第16章滾動(dòng)軸承

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第16章滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專業(yè)軸承廠集中生產(chǎn)。組成外圈內(nèi)圈滾動(dòng)體保持架16.1滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn)16.1.1滾動(dòng)軸承的組成滾動(dòng)體類型球圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)：●摩擦阻尼小，啟動(dòng)靈活；●可同時(shí)承受徑向和軸向載荷，簡化了支承結(jié)構(gòu)；●徑向間隙小，還可用預(yù)緊方法消除間隙，因此回轉(zhuǎn)精度高；●互換性好，易于維護(hù)。缺點(diǎn)：●抗沖擊能力較差；●高速時(shí)噪聲大，壽命較低；●徑向尺寸大。16.1.2滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)1.按承載方向和公稱接觸角分向心軸承：0°≤α≤45°，主要承受徑向載荷；徑向接觸軸承——α＝0°的向心軸承；向心角接觸軸承——0°<α≤45°的向心軸承；16.1.3滾動(dòng)軸承的基本類型推力軸承：45°<α≤90°，主要承受軸向載荷；軸向接觸軸承——α＝90°的推力軸承推力角接觸軸承——45°<α<90°的推力軸承2.按滾動(dòng)體的種類可分為：球軸承和滾子軸承

前置代號(hào)

基本代號(hào)

后置代號(hào)

類型代號(hào)

尺寸系列代號(hào)

內(nèi)徑代號(hào)16.2滾動(dòng)軸承的代號(hào)16.2.1代號(hào)（1）類型代號(hào)2.基本代號(hào)用數(shù)字或字母表示

1—調(diào)心球軸承

3—圓錐滾子軸承

5—推力球軸承

6—深溝球軸承

7—角接觸球軸承

N—圓柱滾子軸承1.前置代號(hào)

用字母表示成套軸承的分部件，代號(hào)和含義參閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》

（2）尺寸系列代號(hào)

同一內(nèi)徑的軸承有不同的寬度和外徑，故尺寸系列代號(hào)由軸承的寬度系列和直徑系列代號(hào)（2位數(shù)字）組成。寬度系列直徑系列0—窄

1—正常

2—寬

3、4—特寬

5、6—特寬0—特輕

1—特輕

2—輕

3—中

4—重

（3）內(nèi)徑代號(hào)

內(nèi)徑在20~495mm之間的軸承，其代號(hào)為d/5，其余見表16-5。3.后置代號(hào)

用于表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求，用字母或數(shù)字表示；如：接觸角為150、250和400的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。

又如：軸承的公差等級(jí)分別為2級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、6x級(jí)、6級(jí)和0級(jí)，共6個(gè)級(jí)別，依次由高級(jí)到低級(jí)，其代號(hào)分別為：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6和/P0。1.根據(jù)載荷的大小及性質(zhì)載荷大或沖擊大－選滾子軸承（線接觸）；載荷小或沖擊小－選球軸承（點(diǎn)接觸）；16.2.2類型的選擇徑向、軸向載荷－角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3)軸向載荷不大時(shí)，可用深溝球軸承2.根據(jù)載荷的方向純徑向載荷－選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N)純軸向載荷－選推力軸承（5或8）3.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低轉(zhuǎn)速高－選球軸承；轉(zhuǎn)速低－選滾子軸承；4.根據(jù)回轉(zhuǎn)精度精度要求高－選球軸承；5.根據(jù)調(diào)心性能軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點(diǎn)支承

——選調(diào)心軸承（“1”類或“2”類）；各滾動(dòng)體上的受力情況如何：FaFaiFaj▲當(dāng)軸承僅受到純軸向力Fa

作用時(shí)：載荷由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)，即：Fai＝Faj

16.3.1向心軸承中載荷的分布16.3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算接觸點(diǎn)產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)圈下沉δ，最多只有半圈滾動(dòng)體受載。承載區(qū)各滾動(dòng)體的變形量不同，受載大小也不同。對(duì)于點(diǎn)接觸軸承：對(duì)于線接觸軸承：滾動(dòng)體與套圈滾道接觸點(diǎn)的接觸應(yīng)力是變應(yīng)力，因此：可看成脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。全部滾動(dòng)體個(gè)數(shù)▲當(dāng)軸承僅受到純徑向力Fr

作用時(shí)：16.3.2失效形式1.疲勞點(diǎn)蝕——最主要的失效形式

滾動(dòng)體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點(diǎn)蝕。

防止點(diǎn)蝕破壞，是計(jì)算滾動(dòng)軸承的主要目的。接觸應(yīng)力過大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。2.塑性變形——低速軸承的主要失效形式原因是載荷過大或沖擊載荷作用。3.磨損、膠合、保持架斷裂等潤滑和密封不良將導(dǎo)致磨粒磨損和粘著磨損。

使用維護(hù)不當(dāng)或受到?jīng)_擊而引起套圈、保持架破裂，屬于非正常失效。16.3.3軸承壽命1.軸承壽命

軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時(shí)數(shù)。2.基本額定壽命

一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時(shí)數(shù)。用L或Lh

表示。90％10％完好按額定壽命選用軸承，可靠性為90％。注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化。比如：外載增大，額定壽命降低。因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。3.基本額定動(dòng)載荷

規(guī)定軸承在額定壽命為106轉(zhuǎn)時(shí)，所能承受的最大載荷，稱為基本額定動(dòng)載荷，用C表示。即：在C的作用下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時(shí)，有10％的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90％的軸承完好。額定動(dòng)載荷越大軸承的承載能力越大對(duì)于具體軸承，C為定值，按手冊(cè)查取。Cr

－向心軸承的基本額定動(dòng)載荷，稱為徑向額定動(dòng)載荷。Ca

－推力軸承的基本額定動(dòng)載荷，稱為軸向額定動(dòng)載荷。

當(dāng)工作溫度變化（高于120℃）或材質(zhì)變化時(shí)，C值會(huì)變化，用溫度系數(shù)ft修正：對(duì)于向心軸承，C為徑向力；對(duì)于推力軸承，C為軸向力。但軸承可能同時(shí)承受徑向載荷Fr

和軸向載荷Fa。FaFr為了與C在相同的條件下進(jìn)行比較，引入當(dāng)量動(dòng)載荷的概念。當(dāng)量動(dòng)載荷：一假想載荷，與C同類型，它對(duì)軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用P表示。計(jì)算式：X

－徑向系數(shù)Y

－軸向系數(shù)查表16-114.當(dāng)量動(dòng)載荷PX、Y的作用是將Fr、Fa折合成當(dāng)量動(dòng)載荷。實(shí)際工作條件下，需引入載荷系數(shù)fP（表16-9）修正P：X、Y取決于：Fa/Fr和參數(shù)e。若：Fa/Fr＞e

X≠0、Y≠0若：Fa/Fr≤e

X

＝1、Y

＝0參數(shù)e根據(jù)Fa/C0確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力?；绢~定靜載荷對(duì)于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：對(duì)于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：或：5.基本額定壽命計(jì)算目的—根據(jù)工作條件和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的軸承。載荷與額定壽命的關(guān)系曲線：式中：P為當(dāng)量動(dòng)載荷；L為P作用下的額定壽命。ε為壽命指數(shù)，球軸承ε

＝3，滾子軸承ε

＝10/3。所以：實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用小時(shí)數(shù)表示軸承的額定壽命：或：－已知軸承的C，計(jì)算額定壽命－根據(jù)預(yù)期壽命Lh′，計(jì)算所需的C′

當(dāng)載荷為額定動(dòng)載荷C時(shí)：壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿足：或：16.3.4角接觸軸承中的附加軸向力由于角接觸軸承受徑向載荷后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的附加軸向力，所以應(yīng)成對(duì)使用1.角接觸軸承的內(nèi)部軸向力Fs向心角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）受純徑向載荷作用后，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部軸向分力Fs

。O

－支反力作用點(diǎn)，即法線與軸線的交點(diǎn)。表16-12給出了Fs

的近似計(jì)算方法。內(nèi)部軸向力：注意Fs的方向2.角接觸軸承的排列方法一般有兩種安裝形式：●

正裝－面對(duì)面安裝兩軸承外圈的窄邊相對(duì)，即內(nèi)部軸向力指向相對(duì)?！?/p>

反裝－背靠背安裝兩軸承外圈的寬邊相對(duì)，即內(nèi)部軸向力指向相背。正裝時(shí)跨距短，軸剛度大；反裝時(shí)跨距長，軸剛度??；3.角接觸軸承的軸向載荷Fa當(dāng)外載既有徑向載荷又有軸向載荷時(shí)，角接觸軸承的軸向載荷Fa

＝？要同時(shí)考慮軸向外載FA和內(nèi)部軸向力

Fs。①軸承正裝●

若Fs1+FA>Fs2Fs1Fs2FAFa圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：12軸向合力向右，軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，但外圈被固定，使得

Fs2和△Fa

都是右軸承所受的力，故：使軸向力平衡，故：右軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力△Fa，而左軸承被放松，F(xiàn)r1Fr2合力即：（壓緊端）（放松端）●

若Fs1+FA<Fs2Fs1Fs2FAFa’12軸向合力向左，軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，

Fs1和△Fa′

都是左軸承所受的力，故：使軸向力平衡：故：左軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力△Fa′，而右軸承被放松，即：（壓緊端）（放松端）合力FAFa′Fs1Fs212②軸承反裝●

若Fs2+FA>Fs1軸向合力向右，軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，左軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力△Fa′，使軸向力平衡：∴（壓緊端）（放松端）FAFaFs1Fs212軸向合力向左，軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，右軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力△Fa，使軸向力平衡：●

若Fs2+FA<Fs1，（放松端）（壓緊端）∴歸納如下：根據(jù)排列方式判明內(nèi)部軸向力Fs1、Fs2的方向；判明軸向合力指向及軸可能移動(dòng)的方向，分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”；“放松”端的軸向載荷等于自身的內(nèi)部軸向力，“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身內(nèi)部軸向力外其它軸向力的代數(shù)和。對(duì)于能夠承受少量軸向力而α＝0的向心軸承：（如深溝球軸承）FAFr1Fr2因?yàn)椋害粒?,Fs1＝0，F(xiàn)s2＝0所以：Fa＝FA圖中：Fa1＝0Fa2＝FA16.3.5滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算目的—防止軸承元件發(fā)生塑性變形針對(duì)低速或受較大沖擊載荷作用的軸承1.基本額定靜載荷C0：該性能參數(shù)——限制塑性變形的極限載荷值對(duì)向心軸承為C0r－徑向額定靜載荷對(duì)推力軸承為C0a－軸向額定靜載荷調(diào)心球軸承——4600MPa

指軸承最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起以下接觸應(yīng)力時(shí)所相當(dāng)?shù)募傧霃较蜢o載荷或中心軸向靜載荷：所有其他球軸承——4200MPa所有滾子軸承——4000MPa靜強(qiáng)度條件

：P0

－當(dāng)量靜載荷S0

－靜強(qiáng)度安全系數(shù)2.當(dāng)量靜載荷P0

：

同時(shí)受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承，應(yīng)按當(dāng)量靜載荷進(jìn)行分析計(jì)算。α≠0的向心軸承（深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心軸承）查手冊(cè)，取大值α=0的向心軸承（圓柱滾子軸承、滾針軸承）：α=900的推力軸承（推力球軸承、推力滾子軸承）：α≠0的推力調(diào)心滾子軸承軸承，當(dāng)Fr≤0.55Fa時(shí)：3.靜強(qiáng)度計(jì)算徑向系數(shù)軸向系數(shù)一般工作條件的軸承轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動(dòng)的軸承—進(jìn)行壽命計(jì)算，防止點(diǎn)蝕破壞—靜強(qiáng)度計(jì)算—按靜強(qiáng)度計(jì)算，防止塑性變形16.3.6滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)則高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承—進(jìn)行壽命計(jì)算—驗(yàn)算極限轉(zhuǎn)速③固體潤滑劑——二硫化鉬，石墨2.潤滑劑①潤滑油——植物油，礦物油，動(dòng)物油主要指標(biāo)：粘度、油性、凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、酸值等②潤滑脂——鈣基、鈉基、鋰基潤滑脂主要指標(biāo)：針入度，滴點(diǎn)1.潤滑的目的減少摩擦磨損、冷卻、吸振、防銹16.4滾動(dòng)軸承的潤滑和密封油潤滑：高速時(shí)脂潤滑：低速時(shí)。裝填量不超過軸承空間的1/3～1/2，裝脂過多，易于引起摩擦發(fā)熱，影響軸承的正常工作固體潤滑：特殊情況下（高溫、真空等）油潤滑：浸油（飛濺）潤滑滴油潤滑噴油潤滑油霧潤滑

根據(jù)速度及軸承類型選擇。3.潤滑類型密封型式接觸式密封非接觸密封★轉(zhuǎn)速不高時(shí)用接觸式密封★轉(zhuǎn)速較高時(shí)用非接觸式密封4.密封目的：防塵、防水、防止?jié)櫥瑒┝魇秩γ芊馄ね朊芊庥蜏厦芊饷詫m密封接觸式密封氈圈密封v＜5m/s，結(jié)構(gòu)簡單。壓緊力不能調(diào)整。用于脂潤滑皮碗密封v＜4m/s~12m/s，實(shí)驗(yàn)方便，密封可靠。用于油潤滑非接觸密封組合設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：①固定②調(diào)整③配合與裝拆④潤滑與密封

組合設(shè)計(jì)合理與否將影響軸系的受力、運(yùn)轉(zhuǎn)精度、軸承壽命及機(jī)器性能。重點(diǎn)：軸承的固定方法和調(diào)整。16.5滾動(dòng)軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16.5.1軸承的固定

軸的支撐結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)軸系起固定作用，承受軸向力，防止軸系發(fā)生軸向躥