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你好，欢迎收看罗罗日记。 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 前几天，我在某站看到一个设计，里面用了角接触球轴承。 结构如上图。 咋一看，好像有点不对劲。 因为从力的传递来说，可以不用内定位套。 例如，当力从轴的右边传递过来时，首先经过右边轴承的内圈，然后传递到其外圈，再从外圈传递到外定位套，再从这个外定位套，传递到左边轴承的外圈，最后从左轴承外圈传递到基座上。 同样的道理，假如有外力作用在轴的左边，力的路径也会像示意图中虚线所示的那样，最终传递到端盖上。 所以，看起来不需要内定位套。 那么，是这个设计有问题吗？ 仔细想想，其实并不是。 这里的内定位套，实际上有一个作用，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。 这两个名字是不是在哪里听过？ 没错，我们在《滚珠丝杠和梯形丝杠有什么区别》那篇文章中也有提到。 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。 预紧力传递示意图 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 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。 关于轴承的预紧结构，预紧的目的和预紧特征，预紧量等，这里有2张表格，我觉得总结得不错，贴上来，留个记录，方便以后翻阅。 轴承预紧对比（NTN） $ s" ^' e) C) O' A* c0 v. p
轴承预紧对比（KOYO）
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角接触球轴承的预紧量
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需要注意的是，上面的预紧量，只是某品牌的推荐值，不同的厂家，推荐的预紧量有所不同，实际使用时，按照厂家的推荐使用就好。 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），离心装置中的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。 当然，实际设计中，我们基本不会涉及到需要动态预紧的情况。 这个也是我在翻阅资料时，无意间了解到的。 所以做个笔记，万一哪天要做动态预紧，也方便找出来再研究研究。 相关阅读： 《滚珠丝杠和梯形丝杠有什么区别？各应用于什么场合？如何选用？》 http://www.cmiw.cn/thread-1010435-1-1.html 《5个来自欧美的优质电磁铁供应商，再也不怕选不到合适的电磁铁了》 http://www.cmiw.cn/thread-984878-1-1.html
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发表于 2020-8-21 23:01:44
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