决定是否压装轴承的标准｜实例和设计要点

我们有了决定是否压装轴承的标准｜实例和设计考虑因素注释

对于许多机械设计师来说，有关压配轴承的信息往往只是根据目录中的公差表进行选择，但本文并不只是选择数字，而是介绍这些数字背后的工程原理，以及压配轴承所需的公差。我想根据我的实际经验和详细研究，更清楚地说明为什么轴承应该压入到位，并提供 "轴承应该压入到位和不应该压入到位的明确标准"。到。

许多其他信息来源只列出一般性建议，而在本书中，我们深入探讨了振动和热膨胀等 "动态环境 "对装修的影响，涵盖了可在现场立即使用的标准，并解释了整个设计过程，包括使用压入式夹具的安装方法、预烧程序和未来的可维护性。本书解释了整个设计过程，包括使用压入夹具的安装方法、预烧程序和未来的可维护性。

根据 JIS 标准进行轴承压装决策和设计的依据。

夹紧接头和缝隙接头的基本使用方法

在机器设计中采用轴承时，轴与轴承座（孔）的连接状态，即选择 "合适 "的设备是保证机器寿命和性能的第一道屏障。　　配合大致可分为两类，即 "夹紧配合 "和 "缝隙配合"，它们的物理特性和作用需要清楚了解并分别使用。

夹紧是一种设计技术，即轴直径略大于轴承孔直径，或轴承外径略大于轴承座孔直径。　　在装配前的这种状态下，部件之间会产生几何上的相互干扰，只有在施加强大的力将它们 "压配 "在一起时，才能将它们组装在一起。

压入式轴承和轴通过弹性变形产生的恢复力（表面压力）牢固地粘附在一起并融为一体。　　它们主要用于需要传递旋转扭矩的传动轴、高振动和高冲击区域，或需要高定位精度和高刚性的关键安全区域。

鉴于游隙设计是指在轴承和配合部件之间有意留出一个小的 "间隙"（游隙）。　　在这种情况下，轴承可以通过螺纹连接到轴上或插入轴承座中，而不需要用手去操作。　　它们主要应用于承受静载荷的一侧，在 "自由侧轴承 "中，轴必须吸收热膨胀引起的膨胀和收缩，并且需要经常拆卸和更换维护。

虽然还有一种 "中间驯鹿 "介于两者之间、在实践中，基本方法是使用夹子固定不能移动的一侧，使用间隙固定确保装配的一侧。　就是这种情况。　　不正确使用这种基本类型可能会导致严重问题，例如轴承在运行过程中在轴上旋转，从而磨损轴；或者相反，轴承太紧，从而在装配过程中损坏零件。

根据旋转分类确定内环和外环的适当配合。

轴承的内圈或外圈是否应该压装，是根据 "旋转分类 "的逻辑规则来决定的，而不是凭经验或直觉。　　这一规则是通过分析哪些轨道轮在旋转以及负载施加的方向得出的。

最标准的情况是 "内环旋转，外环静止"。　　这种结构存在于工业机械的许多部件中，例如电机轴和风扇驱动轴。　　在这种情况下，内圈随轴旋转，负载点（作用点）在内圈滚道上依次移动。这就是所谓的 "旋转载荷"。　　如果承受旋转载荷的内环与轴之间存在间隙，则内环在旋转时会受到一个力的作用，导致其圆周旋转时与轴偏离。　　为了防止这种情况，内环必须始终用 "夹紧夹具 "固定在轴上。　　与此相反，静止的外环在固定方向上承受载荷（静载荷），因此外壳通常选择 "间隙配合"，以便于装配。

相反，也有 "外圈旋转，内圈静止 "的情况。　　输送机的惰轮和汽车的轮毂就属于这种情况。　　在这种情况下，外圈承受旋转载荷，因此必须 "夹紧 "外壳（辊筒或轮毂）。　　另一方面，由于轴是固定的，而内圈承受静态载荷，因此内圈应设置为 "间隙配合"，并设计成在维护时易于从轴上拉出。

下表总结了基于旋转条件和负载性质的基本配合选择标准。

表 1：旋转分类和拟合选择的基本矩阵

参考资料来源NTN 滚动轴承总目录

参考资料来源如何选择 JTEKT 轴承

因此、在承受旋转载荷的一侧压入卡环 "的原理　了解了这一点，您就可以在复杂的设计条件下毫不犹豫地做出正确的决定。

选择 JIS 公差和建议拧紧余量的程序。

如果确定需要压入配合，下一步就是确定图纸上标注的具体尺寸公差等级（公差范围等级）。　　这是根据日本工业标准 (JIS B 0401) 并考虑到载荷和冲击的大小来选择的。

对于轴的公差范围等级，根据一般内圈旋转应用中的载荷水平，可使用以下公差范围等级。

对于要求轻负载和高旋转精度的精密设备，可选择 "k5 "和 "js5"。　　它们的拧紧余量非常小或接近于零，从而将轴承内圈的应力降至最低。

对于正常负载的一般工业机械，"m5 "或 "m6 "是标准配置。　这些设置可形成安全的压入配合，长时间使用也不易松动。

此外，在承受重型或严重冲击载荷的环境中（如建筑机械、轧机），应选择强度更大的夹具，如 "n6 "或 "p6"。　然而，这些材料在室温下很难压配，因此需要利用热膨胀进行装配，如烤配。

同样的考虑因素也适用于房屋的公差范围等级。对于外圈固定的常见情况，"H7 "是最标准的。　它易于加工，并能提供足够的间隙。　　如果需要更大的间隙或释放热膨胀，可选择 "G7 "或类似产品。

另一方面，如果外圈旋转或轴承座壁较薄、刚度较低，则应选择 "M7 "或 "N7 "等紧配合公差，以防止外圈空转，轴承座孔应小于轴承外径。

表 2：径向轴承轴和轴承座公差选择准则（0 级）

参考资料来源NSK (NSK)滚动轴承的选择

在设计中，确定最佳公差等级的过程非常重要，不仅要依据产品目录的建议，还要计算相关机器的 "等效径向载荷 "以及该载荷与基本额定动载荷（轻载、正常载荷或重载）的比率。

压装后内部间隙的缩小以及选择时的注意事项

在压装轴承时，设计人员最需要注意的物理现象之一就是 "减少内部游隙"。压配产生的表面压力会导致滚道产生弹性变形。

具体来说，当内环被压装（夹紧）到轴上时，它被从内部推开，并向外径方向膨胀。　　这就增大了滚珠或滚子在其中滚动的滚道槽的直径。　　相反，当外圈被压入外壳时，它从外部被拧紧，并向内径方向收缩。内圈膨胀和外圈收缩的总和将减小轴承原来的 "径向内部间隙"。

如果为具有标准间隙（CN 间隙）的轴承设定严格的公差，如 m6 或 n6，则装配后的残余间隙可能低于零（负间隙）。在负间隙条件下工作时，滚动体总是受到强烈挤压，导致旋转扭矩增加、异常发热和过早损坏。

为了避免这个问题，在使用紧固箱时、特别是在有较大紧固余量的设计中，标准做法是选择 "C3 间隙 "或 "C4 间隙 "的轴承，即事先将内部游隙设置得比标准大。　　在设计过程中，要考虑以下因素，以确定最终的有效间隙

1. 因安装而减少的间隙(内环膨胀 + 外环收缩）
2. 内外环温差导致间隙减小(在运行过程中，内圈温度较高，因此会膨胀）

减去这些、专业的设计方法是选择初始间隙，以便在运行过程中保持微小的正间隙（或适当的预紧力）。选择轴承的过程可能很难。　(选择轴承是一件非常困难的事情）。

控制箍应力导致内圈开裂的风险。

压装设计中经常被忽视的另一个风险是内圈因 "箍应力"（圆周拉应力）而开裂。　　轴承中使用的轴承钢具有极高的硬度和耐磨性，但另一方面，它的韧性（韧性）并不高，在拉力作用下会变脆。

当内圈被强力夹紧压装在轴上时，内圈会持续受到周向拉伸力的作用。　　如果拉应力（箍应力）超过材料的允许极限，内圈可能会在运行过程中受到冲击或热应力的瞬间沿轴向出现直线裂纹。　　在压入空心轴或在寒冷环境（如寒冷气候）中使用时，这种风险尤其高，因为材料容易变脆。

为避免这种风险，设计人员应检查最大拧紧余量时的应力计算。　　一般情况、轴承钢的安全容许应力为 120 兆帕（megapascal）或更小。它被认为是

如果计算结果超过该值，则应更改设计，例如改用更宽松的公差等级，增大轴承尺寸以确保内圈更厚，或考虑用粘合剂固定而不是压入配合。　　重要的是要确保安全系数足以满足机器的关键性要求。

从案例研究看轴承压装所需的物理现象。

压配不足导致蠕变的机理。

蠕变是轴承配合选择中最令人担忧的失效现象之一。蠕变是指轴承的滚道相对于轴或轴承座逐渐移动，并在承受旋转载荷和配合间隙时发生旋转（周向移动）的现象。是指

这不仅仅是摩擦力不足造成的打滑现象。　　如果内环和轴之间存在间隙，在径向载荷的作用下，内环会发生轻微的弹性变形，并在接触点处发生偏转。　　这种变形会在接触轴和内圈之间产生圆周差（移动距离差）。　　　当轴旋转时，内圈通过这个微小的差值向前移动，就好像像行星齿轮一样以强大的驱动力旋转它试图这样做。　　这种力量非常强大、仅靠固定螺钉或一般摩擦力难以停机是

发生蠕变时，接触面会被刮伤，产生磨损碎屑，这些碎屑会渗入轴承内部，损坏滚动面。　　如果进一步发展，摩擦热会引起局部高温，导致 "卡死 "或咬合，此时轴和内圈会焊接在一起，最严重的情况下，轴会变得又细又窄，从而导致机器嘎嘎作响并停止运转的严重事故。

如上所述、对于承受旋转载荷的滚道，防止蠕变的最可靠和最正确的工程措施是通过压配（夹紧）完全消除物理间隙，并通过弹性变形产生的回弹力将其牢固地整合在一起。　情况将会如此。

固定牢靠，防止摩擦磨损

当施加振动载荷时，压入配合不充分或存在轻微间隙时，就会产生摩擦磨损（细微磨损）。　　这是一种在肉眼看来静止的部件在微观层面上反复来回轻微滑动时产生的磨损现象。

当游隙安装的轴承承受振动或变化载荷时，金属表面会在接触面上发生很小程度的相互摩擦。　　这会导致表面的氧化膜破裂并反复再生，从而产生大量红褐色的细小磨损颗粒（氧化铁），称为 "摩擦腐蚀"。　　这种现象很容易被误认为是腐蚀，因为它看起来像铁锈，但本质上却是磨损。

随着摩擦的加剧，接合面之间的间隙会增大，嘎嘎声也会增加，从而导致恶性循环，使振动更加剧烈。　　此外，产生的硬质磨损颗粒就像磨料一样，会迅速磨损轴和外壳。

防止这种情况的最有效方法是提供适当的拧紧余量和压紧配合，以物理方式控制接触面的微小相对运动。　　此外还有在无法避免压接的地方，可采用高粘度膏状润滑剂或结合使用厌氧粘合剂来完全填充微小间隙，从而降低摩擦风险。是采取的。

不成比例负载环境的特殊选择标准。

在振动电机、振动筛设备或处理重心不平衡的旋转体的设备中，会出现称为 "不相称载荷 "的特殊载荷条件。　　在这种情况下，设计人员需要特别小心，因为正常的配合选择规则（内圈旋转时内圈压入配合）可能会被颠倒。

不相称载荷是指偏心重物（砝码）旋转时产生的离心力。这种离心力的方向始终向外，与轴的旋转同步。

这可以从轴承的角度分析如下。

• 内环（随轴旋转）： 偏心砝码也随轴旋转。　这意味着，从内环的角度来看，离心力始终作用在同一个点上（砝码方向）。　这就形成了一种相对的 "静载荷 "情况。
• 外环（固定在外壳上）： 当轴旋转时，负载（离心力）的方向也随之旋转。这意味着外环的整个滚道依次受力，即 "旋转载荷 "状态。

根据这一逻辑，在振动机械中、旋转内圈是 "间隙配合"，固定外圈是 "夹紧"（压紧）。在某些情况下，选择与普通电机相反。　如果选择不当，外环错位，外环和外壳之间就会产生严重的爬行和摩擦，导致外壳内孔磨损成椭圆形。

表 3：不成比例负荷环境下的适合选择悖论。

参考资料来源NTN 滚动轴承总目录

因此，这不仅仅是转动与否的问题、载荷矢量是否相对于环形结构移动？是

热膨胀外壳的测量和计算。

不过，近年来，铝和树脂等轻合金越来越多地被用于外壳，以减轻机械的重量、这里的主要隐患是"......"。热膨胀系数的差异".　　铁（轴承钢）的线膨胀系数约为 12.5 × 10^-6 /K，而铝的膨胀系数约为 23 × 10^-6 /K，因此铝的热膨胀系数几乎是铁的两倍。

例如，假设外圈在室温（20°C）下被压装到铝制轴承座中，并有适当的配合公差。　　然而，当机器运行时，温度升至 60°C 至 80°C，铝制轴承座比钢制轴承外圈膨胀得更大，孔径也随之变宽。　　因此，只有在工作温度较高时才会失去紧固公差，这可能会导致无意中变为 "间隙配合"。

这（说话人身边的事物或人物（包括说话人），或说话人表达的想法）拧紧余量损失 "会导致一个令人讨厌的问题，即外环在运行过程中会蠕动，从而磨损铝制外壳并扩大内孔。

许多野外保护工作者都会看到这种现象。

作为对策，在使用铝制轴承座时，应计算出最高工作温度下的热膨胀，并在室温下设定一个非常严格的公差（如 P7、R7）。　　另一种有效的方法是在铝制轴承座的轴承配合区铸造或压入一个铁套筒（插入环），这样与轴承的接触面就是 "铁对铁"。　　虽然难度很大，但设计人员在确定公差之前，可能需要注意准确估计工作环境温度，并模拟热量引起的尺寸变化。

压装和维护轴承的实用技术。

使用压入式夹具插入轴承的正确方法。

无论设计图纸上选择的公差多么完美，如果生产现场的装配不正确，轴承在充分发挥潜力之前就会受到致命的损坏。压入操作中必须绝对遵守的一条铁律是 "直接压入待压入一侧的滚道环"。

举个具体的例子，在将内环压装到轴上时，受力的对象必须始终是 "内环"。　　如果不小心按压了外圈，压装力就会通过滚珠和滚子（滚动体）传递到内圈。　　此时，滚动体被硬压在滚道上，产生微小的压痕（布氏压痕）和划痕。　　这将导致旋转不良，并产生新的噪音。

为确保正确安装，使用了一种特殊的 "压入式夹具"（应用工具）。　　这是一个管状工具，经过精密加工，可在内圈的整个端面上均匀施力。　　严禁用锤子直接敲击轴承。　　理想情况下，应使用手动或液压压力机，通过夹具以恒定的速度缓慢压入，直抵轴。

设计人员必须事先设计好几何形状，以确保有足够的空间（轴肩和浮雕的高度），从而保证该夹具能撞击内环端面。　用于批量生产、适当的表面粗糙度和安装点几何公差　和压入力控制　还采用了一些方法来管理过户费用，例如

烘烤加热插入的温度控制和程序。

对于 "n6 "和 "p6 "这样的大型工业轴承和公差，在重载情况下有很大的紧固余量，在室温下进行压装在物理上是很困难的，如果强行压装，接触面会因咬合（金属与金属之间的粘连）而损坏。　　通常采用的方法称为 "烧结"。

烘烤夹紧法是将整个轴承加热以产生热膨胀，暂时扩大孔径，然后插入轴中。　　冷却后，轴承恢复到原始尺寸，实现牢固的夹紧配合。　　此过程中最重要的控制项目是 "加热温度"。

典型轴承钢的微观结构保持不变且硬度较高的温度上限为120°C钢的温度设定为 0.5 °C。　　加热温度超过这一温度会使钢回火和软化，从而大大降低轴承的额定寿命。　　在实际应用中，建议在低于 100 °C 的温度下工作，以确保安全裕度。

最好的加热方法是使用特殊的 "感应加热器"。　　这种设备能均匀快速地加热轴承，温度控制精确，运行后能自动消磁。切勿使用燃气燃烧器直接加热，因为温度极不均匀，局部过热的风险很高。

硬装配后，轴承在冷却过程中会立即向轴向收缩。因此，在安装后，必须用轴螺母或类似工具继续向轴向施加压力，直到轴承完全冷却，然后拧紧轴承，使轴肩和内圈之间没有间隙（重新拧紧）。

考虑到未来维护的创新设计。

压装轴承的固定非常坚固，因此在机器寿命期内需要更换或进行定期检查时，拆卸轴承非常困难。　　如果在设计阶段没有考虑到可维护性，现场操作人员将无法拆卸轴承，这可能导致用燃烧器烧毁轴承或毁坏整个轴。

技术娴熟的设计师在绘制图纸时，既要考虑到 "拆卸"，也要考虑到组装。　　具体创新包括以下设计。

1. 为拉线器安装切口： 轴肩（轴承与轴相抵的位置）上有一个凹槽或缺口，用于卡住拉拔工具（拉拔器）的钳口。　　这样可以确保内圈被夹住并拉出。
2. 千斤顶螺栓孔的位置： 将轴承外圈压入轴承座时，应在轴承座底部或背面开一个螺纹孔（维修孔）。　　拆卸时，可在此处拧入螺栓，以便从背面均匀地压出轴承外圈。
3. 油槽用于液压拆卸： 对于超大型轴承，可在轴中心加工一个液压泵连接孔和凹槽，以实现 "液压排油"，将高压油注入配合表面，并在油膨胀时排出。

设计师要想在这一领域获得信任，关键在于发挥想象力，不仅要决定如何 "放"，还要决定如何 "收"。

摘要：了解轴承压装，实现优化设计

压装轴承的设计是一项重要的工程技术，是机器性能和可靠性的基础。本文讨论的要点概述如下。

• 夹紧（压装）是物理防止旋转负载引起蠕变的唯一可靠方法
• 在需要便于安装和拆卸以及因热膨胀而产生的轴溢流时，可在自由侧安装间隙配件。
• 选择配合的基本原则是 "在承受旋转载荷的一侧压入滚道环"。
• 对于一般的内圈旋转和外圈固定，内圈应 "夹紧"，外圈应 "间隙配合"。
• 外环旋转时（如输送机），外环必须 "夹紧"。
• 在不成比例载荷（振动机械）中，载荷矢量是旋转的，因此在某些情况下，外圈的压装方向与正常方向相反。
• JIS 公差（k5、m5、n6 等）根据负载和影响的大小进行适当排序。
• 压装会减小轴承的内部游隙，必要时可选择 C3 或 C4 间隙进行补偿。
• 拧紧余量过大有可能导致内圈因箍状应力而开裂，因此有必要检查容许应力。
• 公差设置和插入措施考虑到温度变化，因为铝制外壳的间隙会因热膨胀而扩大。
• 在压装操作过程中，始终用夹具将环压在需要压装的一侧，不要将冲击载荷传递到滚动体上。
• 烘烤时，严格控制加热温度，使其不超过 120°C。
• 在设计中加入拉拔器和千斤顶孔的切口，以方便维护期间的更换工作。
• 微小的间隙会产生摩擦磨损，因此，牢固固定或结合使用粘合剂是有效的方法
• 如有疑问，请根据各轴承制造商的目录建议做出决定，同时考虑自身的环境因素。

上图