第11章-滾動軸承

第11章滾動軸承Rolling-contactBearings教學內容§11-1

滾動軸承的構造和特點§11-2

滾動軸承的類型和選擇§11-3

滾動軸承代號§11-4

滾動軸承的失效形式和計算準則§11-5

滾動軸承的壽命計算§11-6

滾動軸承的靜強度計算§11-7

滾動軸承的極限轉速§11-9減速器輸出軸部件設計§11-8

滾動軸承部件結構設計

滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉動零件的（例如：轉動的齒輪與軸）。滾動軸承在減速器中的應用滾動軸承在海上鉆井平臺上的應用11.1概述HistoryReconstructionofOldBearingSlidingorRollingBearingsSlidingbearings:slidingfrictionμRollingbearings:rollingfrictionμ§13-1滾動軸承的構造和類型軸承的作用：用來支承軸。按摩擦性質的不同分為：滑動軸承滾動軸承：§11.1滾動軸承的構造和特點一、滾動軸承的構造和材料滾動軸承是標準件，主要掌握合理選擇合理使用1.構造內圈外圈滾動體保持架(各類滾動體)保持架：滾動體：外圈：內圈：裝在軸上。裝在軸承座孔中。在兩套圈之間滾動并傳遞載荷。將滾動體均勻隔開。

滾動體分為：球滾子：圓柱形、圓錐形、滾針、鼓形等滾動軸承的特點優(yōu)點：1．起動靈敏，效率高

2．軸向尺寸緊湊

3．旋轉精度高

4．已標準化，成批生產(chǎn)，設計、使用、潤滑、維護都很方便缺點：1．振動噪音大

2．徑向尺寸大

3．不能剖分

4.抗沖擊能力差，高速重載下壽命低§11.1滾動軸承的構造和特點構造和類型3－接觸角◆按可承受的載荷方向不同，滾動軸承分為三類：

能同時承受徑向力和較大的軸向力

主要用來承受軸向力主要用來承受徑向力徑向接觸軸承向心角接觸軸承軸向接觸軸承接觸角α：滾動體的載荷方向線與軸承徑向平面之間的夾角。α↑，承受軸向力的能力↑。11.2滾動軸承的類型和選擇◆按結構形式不同，標準滾動軸承分為13類，最常用的有六類:構造和類型4深溝球軸承（6）圓柱滾子軸承（N、NU）推力球軸承（5）角接觸球軸承（7）圓錐滾子軸承（3）調心球軸承（1）更多的滾動軸承虛擬現(xiàn)實中的滾動軸承調心滾子軸承（2）滾針軸承（NA)向心角接觸軸承徑向接觸軸承推力滾子軸承（8）軸向接觸軸承類型代號成對使用，反向安裝11.2滾動軸承的類型和選擇深溝球軸承11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇11.2滾動軸承的類型和選擇構造和類型511.2.2滾動軸承類型的選擇選擇軸承類型時主要考慮以下問題：1）載荷方向；當FA很大時，選6（N）＋5（8）組合使用。當FA較小時，可選6類。只受FR時，選徑向接觸軸承（1、2、6、N）。只受FA時，選軸向接觸軸承（5、8）或選（7、3）類。同時受FR和

FA時，選向心角接觸軸承（7、3）。2）載荷大??；載荷大或有沖擊振動時，宜選滾子軸承。3）轉速高低；轉速高或要求旋轉精度高時，宜選球軸承。軸向接觸軸承不適宜高轉速，可用6或7類代替。4）調心要求；軸的剛度低、軸承座孔的同軸度低或多支點軸，選調心軸承。5）經(jīng)濟性；精度高的價格高，滾子軸承比球軸承價格高。11.2滾動軸承的類型和選擇舉例：1）直齒圓柱齒輪軸：2）斜齒輪、錐齒輪、蝸輪軸：3）懸臂圓錐齒輪軸：4）蝸桿軸：分別承受Fa、Fr5）滑輪軸：4類：雙列深溝球軸承（∵軸較長）§11.3滾動軸承的代號前置代號基本代號后置代號

軸承組件（表13－4）內

部

結

構

代

號密

封

與

防

塵

結

構

代

號保

持

架

及

其

材

料

代

號特

殊

軸

承

材

料

代

號公

差

等

級

代

號游

隙

代

號承

配

置

代

號其

它

代

號×××××類

型

代

號尺寸系

列代號內

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號滾動軸承代號構成：一、基本代號用代號表示軸承的結構、尺寸、類型、精度等內容，并打印在軸承上。◆內徑代號：代號0001020304～96內徑d10121517代號×5（見表11.4）代號2◆類型代號：常用軸承有：6、7、3、5、N等類型，詳見表11.1?！艄畹燃壌枺悍譃?P0

、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五級。游隙分為：/C1、/C2、0

、/C3、/C4、/C5共六個組別。滾動軸承的代號低級

高級

游隙值：小

大

◆尺寸系列代號：直徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列為正常寬度時，代號為“0”，省略不標。尺寸系列：指內徑相同時，軸承有不同的外徑（直徑系列）和不同的寬度（寬度系列）。0級省略

0組省略。二、后置代號（見表11.3）◆

游隙代號：游隙：指一個套圈相對于另一個套圈，沿徑向或沿軸向，從一個極限位置到另一個極限位置的移動量。（見表11.6）代號36308：深溝球軸承，3─中系列，內徑d=40mm，公差為0級，游隙為0組；N105/P53：圓柱滾子軸承，1─特輕系列，內徑d=20mm，公差為5級，游隙為3組；7214AC/P4：7─角接觸球軸承，2─輕系列，內徑d=70mm，公差為4級，游隙為0組，公稱接觸角α=15°；30213：圓錐滾子軸承，2─輕系列，內徑d=65mm，公差為0級，游隙為0組；注：遇到看不懂的代號時，查閱GB/T272-93?！魞炔拷Y構代號：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；（見表11.5）◆配置代號：（見表11.7）/DB：背對背安裝（反裝）/DF：面對面安裝（正裝）滾動軸承的代號/DT：串聯(lián)安裝（同向）§11.4滾動軸承的失效形式和計算準則滾動軸承工作時，在FR

作用下通常只有半圈滾動體受載。工作時，軸承中各個元件所受載荷及應力是變化的。滾動軸承的載荷分布11.4.1滾動軸承的失效形式點蝕膠合斷裂磨損塑性變形工作情況2計算準則：1.轉速較高的軸承，主要失效形式為“點蝕”，需進行壽命計算。2.轉速很低或擺動的軸承，主要失效形式為塑性變形，需計算靜強度。3.高轉速軸承，主要失效形式為粘著磨損，需校核極限轉速。§11.4滾動軸承的失效形式和計算準則§13-4滾動軸承的壽命計算11.5.1基本公式（幾個概念）

1）滾動軸承的壽命：是指軸承中的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點蝕之前，兩套圈的相對總轉數(shù)或在一定轉速下的運轉小時數(shù)。

軸承壽命的離散性是相當大的（見右圖）。

2）基本額定壽命：指一批相同的軸承，在相同的條件下運轉，其中恰有90％的軸承尚未產(chǎn)生點蝕時的壽命，用L10或Lh10表示。

3）基本額定動載荷：指L10恰為106轉時，軸承所能承受的載荷，用C表示。軸承的壽命/（106r）

L10的可靠度R＝90％。

徑向接觸軸承的C

是徑向載荷，用Cr表示。

向心角接觸軸承的C

是所受載荷的徑向分量，也用Cr表示。

軸向接觸軸承的C

是中心軸向載荷，用Ca表示。§11.5滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命計算211.5.2當量動載荷當量動載荷：是由軸承實際所受載荷轉換得到的與基本額定動載荷C

的確定條件及性質相同的假想載荷，用FP

表示。

軸承壽命計算式中：FP－當量動載荷；n－軸承的轉速（r/min）；ε－壽命指數(shù)，球軸承：ε

＝3；滾子軸承：ε

＝10/3。（11.1）

常以設備的中修期或大修期作為軸承的設計壽命。

各類機器中軸承的預期壽命參見表11.1滾動軸承的壽命計算fp

—載荷性質系數(shù)，用于計入沖擊、振動對載荷的影響。滾動軸承的壽命計算3式中：FR、FA—分別為軸承承受的徑向載荷和軸向載荷；X、Y—分別為軸承的徑向載荷系數(shù)與軸向載荷系數(shù)(查表11.12）當量動載荷11.5.3向心角接觸軸承的軸向載荷計算aFRFnio1.載荷計算中心

滾動體的載荷方向線與軸線的交點o

即為軸承的載荷計算中心（支反力的作用點）。

距離a可查軸承手冊。2.內部軸向力在徑向力FR作用下，各受載滾動體的軸向分力Fsi之和，即為軸承的內部軸向力Fs。滾動軸承的壽命計算圓錐滾子軸承（30000）角接觸球軸承（70000）Fs＝eFRFs=FR／(2Y)內部軸向力Fs與徑向力FR成正比：見表（11.13）。

Fs的方向：沿軸線由軸承外圈的寬邊→窄邊。3.軸向載荷計算正裝反裝滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命計算5FrFR1FR2Fs1Fs2Fx正裝詳細分析

由成對使用，反向安裝的兩個向心角接觸軸承支撐的軸，共受三個軸向力：Fs1、Fs2和外部軸向力

Fx。

已知三個軸向力的大小和方向時，可按下列方法計算軸承的軸向載荷FA。

2）比較自身的內部軸向力與該合力的大小，較大者為該軸承的軸向載荷。1）按代數(shù)值計算另一軸承的內部軸向力與外部軸向力Fx的合力；

就某一個軸承而言：（Fx與Fs2同向取“+”；反向取“－”）（Fx與Fs1同向取“+”；反向取“－”）即：12滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命計算61）根據(jù)三個軸向力的合力方向，判斷軸承的“放松”、“壓緊”狀態(tài)；2）被“放松”軸承的FA

等與自身的內部軸向力；3）被“壓緊”軸承的FA等與除自身內部軸向力以外，其余各軸向力之和。

當Fs2＋Fx＜Fs1時，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”。則，F(xiàn)A2＝Fs2＋Fx

，F(xiàn)A1＝Fs1向心推力軸承的軸向載荷FA也可按下述方法計算：當Fs2＋Fx＞Fs1時，F(xiàn)A1＝Fs2＋FxFA1＝Fs1當Fs2＋Fx＜Fs1時，當Fs1－Fx＞Fs2時，F(xiàn)A2＝Fs1－FxFA2＝Fs2當Fs1－Fx＜Fs2時，對軸承1：對軸承2：例如：例如：滾動軸承的壽命計算同一支點成對安裝同型號向心角接觸軸承的計算

此種情況按雙列軸承計算，雙列軸承的基本額定動載荷CΣ

和基本額定靜載荷C0Σ

為根據(jù)單個軸承的C和C0計算：

角接觸球軸承：

圓錐滾子軸承：其他情況下滾動軸承的壽命計算不穩(wěn)定載荷下的軸承壽命計算

將不穩(wěn)定的載荷和轉速，轉化成平均當量動載荷和平均轉速后，進行計算。

系數(shù)X、Y－按雙列軸承選取。不同可靠度的軸承壽命基本額定壽命Lh10的可靠度為90%。但是，重要機器中的軸承，往往對可靠度有更高的要求。某個可靠度下的壽命：式中：γ－可靠度系數(shù)?？煽慷龋?）909596979899γ1.00.620.530.440.30.21可靠度系數(shù)γ(GB/T6391-1995)其他情況下滾動軸承的壽命計算滾動軸承尺寸的選擇滾動軸承尺寸的選擇11.5.4滾動軸承壽命計算程序框圖§13-5滾動軸承的靜強度計算§11.6滾動軸承的靜強度計算對于轉速很低或緩慢擺動的軸承，為防止塑性變形失效，需計算軸承的靜強度。當量靜載荷FP0FP0=X0FR+Y0FA式中：X0、Y0－為靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷系數(shù)。

基本額定靜載荷C0－使軸承中受載最大滾動體的接觸應力達到下列規(guī)定值的載荷（球軸承：4200MPa；調心軸承：4600MPa；滾子軸承：4000MPa）。

徑向接觸軸承的C0

是徑向載荷。

向心角接觸軸承的C0

是所受載荷的徑向分量。

軸向接觸軸承的C0

是中心軸向載荷。注：如計算的FP0＜FR，取FP0＝FR。靜強度條件為：式中：S0－靜強度安全系數(shù)。FP0≤§11.7滾動軸承的極限轉速極限轉速：在一定載荷和潤滑條件下，軸承所允許的最高轉速。軸承樣本和手冊中，列出了特定條件下的極限轉速

nlim。（FP≤0.1C，潤滑與冷卻條件正常）實際工作條件下的極限轉速：nmax＝f1f2nlim

式中：f1－載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對極限轉速的影響。f2－載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對極限轉速的影響。

軸承的組合設計實際上就是如何在機器中合理的使用軸承。組合設計中主要應考慮以下幾個方面的問題：11.8.1滾動軸承軸系的固定

通過軸承與軸和軸承座之間的聯(lián)接固定，使軸系在機器中有確定的位置。

§11.8滾動軸承部件結構設計

要求：1）使軸上的載荷能可靠的傳到機架上去，防止軸沿軸向串動。2）受熱膨脹時，軸能自由伸縮。

典型的軸系固定方法主要有三種：1.兩端固定支承

一端軸承的固定只限制軸沿一個方向的串動，另一端軸承的固定限制另一方向的串動，兩端軸承的固定共同限制軸的雙向串動。對于深溝球軸承，應留熱補償間隙Δ＝0.25～0.4mm(圖11.12)調整墊片組合設計2

特點：結構簡單，安裝調整容易，適用于溫度變化不大的短軸。2.一端固定一端游動支承(圖11.13)

一端軸承的固定即限制軸的雙向串動；另一端軸承不固定，為游動支承。

特點：軸的位置準確，但結構較復雜，適用于溫度變化大的長軸。3.兩端游動支承(圖11.14)兩端軸承的固定均不限制軸的軸向串動，均為游動支承。

例如：人字齒圓柱齒輪傳動中的小齒輪軸必須采用兩端游動支承。但大齒輪的軸向位置必須固定。11.8.2滾動軸承組合結構的調整1.軸系軸向位置的調整目的：使軸上零件有準確的位置。例如：蝸輪的中間平面應通過蝸桿軸線；兩個錐齒輪的錐頂要重合。(圖11.16)滾動軸承的組合設計徑向位置由中心距保證軸向位置用墊片調整蝸輪位置調整組合設計31.軸承游隙的調整(圖11.15)游隙的大小直接影響軸的旋轉精度、軸承的載荷分布以及軸承的壽命等。

徑向接觸軸承的游隙是在制造時保證的；圓錐滾子軸承的游隙是在安裝時保證的。滾動軸承的組合設計組合設計4滾動軸承的組合設計11.8.3滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指內圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。內圈孔與軸的配合為基孔制，外圈與軸承座孔的配合為基軸制。轉動套圈的配合應緊一些，不動套圈的配合應松一些。轉速高、載荷大、振動強烈時，配合應緊；游動套圈配合應松。配合標注：內圈與軸：只標注軸外圈與孔：只標注孔組合設計511.8.4滾動軸承的安裝與拆卸裝拆滾動軸承時，不能通過滾動體來傳力，以免造成滾道或滾動體的損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時以使用專門的工具為宜。更多圖片錯誤的施力正確的施力配合過盈量小的中、小型軸承可用手錘打入或壓力機壓入；配合過盈量大的軸承常用溫差法裝配。滾動軸承的組合設計注意：內、外環(huán)用不同工具注意：h≥1/4外環(huán)厚度設計：潘存云設計：潘存云h1h1外圈：應留拆卸高度，或留螺孔。設計：潘存云設計：潘存云§13-8滾動軸承的潤滑與密封1）滾動軸承的潤滑1．潤滑的主要作用

降低摩擦，減少磨損；

油潤滑可以到起散熱、冷卻作用；

滾動體與滾道之間形成的油膜，可以起緩沖、吸振作用；

軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以起防銹作用。通常根據(jù)dn值選擇潤滑方式，各類潤滑方式的dn值見表12－15。2．潤滑方式的選擇§11.8.5滾動軸承的潤滑與密封常用