图。

  

使用离心力动态调节预紧量

 

核心调节结构是图中的离心装置（centrifugal device），离心装置中黄色部件会受到绿色部件的离心压力和自身的离心力，而产生弹性变形，其两只脚会收缩与张开，从而实现对靠近它的右端轴承的预压调整。

 

使用电磁铁动态调节预紧量

 

这个原理就更简单了，利用电磁铁（electromagnet）的电流控制，实现电磁铁的出力控制，从而实现预紧弹簧（Preload Spring）的压力控制。