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你好，歡迎收看羅羅日記。 本次報道的主要內容有： 1. 什么是軸承的預緊？ 2. 什么是定位預緊和定壓預緊？ 3. 定壓預緊和定位預緊各有什么優缺點？ 4. 什么時候需要預緊？什么時候用定壓預緊？什么時候用定位預緊？ 5. 預緊量是多少？怎么測定預緊量？ 6. 如何根據速度，設定動態預緊力？ 接下來歡迎收看具體內容。 角接觸球軸承的應用及力傳遞示意圖 前幾天，我在某站看到一個設計，里面用了角接觸球軸承。 結構如上圖。 咋一看，好像有點不對勁。 因為從力的傳遞來說，可以不用內定位套。 例如，當力從軸的右邊傳遞過來時，首先經過右邊軸承的內圈，然后傳遞到其外圈，再從外圈傳遞到外定位套，再從這個外定位套，傳遞到左邊軸承的外圈，最后從左軸承外圈傳遞到基座上。 同樣的道理，假如有外力作用在軸的左邊，力的路徑也會像示意圖中虛線所示的那樣，最終傳遞到端蓋上。 所以，看起來不需要內定位套。 那么，是這個設計有問題嗎？ 仔細想想，其實并不是。 這里的內定位套，實際上有一個作用，那就是設定軸承的初始預緊力。 這種設定方法叫做定位預緊。 其實還有一種預緊方法叫定壓預緊。 這兩個名字是不是在哪里聽過？ 沒錯，我們在《滾珠絲杠和梯形絲杠有什么區別》那篇文章中也有提到。 那么，什么是軸承的預緊？什么是定位預緊和定壓預緊？ 所謂預緊，就是讓軸承的滾動體和軸承的內外圈保持緊密接觸，這常常是需要施加一個外力來實現。 以深溝球軸承為例來說明。 有預緊和沒有預緊的對比 圖上a所示，如果沒有預緊，軸承頂部和軸之間有游隙，當軸受到向下的力時，軸承底部的球受壓產生彈性變形，導致軸的理論軸線向下移動較大的距離。 而如果有預緊，也就是如圖b所示，因為滾動體事先受到壓力（軸向施加的壓力），已經產生一定的彈性變形，再施加和圖a相同的徑向壓力時，底部的球也會產生彈性變形，但是變形的量，沒有圖a所示的那么大。 也就是說有預緊時，軸的理論軸線向下移動的距離減小。 這就是有預緊和沒有預緊的區別：有預緊提高了剛性，當然同時也提高了傳動精度。 而預緊的核心就在于，通過外部提前施加一個力，使得滾動體和軸承內外圈緊密接觸，產生一定的彈性變形。 那么，對于我們上面一開始就提出的結構，我們再回過頭來看一看。 預緊力傳遞示意圖 其實左端的螺母，會施加一個向右的力，這個力一部分通過左邊軸承的內圈作用在球體上，然后傳遞到外圈和外定位套上，一部分力通過軸承內圈傳遞到內定位套上。 當然，因為左端螺母的旋動會帶動軸向左移動，軸右邊的軸肩會施加一個力在右邊軸承的內圈上，這個力也最終都傳遞到內定位套和外定位套上，和來自左邊的力達到平衡。 在內定位套材料和左端螺母施加的力一定時，預壓力F1的大小取決于內定位套的尺寸，因為它決定了軸承內圈可以到達的位置。 沒錯，這就是定位預緊的來歷。 可以想象一下，比較恰當的情況是，內定位套尺寸和外定位套尺寸相同，預緊力F1，通過內定位套產生一定的形變來施加。 如果內定位套的尺寸變長，比較糟糕的情況是，螺母上的力無法施加到球體上，全部被內定位套吸收，不能產生預緊力。 如果內定位套的尺寸變短，比較糟糕的情況是，螺母上的力根本不會傳遞到內定位套上，全部被外定位套吸收，這個時候就相當于沒有內定位套。 OK，到這里，我們明白了什么是預緊，以及什么是定位預緊。 那么什么又是定壓預緊？ 軸承定壓預緊概念 很簡單，就是靠螺旋彈簧或者波浪彈片等結構，施加一個恒定的壓力。 因為彈簧及彈片對微小位移不太敏感，所以它的預緊力波動很小，基本維持不變，所以叫定壓預壓。 到這里，我們發現，軸承的預緊和滾珠絲杠的預緊（甚至是導軌的預緊，比如交叉滾柱導軌的預緊），本質上是一模一樣的，都是讓滾動體和附著體緊密接觸，產生一定的彈性變形，以提高剛度和精度。 好了，我們來總結一下定位預緊和定壓預緊的優缺點，及實用情況。 定位和定壓預緊對比 工程中，我們用得最多的是3類軸承，角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，以及深溝球軸承。 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承一定需要預緊。 而深溝球軸承可以預緊，也可以不預緊。但最好有預緊，防止振動產生噪音，我們一般用波形彈簧來預緊，因為占用的空間比較少。 關于軸承的預緊結構，預緊的目的和預緊特征，預緊量等，這里有2張表格，我覺得總結得不錯，貼上來，留個記錄，方便以后翻閱。 軸承預緊對比（NTN） , `: N4 G8 n) z# _. i$ m+ G+ i: @1 o
軸承預緊對比（KOYO） 7 K8 x+ h9 h: n$ y6 k8 C0 H
角接觸球軸承的預緊量 $ X* d% C# ?& l; M0 W
需要注意的是，上面的預緊量，只是某品牌的推薦值，不同的廠家，推薦的預緊量有所不同，實際使用時，按照廠家的推薦使用就好。 上面所說的，都是提前設定好預緊量，有些情況下，動態的預緊量更適合實際應用。 比如切削主軸。 因為理論上，在高速時，離心力將會作用在軸承滾動體上，這時用輕預緊較好，可以減少發熱延長軸承使用壽命。 但是，低速運行時，希望主軸有高剛性，所以又需要高預緊。 這就要求根據不同的速度，來決定不同的預緊力。 怎么實現呢？ 我了解到，有一些結構，比如下面這兩幅圖。 使用離心力動態調節預緊量 核心調節結構是圖中的離心裝置（centrifugal device），離心裝置中的黃色部件會受到綠色部件的離心壓力和自身的離心力，而產生彈性變形，其兩只腳會收縮與張開，從而實現對靠近它的右端軸承的預壓調整。 使用電磁鐵動態調節預緊量 這個原理就更簡單了，利用電磁鐵（electromagnet）的電流控制，實現電磁鐵的出力控制，從而實現預緊彈簧（Preload Spring）的壓力控制。 當然，實際設計中，我們基本不會涉及到需要動態預緊的情況。 這個也是我在翻閱資料時，無意間了解到的。 所以做個筆記，萬一哪天要做動態預緊，也方便找出來再研究研究。 相關閱讀： 《滾珠絲杠和梯形絲杠有什么區別？各應用于什么場合？如何選用？》 http://www.odgf.cn/thread-1010435-1-1.html 《5個來自歐美的優質電磁鐵供應商，再也不怕選不到合適的電磁鐵了》 http://www.odgf.cn/thread-984878-1-1.html 1 h' ^6 _. i5 z+ r
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發表于 2020-8-21 23:01:44
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