第16章 滾動軸承

基本要求第16章滾動軸承1.了解滾動軸承的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特點和類型。2.了解滾動軸承的代號規(guī)定，能識別一般代號。3.了解滾動軸承的失效形式，能根據(jù)失效作出正確分析。4.能根據(jù)使用要求正確選用滾動軸承。5.工作能力計算。6.能根據(jù)使用要求正確的作出滾動軸承的組合設(shè)計（滾動軸承裝置的設(shè)計：安裝、調(diào)整、潤滑、密封等）。滾動軸承是標準件，無需設(shè)計，而是如何選用。重點：軸承的代號及壽命計算、滾動軸承的組合設(shè)計。難點：軸承的當量動載荷計算。概述一.滾動軸承的構(gòu)造與材料構(gòu)成：內(nèi)圈+外圈+滾動體+保持架保持架外圈內(nèi)圈滾動體保持架保持架：將滾動體均勻隔開。一般用低碳鋼板沖壓制成，高速時多采用有色金屬（銅合金）或工程塑料等整體式保持架。內(nèi)外圈和滾動體：采用軸承鋼（如GCr15）制造，并經(jīng)淬火處理和精磨、拋光。具有高硬度（HRC61～65）、高接觸疲勞強度，良好的耐磨性和沖擊韌性。材料：二.滾動軸承的特點1.摩阻小、效率高，起動靈敏；2.運轉(zhuǎn)精度高（可通過預(yù)緊消除間隙）；3.軸向尺寸較?。?.組合結(jié)構(gòu)簡單、便于使用維護；5.潤滑方便，易互換，質(zhì)優(yōu)價廉；6.抗沖擊能力較差；7.振動及噪音較大；8.高速重載下壽命較低；9.徑向尺寸較大。三.應(yīng)用范圍一般尺寸、中速、中載的一般工作條件下和運動機械中?！?6-1滾動軸承的基本類型和特點一.滾動軸承的主要類型：1.按滾動體分：球軸承－滾子軸承－圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、滾針2.按承載方向分：向心軸承、推力軸承3.按軸承可否調(diào)心：調(diào)心軸承、非調(diào)心軸承承載不如滾子軸承，但價格相對便宜(α－滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角。α↑→軸向承載能力↑)1.承載能力

：二.幾點說明：考慮載荷大小滾子軸承－線接觸，可承受較大載荷球軸承－點接觸，承受較小或中等載荷考慮載荷方向角接觸向心軸承（0°＜α＜45°）－以承受徑向載荷為主角接觸推力軸承（45°＜α＜90°）－以承受軸向載荷為主軸向接觸推力軸承（α＝90°）－只能承受軸向載荷徑向接觸向心軸承（α＝0°）－滾子軸承－只能承受徑向載荷；球軸承－主要承受徑向載荷，還能承受一定量的雙向軸向載荷。向心軸承：主要承受徑向載荷Fr推力軸承：只能承受軸向載荷Fa

向心推力軸承：Fr+Fa

深溝球軸承（6）推力球軸承（5）

角接觸球軸承（7）圓錐滾子軸承（3）圓柱滾子軸承（N）調(diào)心球軸承（1）2.極限轉(zhuǎn)速：在一定的載荷和潤滑條件下，軸承允許的最高轉(zhuǎn)速。

在同等精度下，點接觸軸承的摩擦阻力較線接觸軸承小，因而球軸承的極限轉(zhuǎn)速比滾子軸承高一些。3.角偏差（調(diào)心性能）：

在同等精度下，點接觸的軸承較線接觸的軸承的調(diào)心性能好。

由于制造、安裝或軸的變形，引起軸承內(nèi)外圈軸線發(fā)生相對傾斜，其傾斜角稱角偏差。提高極限轉(zhuǎn)速的措施：↑精度、↑間隙、改善潤滑和冷卻條件、采用青銅保持架

滾動軸承的尺寸選擇★軸承內(nèi)徑與軸頸直徑相等★直徑系列載荷很小特輕系列一般情況輕或中系列校核計算選擇軸承類型★寬度系列一般選正常系列代號012寬度窄正常寬代號0、1234直徑特輕輕中重載荷很大重系列§16-2滾動軸承的代號

滾動軸承類型繁多，各類型中又有不同結(jié)構(gòu)、尺寸和精度等，為便于組織生產(chǎn)及選用，國標對滾動軸承的代號作了具體規(guī)定。基本代號前置代號后置代號（□或加×）╳╳╳╳╳內(nèi)徑尺寸系列代號=內(nèi)徑/5(20～495mm)d<20mm時：0001020310121517尺寸系列代號直徑系列代號寬(高)度系列代號□類型代號其它代號游隙代號特殊軸承材料代號密封與防塵結(jié)構(gòu)代號保持架及其材料代號公差等級代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號□軸承分部件代號注：□－字母；×－數(shù)字。直徑系列變化：基本代號注：2、3類軸承寬度系列代號為0時，不省略。有時寬度代號為1、2時也被省略。前置代號

用于表示軸承的分部件，用字母表示。代號7890123456寬度系列－－特窄－－窄正常寬特寬直徑系列超特輕超輕特輕輕中重－－－－－表16－4尺寸系列代號

軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號N207E加強型E32310B接觸角α加大B圓錐滾子軸承7210B7210AC7005Cα=40°α=25°α=15°BACC角接觸球軸承實例含義代號軸承類型后置代號/P2/P4/P5/P6/P6x省略代號6206/P26206/P46206/P56206/P630321/P6x6206示例2級4級5級6級6x級0級公差等級公差等級代號（等級：低高）（0級－普通級；6x級－僅用于3類軸承）游隙代號：C1、C2、C0、C3、C4、C5（徑向游隙量↑）。

C0為基本組游隙，優(yōu)先采用，但不標出。72206C/P52軸承內(nèi)徑d=6×5＝30mm直徑系列代號，2（輕）系列寬度系列代號，2（寬）系列類型代號

角接觸球軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號α＝15°

公差等級代號5級游隙代號第2組游隙C2（游隙與公差同時表示時，符號C省略）6308軸承內(nèi)徑d=8×5＝40mm直徑系列代號，3（中）系列寬度系列代號，0（窄）系列，省略類型代號

深溝球軸承

公差等級代號，0級，省略

游隙代號基本組游隙C0，省略§16-3滾動軸承的選擇計算一.失效形式：假設(shè)內(nèi)外圈不變形，則內(nèi)圈沿Fr方向下移一距離δ。載荷軸向力由各滾動體平均分擔受載滾動體的數(shù)目游隙彈性變形量影響受最大徑向載荷的滾動體承載為：徑向載荷一般承載區(qū)≤180上半圈滾動體不承載，下半圈滾動體承受不同的載荷。（z－滾動體數(shù)目）失效形式1.疲勞破壞（點蝕）滾動體與滾道接觸表面受變應(yīng)力所致。

是滾動軸承的主要失效形式。2.永久變形轉(zhuǎn)速很低或間歇運動時，承受很大靜載荷或沖擊載荷，造成滾道凹坑，引起劇烈振動、噪聲。潤滑、密封不良和維護、保養(yǎng)不當可引起不正常失效：

磨損；膠合；內(nèi)外圈或保持架破損。二.軸承的壽命：套圈－軸承內(nèi)圈或外圈以及內(nèi)外圈的總稱?？煽慷萊－一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分率。

軸承的一個套圈或滾動體的材料出現(xiàn)第一個疲勞擴展跡象前，一個套圈相對另一個套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)稱為軸承的壽命?！锘绢~定壽命：

一組同一型號軸承在同一條件下運轉(zhuǎn)，可靠度R＝90%時，能達到或超過的壽命。（即10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕，90%的軸承未發(fā)生疲勞點蝕前能達到或超過的壽命。）

記為：Ｌ（106r）或Ｌh（h）?；绢~定動載荷：額定壽命為106轉(zhuǎn)時軸承所能承受的載荷。

常用字母C（Cr、Ca）表示。注意：對向心軸承，Cr－徑向基本額定動載荷；對推力軸承，Ca－軸向基本額定動載荷。二.軸承壽命：式中：Ｐ－當量動載荷；

ε－壽命指數(shù)。球軸承ε＝3；滾子軸承ε＝10/3。

ｎ－軸承轉(zhuǎn)速，r/min。考慮到：t＞100℃時，Ｃ↓，引入溫度系數(shù)ft（見表16－8）；沖擊、振動時，Lh↓，引入載荷系數(shù)fP（見表16－9）。預(yù)期壽命：設(shè)計時給定的目標壽命。各類機械中軸承的預(yù)期壽命參考P279表16－10。或三.滾動軸承的當量動載荷計算基本額定動載荷C向心軸承Cr純徑向載荷純軸向載荷推力軸承Ca1.校核軸承壽命已知軸承型號(即C)外載軸承壽命預(yù)期壽命？？2.選擇軸承型號（即選C）已知外載預(yù)期壽命所選軸承的滿足預(yù)期壽命時軸承的滾動軸承壽命計算公式的應(yīng)用轉(zhuǎn)化當量動載荷Ｐ在該載荷作用下，軸承的壽命與實際復(fù)合載荷作用相同。Fa，對只承受軸向載荷的推力軸承；徑向動載荷系數(shù)，P280表16-11軸向動載荷系數(shù)，P280表16-111）對α＝0°的向心軸承，Y≡0；對α＝90°的推力軸承，X≡0。2）由表16-11可知，對于單列軸承，

當Fa/Fr≤ｅ時，X≡1、Y≡0，P≡Fr。這說明只要軸向力沒有大到一定程度，壽命計算時就可以不考慮軸向力的影響。說明Fr，對只承受徑向載荷的向心軸承；對同時承受Fr、Fa復(fù)合載荷的向心軸承。實際工作中，軸承同時受Fr、Fa的作用三.當量動載荷的計算：四.角接觸向心軸承軸向載荷Fa的計算：

對于角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，在Fr的作用下，由于存在α，

法向力Fi可分解為徑向分力Fri和軸向分力Fsi。

各滾動體所受軸向分力之和即為軸承的內(nèi)部（派生）軸向力Fs。Fs有使內(nèi)圈和滾動體連同軸頸與外圈分離的趨勢。

由于內(nèi)部軸向力Fs欲使軸發(fā)生竄動，應(yīng)平衡之，故7類和3類軸承通常成對使用，對稱安裝。Fs的方向始終由軸承的小口指向大口。正裝－兩外圈窄邊相對安裝。反裝－兩外圈寬邊相對安裝。1）徑向力Fr：作用點：大小：2）內(nèi)部軸向力Fs：70000C70000AC70000B30000Fs=eFr

Fs=0.68Fr

Fs=1.14FrFs=Fr/(2Y)

計算7類、3類軸承的軸向載荷時要同時考慮由軸承徑向載荷引起的內(nèi)部軸向力和作用于軸上的其它軸向力的合力。3）軸向載荷Fa的計算：大小：作用點：方向：Fr2Fr1Fs1Fs2Fr2Fs2Fr1Fs1支反力作用點（壓力中心）位置：精確計算時查手冊，近似計算時可取為軸承寬度中點。1）若FA+Fs2＞Fs1取軸和內(nèi)圈為分離體。以正裝為例。２１FAFs2Fs1V壓緊放松2）若FA+Fs2＜Fs1２１FAFs2Fs1V壓緊放松1.

“放松端”軸承的軸向載荷＝其本身內(nèi)部軸向力；2.“壓緊端”軸承的軸向載荷＝除本身內(nèi)部軸向力外，軸上其余軸向力的代數(shù)和。結(jié)論W2W1∴

Fa1＝Fs1＋W1＝FA+Fs2，F(xiàn)a2＝Fs2則FA+Fs2＝Fs1＋W1

W1＝FA+Fs2－Fs1則FA+Fs2＋W2＝Fs1

W2＝Fs1－FA－Fs2∴

Fa1＝Fs1，F(xiàn)a2＝Fs2＋W2

＝Fs1－FA計算軸承壽命的方法歸納：2）標明各個軸向力（內(nèi)部、外部）的方向。3）根據(jù)合力，判斷軸承“放松端”和“壓緊端”。4）放松端軸承的軸向力Fa=自身的內(nèi)部軸向力；壓緊端軸承的軸向力Fa=除去自身的內(nèi)部軸向力外，其余軸向力的代數(shù)和。>1）計算徑向力、內(nèi)部軸向力；五.滾動軸承的靜載荷計算（n≤10r/min時）

基本額定靜載荷C0：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達到一定值的載荷。

當量靜載荷：靜強度安全系數(shù)

靜強度計算：

某深溝球軸承的預(yù)期壽命為8000小時，試計算下列三種情況下的壽命各為多少？(ε＝3)(1)當它承受的當量動載荷增加一倍時；(2)當它的轉(zhuǎn)速提高一倍時；(3)當它的基本額定動載荷Cr增加一倍時。例題分析2.圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承30205，軸上徑向載荷FR=3000N,軸向載荷FA=500N,求軸承的軸向載荷。Fr1505012FR

FA1.計算徑向力

2.計算內(nèi)部軸向力Fs查手冊Y=1.6，由表16-133.計算軸向載荷軸承1放松：Fa1=Fs1=468.75N軸承2壓緊：Fa2=FA+Fs1=968.75N解：Fr2Fs1Fs2Fr1=Fr2=

FR/2＝1500NFr1Fr2FA21§16-4滾動軸承的潤滑和密封一.滾動軸承的潤滑：潤滑的目的—減摩(磨)、降溫、防銹、吸振。當采用潤滑脂時，還有密封作用。2.潤滑劑：潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑。根據(jù)速度因數(shù)d·n值選取。當d·n＜（1.5～2）105

mm·r/min時，采用脂潤滑，超過此范圍宜采用油潤滑。3.潤滑方法：

浸油潤滑滴油潤滑飛濺潤滑高速時噴油、噴霧潤滑二.滾動軸承的密封：1.密封的目的—防塵、阻止?jié)櫥瑒┝魇А?.密封方式：接觸式密封

結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠，但適應(yīng)的轉(zhuǎn)速不大，通常軸頸的表面粗糙度值要求較小。毛氈圈密封－脂潤滑，v45m/s，t≤90℃

（唇形）密封圈密封－脂或油潤滑，v7m/s，t＝－40～100℃非接觸式密封無磨損，適應(yīng)的轉(zhuǎn)速可以很大，對軸頸的加工精度要求也低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些結(jié)構(gòu)要求剖分結(jié)構(gòu)，應(yīng)用不如接觸密封廣泛。間隙密封－脂潤滑，間隙0.1～0.3mm迷宮式密封－脂或油潤滑，效果可靠。有徑向、軸向兩種。組合密封如毛氈＋迷宮密封，效果很可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。§16-5滾動軸承的組合設(shè)計

除正確選擇軸承類型和型號外，還必須合理設(shè)計軸承的組合結(jié)構(gòu)，才能保證軸承和軸系的正常工作。軸承的組合設(shè)計主要包括：安裝、調(diào)整、潤滑、密封等。1.軸向固定2.周向固定：采用配合

軸承的固定形式滾動軸承與軸頸和座孔的配合

滾動軸承是標準件，其內(nèi)孔與外徑配合不必標注公差。內(nèi)圈與軸頸的配合是基孔制，外圈與座孔為基軸制。

圓柱公差中基準孔的公差帶在零線之上，而軸承內(nèi)圈孔的公差帶在零線之下，所以軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差標準中規(guī)定的基孔制同類配合要緊的多。

軸承外圈與外殼孔的配合與圓柱公差標準中規(guī)定的基軸制同類配合相比，配合性質(zhì)基本一致，但由于軸承外徑的公差值較小，因而配合也較緊。1）載荷的類型：擺動載荷、定向載荷

滾動軸承回轉(zhuǎn)套圈一般受旋轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)選緊配合，不回轉(zhuǎn)套圈受局部載荷應(yīng)選較松的配合。

當軸承受擺動載荷時，內(nèi)外圈均應(yīng)選較緊配合。具體應(yīng)考慮以下幾個方面：

承受擺動載荷時，特別是承受重載時，內(nèi)外圈均應(yīng)選過盈配合

承受回轉(zhuǎn)載荷的內(nèi)圈與軸應(yīng)選過渡配合，承受局部載荷的外圈一般選用較松配合重載宜緊、輕載宜松

軸承回轉(zhuǎn)時，套圈的溫度通常比相鄰零件的溫度高，應(yīng)考慮熱膨脹作用，低溫宜緊、高溫宜松

軸承旋轉(zhuǎn)精度和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求較高時，盡量避免采用間隙配合

如果軸或軸承箱表面形狀不規(guī)則，將導(dǎo)致軸承內(nèi)外圈的不正常變形。對開式軸承箱與軸承外圈的配合不宜采用過盈配合。當軸承安裝于薄壁、輕合金軸承箱或空心軸上時，應(yīng)選較緊一些的配合

為了有利于裝拆，特別對于重型機械，為了縮短換軸承中停時間，常采用間隙配合，當根據(jù)其他條件決定需用過盈配合時，可采用可分離型軸承和帶緊定套等特殊結(jié)構(gòu)的軸承

要求軸承套圈能在軸上有一定的游動量時，通常承受固定載荷的套圈以間隙配合安裝。如果內(nèi)外圈為無擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承作為游動端時，內(nèi)外圈均可采用過盈配合2）載荷大?。?）工作溫度；4）旋轉(zhuǎn)精度；5）結(jié)構(gòu)要素；6）裝拆方便；7）軸向位移。1.兩端固定兩個軸承各限制一個方向的軸向移動，合起來就限制了軸的雙向移動。

適用于工作溫度變化不大的短軸，考慮到軸受熱伸長，在軸承蓋與外圈端面間應(yīng)留出熱補償間隙c（0.2～0.3mm）。一.軸承的固定：2.一端固定、一端游動：固定端承受雙向軸向載荷（內(nèi)、外圈均需固定），游動端可作軸向游動（不受軸向載荷，以補償軸的熱伸長