毫厘之间见功夫，轴承游隙或预紧得选好！

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作为轴承选型过程的一部分, 当轴承类型、尺寸和配合确定后，还必须考虑其它因素,以便进一步确定轴承的最终型号。

选择游隙或预紧

轴承游隙(图1)的定义为一个轴承套圈相对于另一个轴承套圈在径向(径向游隙)或轴向(轴向游隙)可移动的总距离。

初始游隙是轴承安装前的游隙。
安装游隙是轴承安装后运行前的游隙。
工作游隙是轴承运转中达到稳定温度的游隙。

在大部分应用中，轴承中的初始游隙均大于其工作游隙。原因在于以下几方面的影响(图2) :

与轴和/或轴承座过盈配合。
轴承套圈与相关零部件的热膨胀。

为使轴承可靠地运转，必须有合适的工作游隙(选择正确的游隙/预紧的重要性)。

在大部分情况下，轴承需要一定程度的游隙(选择初始游隙)。然而,在某些情况下，它们可能需要预紧。

通常情况下:

球轴承的工作游隙应接近于零。
圆柱、滚针、球面和CARB圆环滚子轴承通常要求至少有少量的工作游隙。
圆锥滚子轴承和角接触球轴承应有少量的工作游隙，此外，在需要高刚性或定位控制的应用情况下，可设置一定程度的预紧进行安装。

选择初始游隙以及选择预紧章节描述了您必须考虑的影响因素以及您可通过其计算实现某种工作游隙/预紧所需的初始游隙的方法，以满足您应用的要求。

选择正确游隙/预紧的重要性

轴承的工作游隙或预紧可以影响摩擦、载荷区的大小和疲劳寿命等。这些参数之间的关系见图表1。图表是基于受径向载荷的滚动轴承。

对于普通应用，工作游隙范围应处于图表1所示的推荐区间内。

选择初始游隙

轴承可靠运行所需的工作游隙取决于应用条件(选择正确的游隙/预紧的重要性)。

必须确保轴承具有最小初始游隙，当游隙因安装和其它因素影响而变小时,最小初始游隙应大于或等于所需的最小工作游隙。

为实现这一点，请遵循以下步骤:

考虑由过盈配合导致的游隙减小。
考虑轴、轴承套圈和轴承座之间的温差导致的游隙减小。
考虑其它影响因素导致的游隙减小。
考虑所需的最小初始游隙。
选择所需的最小初始游隙。

初始游隙的范围

对于交叉定位式布置的轴承类型(例如角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子推力轴承),其游隙在安装时设定。这种配置的轴承游隙即使在安装时根据调整值而设定，也会有一个范围。

对于其它轴承类型，其初始游隙在制造时已确定。为了规定轴承的初始游隙范围,IS0定义了五种游隙组。每个游隙组代表一组游隙值的范围。范围的大小随着轴承类型和尺寸而改变。

大于普通组(例如C3或C4游隙组)的初始游隙如今较为常见。这是因为，现代轴承可承受更高载荷和需要更紧的过盈配合，并且典型运转条件与游隙组确立时相比有了变化。

对于通用型配套单列角接触球轴承和配套圆锥滚子轴承、双列角接触球轴承和四点接触球轴承，应给定轴向游隙(而非径向游隙)的值。这是因为，轴向游隙对这些轴承类型有更重要的实际意义。径向游隙与轴向游隙有关，并且这种关系由轴承类型和轴承的内部几何形状决定。

过盈配合引起的游隙减小

过盈配合会导致游隙减小,因为内圈膨胀,外圈压缩。游隙减小量等于有效的过盈量乘以减小系数，计算公式如下:

△r配合=△1f1+ △2f2

式中

△r配合=配合导致的游隙减小量[μm]。

f1 =内圈减小系数。

f2 =外圈减小系数。

△1 =内圈和轴之间的有效过盈量[μm]。

△2 = 外圈和轴承座之间的有效过盈量[μm]。

适用于实心钢轴和厚壁铸铁或铸钢轴承座的减小系数(见图表2)是轴承孔径d与外径D的比例函数。为达到有效过盈量，应使用公差及相应配合适用表格中列出的最大可能过盈量取值，以此计算有效过盈量的值。

为了进行更详尽的分析，建议使用SKF计算工具，例如SKF轴承计算器(skf.com/bearingcalculator)、SKF SimProQuick或SKF SimPro Expert,或者联系SKF应用工程服务部门。

轴、轴承套圈和轴承座之间的

温差导致的游隙减小

设备应用的温度状况会造成轴承内圈和外圈之间的温度差异，这会改变已安装轴承的游隙/预紧。对于钢轴以及钢制或铸铁轴承座，可使用以下公式估算游隙的变化

△r温度= 0.012△T dm

式中

△r温度=温差造成的游隙减小量[μm]。

△T=内圈和外圈之间的温差[°C]。

dm = 轴承平均直径[mm]=(d + D)/2。

稳态

当有热平衡时，轴承的工作温度达到稳态-即产生和驱散的热量达到平衡。通常情况下，轴承配置中轴承座周围的环境温度低于轴的温度，就会形成稳态温度梯度，从而导致轴承内圈比外圈热(△T稳定见图表3)。

启动

在启动中，轴承上的温度梯度主要取决于瞬时的热流动。在与轴承接触的各种部件中，热容量最小的部件会比热容量最大的部件升温更快。因此，与稳态条件下相比，启动顺序将导致轴承内圈和外圈间更大的温差。这时可达到温度峰值(△Tmax见图表3)。这在室外寒冷气候中运行或轴变热的机器中尤为明显。

更高的转速

无论在启动还是稳态下，更高的转速都会导致更多的摩擦损失。这通常会造成轴承内圈和外圈之间更明显的温差，因此需要更大的初始游隙。

对游隙/预紧的其它影响

轴向夹紧轴承套圈会导致其直径的少量增加。通常，该影响可以忽略不计。对于任一轴承圈承受较大轴向载荷的机器，或两个轴承轴向夹紧的机器(例如带或不带中间隔圈的角接触球轴承或圆锥滚子轴承)，必须考虑轴向压缩和径向膨胀对游隙或预紧的影响。

不对中超过产品章节中规定的限值将因不良的载荷分布而减少游隙，从而缩短使用寿命，并增加摩擦。

如果采用轻合金材料，轴承圈和轴或轴承座之间的温差可能对轴承游隙产生更显著的影响。

所需的最小初始游隙

所需的最小初始游隙可用以下公式估算:

r=r工作+△r配合+ △r温度+ △r其他

式中

r=所需的最小初始游隙[μm]。

r工作=所需的工作游隙[μm]。

△r配合=由最大预期配合弓|起的游隙改变[μm]。

△r温度=启动或稳态下温差导致的最大预期游隙改变[μm]。

△r其他=轴向夹紧等其他因素导致的最大预期游隙改变[μm] 。

对于交叉定位式布置的轴承类型(例如角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子推力轴承),其游隙在安装时设定(安装预调整的轴承配置)。

如果是其他轴承类型,应选择轴承游隙组(普通组、C3、C4等)，最小游隙等于或大于估算的最小初始游隙(图3)。然后,验证选定游隙组的最大游隙结果值是否适用于当前的应用。不管出于何种原因,如果最大游隙太大,则应考虑选择较小的游隙组(例如C3L,其仅包含C3游隙组范围的下半区)。

选择预紧

根据不同的应用，可能需要对轴承配置进行预紧。例如，如果要求高刚性或定位控制,那么预紧就比较适用。同样，如果运行的轴承.上承受极轻载荷或无外部载荷时，那么就需要预紧来确保最小载荷。

预紧的设置通常通过对力的测量来完成，有时候会通过距离或路径上的位移，或在安装时测量摩擦力矩来实施。

预紧可以从一些成熟的设计中得出经验资料，并应用到类似的设计中。对于新的设计，SKF 推荐使用SKF SimPro Quick或SimPro Expert计算适用的预紧范围，然后在应用中进行测试检查。计算结果和实际应用之间的一致性，取决于相关零部件的预计工作温度和弹性特性与实际运行情况的接近程度,而最关键的部件就是轴承座。在此背景下，在较低的环境温度下启动的影响必须包含在测试内。