第13章 滾動軸承教材

第13章滾動軸承（時間：2次課，4學(xué)時）第13章滾動軸承本章要點及學(xué)習(xí)指導(dǎo)：本章主要內(nèi)容有滾動軸承的類型、特點和代號、滾動軸承的失效形式和選擇計算、滾動軸承的潤滑、密封以及組合設(shè)計。學(xué)習(xí)本章應(yīng)重點掌握下列內(nèi)容：熟悉滾動軸承的主要類型、特點和代號；能正確選擇滾動軸承的類型；能進行滾動軸承壽命計算；根據(jù)外載荷、結(jié)構(gòu)等要求，能進行滾動軸承組合設(shè)計；能夠從軸向位置固定、間隙調(diào)整、裝拆、潤滑和密封等方面，分析已有的軸承組合結(jié)構(gòu)。第13章滾動軸承案例導(dǎo)入：用廣泛應(yīng)用于支承軸及軸上零件、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損的裝置導(dǎo)入。提出滾動軸承的構(gòu)造、基本類型，介紹滾動軸承的代號，怎樣進行滾動軸承的選擇計算，滾動軸承的潤滑和密封方法及如何進行滾動軸承的組合設(shè)計。第13章滾動軸承13.1滾動軸承的構(gòu)造及基本類型13.2滾動軸承的代號21113.3滾動軸承的選擇計算13.4滾動軸承的靜強度計算13.5滾動軸承的潤滑和密封13.6滾動軸承的組合設(shè)計習(xí)題與練習(xí)13.1滾動軸承的構(gòu)造及基本類型13.1.1滾動軸承的構(gòu)造13.1.2滾動軸承的分類與特性13.1.1滾動軸承的構(gòu)造滾動軸承的構(gòu)造可用如圖13.1所示的軸承來說明，它是由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成。內(nèi)圈通常裝配在軸上隨軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈通常裝在軸承座孔內(nèi)，保持架使?jié)L動體等距離分布在軸承內(nèi)，以減少摩擦和摩損。保持架外圈內(nèi)圈滾動體保持架13.1.2滾動軸承的分類與特性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稱為接觸角，如圖13.2所示。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。1. 按軸承所受載荷方向分(1) 向心軸承(0°≤

≤45°)，它又可分為徑向接觸向心軸承(

=0°主要受徑向載荷)和角接觸向心軸承(0°＜

≤45°能同時承受徑向載荷和軸向載荷。(2) 推力軸承(45°＜

≤90°)，又可分為軸向推力軸承(

=90°只能承受軸向載荷)和推力角接觸軸承(45°＜

＜90°主要承受軸向載荷，也可以承受小的徑向載荷。1、按接觸角

向心軸承

徑向力

向心角接觸軸承

推力角接觸軸承

推力軸承

徑向力（主要）軸向力

徑向力軸向力

（主要）軸向力2. 按滾動體形狀分(1) 球軸承，如圖13.3(a)所示；(2) 滾子軸承，如圖13.3(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。

承載能力低，極限轉(zhuǎn)速高滾子軸承承載能力高，極限轉(zhuǎn)速低

球軸承滾子軸承滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體應(yīng)具有較高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用特殊軸承鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等滾動軸承的工作表面必須經(jīng)磨削拋光，以提高其接觸疲勞強度。保持架多用低碳鋼板通過沖壓成形方法制造，也可采用有色金屬或塑料等材料。為適應(yīng)某些特殊要求，有些滾動軸承還要附加其他特殊元件或采用特殊結(jié)構(gòu)，如軸承無內(nèi)圈或外圈、帶有防塵密封結(jié)構(gòu)或在外圈上加止動環(huán)等。常見滾動軸承的類型、特性及應(yīng)用見表13.1。常用滾動軸承的類型3、最常用幾種：（1）深溝球軸承（向心球軸承）（圖示）

主要承受徑向載荷，也可同時承受少量雙向軸向載荷，工作時內(nèi)外圈軸線允許偏斜8′～16′。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊載荷能力較差。適用于高速場合，在高速時，可能來代替推力球軸承。

能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時調(diào)整，通常成對使用，對稱安裝。適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好場合（2）圓錐滾子軸承（圖示）（3）推力軸承單推力軸承雙推力軸承推力球軸承的套圈與滾動體多半是可分離的。有單向和雙向之分。

單向推力球軸承只能承受單向軸向載荷，兩個套圈的內(nèi)孔不一樣大，內(nèi)徑較小的是緊圈，與軸配合，內(nèi)孔較大的是松圈，與機座固定在一起。極限轉(zhuǎn)速較低，適用于軸向力大而轉(zhuǎn)速較低的場合。

雙向推力球軸承可承受雙向軸向載荷，中間套圈為緊圈，與軸配合，另兩套圈為松圈。高速時，由于離心力大，球與保持架因摩擦而發(fā)熱嚴重，壽命較低。常用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高處。（4）圓柱滾子軸承

只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷。承受載荷能力比同尺寸的球軸承大，尤其是承受沖擊載荷能力強，極限轉(zhuǎn)速較高。

用于承受徑向載荷，也能承受少量的雙向軸向載荷。外圈滾道為球面，具有調(diào)心性能，內(nèi)外圈軸線相對偏斜允許0.5°～2°，適用于多支點軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承。（5）調(diào)心球軸承

這類軸承采用數(shù)量較多的滾針作滾動體，一般沒有保持架。徑向結(jié)構(gòu)緊湊，且徑向承載能力很強，價格低廉。缺點是不能承受軸向載荷，滾針間有摩擦，旋轉(zhuǎn)精度及極限轉(zhuǎn)速低，工作時不允許內(nèi)、外圈軸線有偏斜。常用于轉(zhuǎn)速較低而徑向尺寸受限制的場合。（6）滾針軸承

能同時承受徑向載荷與單向的軸向載荷，公稱接觸角α有15°、25°、40°三種。α越大，軸向承載能力也越大。通常成對使用，對稱安裝。極限轉(zhuǎn)速較高。適用于轉(zhuǎn)速較高、同時承受徑向和軸向載荷的場合。

（7）角接觸球軸承（圖9－3j）

可以承受很大的軸向載荷和一定的徑向載荷。滾子為鼓形，外圈滾道為球面，能自動調(diào)心，允許軸線偏斜2°～3°，轉(zhuǎn)速可比推力球軸承高，常用于水輪機軸和起重機轉(zhuǎn)盤等。（8）推力調(diào)心滾子軸承13.1.2滾動軸承的分類與特性13.1.2滾動軸承的分類與特性有幾點說明如下。(1) 承載能力：在同樣外形尺寸下，滾子軸承的承載能力約為球軸承的倍，故在較大載荷或有沖擊載荷時，宜采用滾子軸承。(2) 極限轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速過高會使摩擦面間產(chǎn)生高溫，潤滑失效，從而導(dǎo)致滾動體回火或膠合破壞，滾動軸承在一定載荷和潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速。(3) 角偏差：軸承由于安裝誤差或軸的變形都會引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜，其傾斜角稱為角偏差。調(diào)心軸承能補償兩滾道軸心線的角偏差。13.2滾動軸承的代號13.2.1基本代號13.2.2前置代號13.2.3后置代號

13.2滾動軸承的代號前置代號基本代號后置代號

軸承的分

部件代號內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

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

號多

軸

承

配

置

代

號其

它

代

號五四三二一類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號滾動軸承代號構(gòu)成：滾動軸承類型很多，為了便于生產(chǎn)和選用軸承，國家標準規(guī)定了滾動軸承的代號，軸承代號由基本代號和前置代號和后置代號組成，見表13.2。代號用于表征滾動軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等，由GB/T272規(guī)定。前置代號——表示軸承的分部件?；敬枴硎据S承的類型與尺寸等主要特征。后置代號——表示軸承的精度與材料的特征。13.2.1基本代號基本代號表示軸承的基本類型、內(nèi)徑和尺寸系列。(1) 內(nèi)徑代號：基本代號中右起第一、二位數(shù)字表示軸承的內(nèi)徑，表示方法見表13.3。13.2.1基本代號圖13.4軸承的直徑系列(2)

直徑系列代號右起第三位數(shù)字表示軸承的直徑系列，它表示同一內(nèi)徑的軸承有不同的寬度和外徑，如圖13.4所示。13.2.1基本代號(3) 寬(高)度系列代號右起第四位數(shù)字表示寬度系列，是指同一內(nèi)徑和外徑的軸承具有不同的寬度。直徑系列和寬(高)度系列代號統(tǒng)稱為尺寸系列，其表示方法見表13.4。(4) 類型代號右起第五位數(shù)字或字母表示軸承類型，其代號見表13.1。13.2.2前置代號前置代號用字母表示成套軸承的分部件。前置代號及其含義可查閱GB/T272—1993?；敬栕筮叄硎据S承的分部件，用字母表示

L、K、R、NU、WS、GS

GB/T272－199313.2.3后置代號用字母和數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料等特殊要求，見表13.5~表13.7。13.2.3后置代號13.2.3后置代號13.2.3后置代號例13-1試說明滾動軸承代號62206和7312AC/P6的含義。13.3滾動軸承的選擇計算13.3.1失效形式13.3.2軸承壽命13.3.3當量動載荷的計算13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷的計算失效形式滾動軸承的失效形式主要有三種：疲勞點蝕、塑性變形和磨損13.3.1失效形式滾動軸承的失效形式主要有以下幾種：(1) 疲勞點蝕如圖13.5所示，深溝球軸承承受徑向載荷后，由于彈性變形，內(nèi)圈將隨軸一起沿方向下降0，這樣軸承上半圈滾動體不受載荷作用，下半圈受載荷作用，由圖可知，下半圈內(nèi)各滾動體所受載荷是不相等的，處于作用線最下位置的滾動體受載最大。對于回轉(zhuǎn)的軸承，滾動體與套圈間產(chǎn)生變化的接觸應(yīng)力，因此，在工作一段時間后，接觸表面就會產(chǎn)生疲勞點蝕，點蝕發(fā)生后，噪音和振動加劇，軸承失效。13.3.1失效形式(2) 永久變形當軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，一般無點蝕，但在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承滾道與滾動體接觸處產(chǎn)生永久變形(形成凹坑)，增加了軸承的摩擦、振動和噪聲，以致軸承不能正常工作。此外，由于使用維護和保養(yǎng)不當或潤滑密封不良等因素，也能引起早期磨損、膠合等失效。13.3.2軸承壽命1. 壽命軸承壽命是指軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)。2. 可靠度大量的試驗表明，滾動軸承的疲勞壽命是相當離散的。即使是同樣材料，同樣尺寸，同一批生產(chǎn)出來的軸承，在相同條件下運轉(zhuǎn)，它的壽命也是極不相同的。3. 基本額定壽命一組同型號軸承在同一條件下運轉(zhuǎn)，其中90％的軸承在發(fā)生疲勞點蝕前能達到或超過的壽命，稱為基本額定壽命。用L(單位106

r)或Lh(小時)表示，其可靠度為90％。13.3.2軸承壽命4. 基本額定動載荷滾動軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，載荷愈大壽命越短。軸承的基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值稱為軸承的基本額定動載荷，用C表示，C越大，表示軸承承受載荷的能力越強。對向心軸承，用表示徑向基本額定動載荷；對于推力軸承，用表示軸向基本額定動載荷。各種軸承的基本額定動載荷值可在軸承標準中查得。13.3.2軸承壽命13.3.3當量動載荷的計算為了與基本額定動載荷在相同條件下進行比較，在計算軸承壽命時，應(yīng)將實際載荷換算成與試驗條件相同的載荷后，才能和基本額定動載荷進行比較，換算后的載荷是一個假想的載荷，在這個載荷作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下軸承的壽命相等，這個載荷稱為當量動載荷。用P表示，其計算公式為式中，F(xiàn)r、Fa分別為軸承的徑向與軸向載荷，X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)及軸向動載荷系數(shù)，由表13.10查得。13.3.3當量動載荷的計算13.3.3當量動載荷的計算13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷

的計算角接觸向心軸承由于結(jié)構(gòu)上的特點(有接觸角)，在承受徑向載荷時，要產(chǎn)生內(nèi)部軸向力，如圖13.6所示，這個內(nèi)部軸向力等于承受載荷的各滾動體產(chǎn)生的內(nèi)部軸向分力之和。的計算式見表13.11。13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷的計算圖13.6徑向載荷產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷

的計算13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷的計算計算軸承的軸向載荷Fa時，除軸向外載荷FA外，還應(yīng)將由徑向載荷Fr產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力F′考慮進去，若把軸與軸承內(nèi)圈視為一體，并以它為分離體來考慮軸系的軸向平衡，就可以確定各軸承所受的軸向載荷，例如，在圖13.7中，Y有兩種情況：(1) 當FA+F2′＞F1′，則軸有向右移動的趨勢，為使軸系平衡，軸承1承受的軸向載荷顯然是Fa1=FA+F2′，而軸承2承受的軸向載荷為Fa2=F2′。(2) 當FA+F2′＜F1′，則軸承有向左移動的趨勢，為使軸系平衡，此時軸承2承受的軸向載荷Fa2=F1′-FA，而軸承1所受的軸向載荷為Fa1=F1′。13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷的計算圖13.7角接觸向心軸承軸向載荷的分布13.3.4角接觸向心軸承軸向載荷的計算例13-2一工程機械傳動裝置，采用一對角接觸向心球軸承，如圖13.7(a)所示，并暫定軸承型號為7210AC。已知軸承所受載荷Fr1=1200N，F(xiàn)r2=2000N，軸向載荷FA=880N，轉(zhuǎn)速n=5000r/min，運轉(zhuǎn)中受中等沖擊，預(yù)期壽命Lh=3000h，試問所選軸承型號是否恰當？13.4滾動軸承的靜強度計算13.4.1基本額定靜載荷C013.4.2當量靜載荷P013.4.3靜強度計算13.4滾動軸承的靜強度計算當滾動軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，其主要失效形式為塑性變形，特別是在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會產(chǎn)生永久變形(形成凹坑)。因此對此類軸承應(yīng)按靜強度計算。13.4.1基本額定靜載荷C0軸承受載后，在應(yīng)力最大的滾動體與滾道接觸處產(chǎn)生的塑性變形量之和為滾動體直徑的萬分之一時，所承受的載荷稱為該滾動軸承的基本額定靜載荷，以C0表示。各種軸承的C0值可從有關(guān)標準和手冊中查到。13.4.2當量靜載荷P0當軸承承受徑向和軸向的復(fù)合載荷時，需折算成當量靜載荷進行計算。當量靜載荷為一定載荷，在此載荷作用下，滾動軸承受載最大的滾動體和滾道接觸處產(chǎn)生的永久變形量之與實際載荷作用下的永久變形量相等。計算公式為式中，X0、Y0分別為滾動軸承的徑向靜載荷系數(shù)及軸向靜載荷系數(shù)，見表13.12。13.4.2當量靜載荷P013.4.3靜強度計算限制軸承產(chǎn)生過大塑性變形的靜強度計算公式為≥S0式中，S0為靜強度安全系數(shù)，見表13.13；C0為基本額定靜載荷(N)；P0為當量靜載荷(N)。13.4.3靜強度計算13.5滾動軸承的潤滑和密封13.5.1滾動軸承的潤滑13.5.2滾動軸承的密封13.5滾動軸承的潤滑和密封要延長軸承的使用壽命和保持旋轉(zhuǎn)精度，使用中應(yīng)加強對軸承的維護，采用合理的潤滑和密封。13.5.1滾動軸承的潤滑潤滑的目的主要是減少摩擦、磨損，同時也有冷卻、吸振、防銹和減小噪聲的作用。滾動軸承常用的的潤滑劑有潤滑油、潤滑脂及固體潤滑劑。潤滑方式和潤滑劑的選擇，可根據(jù)速度因數(shù)dn值來定。d代表軸承內(nèi)徑(mm)，n代表軸承轉(zhuǎn)速(r/min)，當dn＜(1.5~2)105

mmr/min時，一般滾動軸承可采用潤滑脂潤滑，脂潤滑的優(yōu)點是，潤滑脂不易流失，便于密封和維護，一次填充可運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)長時間。當超過上述范圍時宜采用油潤滑，油潤滑的優(yōu)點是，摩擦阻力小，且可起到散熱，冷卻作用。潤滑方式常用浸油或飛濺潤滑，浸油潤滑時油面不應(yīng)高于最下方滾動體中心，以免攪油能量損失較大，使軸承過熱。而高速軸承可采用噴油或油霧潤滑。13.5.2滾動軸承的密封軸承的密封是為了阻止灰塵，水分等雜物進入軸承，同時也為了防止?jié)櫥瑒┑牧魇?，密封方法的選擇與潤滑劑種類，工作環(huán)境，溫度密封處的圓周速度有關(guān)，密封方法分接觸式和非接觸式兩大類，表13.14列出了常用密封裝置形式適用范圍性能。13.5.2滾動軸承的密封13.5.2滾動軸承的密封13.6滾動軸承的組合設(shè)計13.6.1滾動軸承的軸向固定13.6.2軸承組合的調(diào)整13.6.3滾動軸承的配合13.6.4軸承的裝拆13.6滾動軸承的組合設(shè)計為了保證滾動軸承在預(yù)定期限內(nèi)正常工作，除了正確選擇滾動軸承類型和尺寸外還應(yīng)進行滾動軸承的組合設(shè)計，保證軸和軸上零件在工作中有確定的工作位置、防止軸向竄動，處理好軸承與其周圍零件的關(guān)系，即解決軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整和裝拆等問題。13.6.1滾動軸承的軸向固定1. 兩端固定兩端軸承各限制一個方向的軸向位移，如圖13.8(a)所示，這種結(jié)構(gòu)形式簡單，適用于普通工作溫度下的短軸(跨距≤350mm)，考慮到軸受熱后的伸長，一般在軸承端蓋與軸承外圈端面上留有補償間隙

=0.2~0.3mm。間隙量的大小，通常用一組墊片來調(diào)整。如圖13.8(b)所示。13.6.1滾動軸承的軸向固定圖13.8兩端固定支承13.6.1滾動軸承的軸向固定2. 一端固定、一端游動當軸的跨距較大或工作溫度較高時，軸的伸縮量大，可采用一端軸承雙向固定，另一端軸承游動的形式，如圖13.9所示。圖13.9(a)右軸承外圈未完全固定，可以有一定的游動量；圖13.9(b)采用的圓柱滾子軸承，其滾子和軸承的外圈之間可以發(fā)生軸向游動。13.6.1滾動軸承的軸向固定圖13.9一端固定、一端游動支承(a)(b)13.6.2軸承組合的調(diào)整1. 軸承間隙的調(diào)整為保證軸承正常運轉(zhuǎn)，在裝配軸承時，一般都要留有適當?shù)拈g隙，常用的軸承間隙的調(diào)整方法有三種：(1) 調(diào)整墊片(如圖13.10(a)所示)靠加減軸承蓋與機座間的墊片厚度進行調(diào)整。(2) 調(diào)整環(huán)(如圖13.10(b)所示)增減軸承端面與軸承端蓋間的調(diào)整環(huán)厚度以調(diào)整軸承間隙。(3) 調(diào)節(jié)壓蓋(如圖13.10(c)所示)利用螺釘1通過軸承外圈壓蓋3移動外圈位置進行調(diào)整，調(diào)整后用螺母2鎖緊。13.6.2軸承組合的調(diào)整圖13.10軸承間隙的調(diào)整13.6.2軸承組合的調(diào)整2. 軸承的預(yù)緊對某些可調(diào)游隙式軸承，在安裝時給予一定的軸向壓緊力，并使內(nèi)外圈產(chǎn)生相對位移而消除游隙，借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，這種方法稱為預(yù)緊。常用的方法有利用金屬墊片，如圖13.11(a)所示，或磨窄套卷，如圖13.11(b)所示等。3. 軸承組合位置的調(diào)整軸承組合位置調(diào)整的目的是使軸上零件具有準確的工作位置，如圓錐齒輪傳動，要求兩個節(jié)錐頂點相重合，方能保證嚙合。又如蝸桿傳動，則要求蝸輪主平面通過蝸桿軸線等。如圖13.12所示為錐齒輪軸系支承結(jié)構(gòu)，套杯與機座之間的墊片2來調(diào)整錐齒輪的軸向位置，而墊片1則用來調(diào)整軸承游隙。13.6.2軸承組合的調(diào)整圖13.11軸承的預(yù)緊13.6.2軸承組合的調(diào)整圖13.12軸承組合位置的調(diào)整

13.6.3滾動軸承的配合由于滾動軸承是標準件，選擇配合時就把它作為基準件，故軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸承座孔與軸承外圈則采用基軸制。由于軸承配合內(nèi)外徑的上偏差均為零，因而相同的配合種類，內(nèi)圈與軸的配合較緊，外圈與軸承座孔的配合較松。選擇配合時，應(yīng)考慮載荷的方向、大小和性質(zhì)，以及軸承類型、轉(zhuǎn)速和使用條件等因素。當外載荷方向不變時，轉(zhuǎn)動套圈應(yīng)比固定套圈的配合要緊一些，一般情況下，是內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不動，故內(nèi)圈常取有過盈配合的過渡配合。當軸承作游動