《機(jī)械基礎(chǔ)》課件-第十六章 滾動(dòng)軸承

第十六章滾動(dòng)軸承第一節(jié)滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)（一）滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)

滾動(dòng)體的形狀

（二）滾動(dòng)軸承的材料

滾動(dòng)體與內(nèi)外圈：要求高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。含鉻合金鋼（GCr15、GCr6、GCr15SiMn、GCr9等），熱處理后硬度可達(dá)HRC61-65。

保持架：低碳鋼板沖壓而成，高速軸承多采用有色金屬（如黃銅）或塑料保持架。第二節(jié)滾動(dòng)軸承的游隙、接觸角一、滾動(dòng)軸承的游隙徑向游隙：無(wú)外載荷作用時(shí)，在不同的角度方向，一個(gè)套圈相對(duì)于另一個(gè)套圈，從一個(gè)徑向偏心的極限位置移向相反極限位置的徑向距離的算術(shù)平均值，稱為軸承的徑向游隙。軸向游隙：無(wú)外載荷作用時(shí)，一個(gè)套圈（或墊圈）從一個(gè)軸向極限位置移向相反的極限位置的軸向距離的算術(shù)平均值，稱為軸承的軸向游隙。商品軸承的游隙稱為原始游隙。第二節(jié)滾動(dòng)軸承的游隙、接觸角二、滾動(dòng)軸承的接觸角（公稱接觸角α）

滾動(dòng)體和外圈接觸處的法線nn與軸承徑向平面的夾角α稱為公稱接觸角α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大軸承套圈傳遞給滾動(dòng)體的合力與軸承徑向平面的夾角β稱為接觸角，又稱載荷角1、按軸承所能承受的載荷方向和公稱接觸角分類

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）軸向力第三節(jié)滾動(dòng)軸承的分類

滾子軸承——滾動(dòng)體為圓柱、圓錐等滾子的滾動(dòng)軸承。2、按滾動(dòng)體的種類分類球軸承——滾動(dòng)體為球的軸承。3、按滾動(dòng)軸承工作時(shí)能否調(diào)心分類：調(diào)心軸承：滾道表面制成球面，能適應(yīng)兩滾道軸心線間的角偏差和角運(yùn)動(dòng)的軸承，從而可順應(yīng)軸的偏斜。非調(diào)心軸承：能阻抗?jié)L道間軸心線角偏移的軸承，即不能調(diào)心的軸承。4、按滾動(dòng)體的列數(shù)分類可分為單列軸承、雙列軸承和多列軸承。5、按滾動(dòng)軸承組件是否可分離分類：可分離軸承：具有可分離組件的軸承。不可分離軸承：在最終裝配后，軸承套圈均不能任意自由分離的滾動(dòng)軸承。6、按外徑尺寸的大小分類：可分為：微型軸承、小型軸承、中小型軸承、中大型軸承、大型軸承和特大型軸承。7、最常用幾種：（1）深溝球軸承（向心球軸承）主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量雙向軸向載荷，工作時(shí)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(jiǎn)單，價(jià)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(chǎng)合，在高速時(shí)，可能來(lái)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(shí)調(diào)整，通常成對(duì)使用，對(duì)稱安裝。適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好場(chǎng)合（2）圓錐滾子軸承（3）推力軸承推力球軸承的套圈與滾動(dòng)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(gè)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(jī)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(chǎng)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(shí)，由于離心力大，球與保持架因摩擦而發(fā)熱嚴(yán)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(qiáng)，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(duì)偏斜允許0.5°～2°，適用于多支點(diǎn)軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對(duì)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(dòng)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(qiáng)，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)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(shí)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(chǎng)合。（6）滾針軸承能同時(shí)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(duì)使用，對(duì)稱安裝。極限轉(zhuǎn)速較高。適用于轉(zhuǎn)速較高、同時(shí)承受徑向和軸向載荷的場(chǎng)合。

（7）角接觸球軸承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(dòng)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(jī)軸和起重機(jī)轉(zhuǎn)盤等。（8）推力調(diào)心滾子軸承第四節(jié)滾動(dòng)軸承的代號(hào)方法

滾動(dòng)軸承代號(hào)是用字母加數(shù)字來(lái)表示滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級(jí)、技術(shù)性能等特征的產(chǎn)品符號(hào)。軸承代號(hào)由基本代號(hào)、前置代號(hào)和后置代號(hào)構(gòu)成，其排列順序和代號(hào)內(nèi)容如下。前置代號(hào)（字母）基本代號(hào)（數(shù)字、字母）后置代號(hào)（字母+數(shù)字）一二三四五∣軸承分部件代號(hào)

∣內(nèi)徑代號(hào)

∣寬度系列代號(hào)

∣直徑系列代號(hào)

∣類型代號(hào)

∣其他代號(hào)

∣公差等級(jí)代號(hào)

∣特殊軸承材料代號(hào)

∣保持架及材料代號(hào)

∣密封與防塵代號(hào)∣內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)

∣游隙代號(hào)

一、基本代號(hào)

（1）軸承類型代號(hào)：

13567N—深溝球軸承—圓錐滾子軸承—角接觸球軸承—調(diào)心球軸承—圓柱滾子軸承—推力球軸承基本代號(hào)左起第一位

（2）尺寸系列代號(hào)：

基本代號(hào)左起第二、三位寬度系列——左起第二位

數(shù)字

0~9直徑系列——左起第三位

數(shù)字

0~9（3）軸承的內(nèi)徑代號(hào)：基本代號(hào)左起四五位數(shù)字a)d=10,12,15,17mm時(shí)：

代號(hào)00010203

b)d=20~480mm時(shí)：d=代號(hào)×5(mm)

c)d<10mm，d>500mm，d=22，28，32mm時(shí)

代號(hào)=內(nèi)徑尺寸

直徑代號(hào)/內(nèi)徑代號(hào)

0系列（正常寬度）可省略

有時(shí)1系列也可省略基本代號(hào)右邊，用字母或數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差、游隙及材料的特殊要求等。（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)C、AC、B——角接觸球軸承的接觸角（2）密封、防塵與外部形狀變化代號(hào)

二、前置代號(hào)和后置代號(hào)

基本代號(hào)左邊，表示軸承的分部件，用字母表示

L、K、R、NU、WS、GS

GB/T272－1993（4）軸承的徑向游隙

（5）保持架代號(hào)

（3）軸承的公差等級(jí)

（36頁(yè)表2－12）

公差等級(jí)：0

6

6X5

4

2代號(hào)：/P0/P6/P6X/P5/P4/P20級(jí)為普通級(jí)，其代號(hào)可省略

精度：低高第五節(jié)滾動(dòng)軸承的選擇

合理選擇：軸承的類型、公差等級(jí)和尺寸應(yīng)選擇得當(dāng)

1、主要受Fr→向心軸承主要受Fa，n不高時(shí)→推力軸承同時(shí)受Fr和Fa均較大時(shí)——角接觸球軸承7類（n較高時(shí)）——圓錐滾子軸承3類（n較低時(shí)）選擇方法：經(jīng)驗(yàn)法并考慮下列因素：工作載荷、轉(zhuǎn)速、支承剛性、安裝精度

一、選擇軸承的類型Fa較大，F(xiàn)r較小時(shí)3、要求n<nlim——極限轉(zhuǎn)速

6、7、N——nlim較高5——nlim較低4、軸的剛性較差，軸承孔不同心——調(diào)心軸承

——深溝球軸承+推力球軸承推力角接觸軸承2、n高，載荷小，旋轉(zhuǎn)精度高→球軸承n低，載荷大，或沖擊載荷→滾子軸承

Fr較大，F(xiàn)a較小時(shí)——深溝球軸承5、便于裝拆和間隙調(diào)整——內(nèi)、外圈不分離的軸承6、3和7兩類軸承應(yīng)成對(duì)使用，對(duì)稱安裝7、旋轉(zhuǎn)精度較高時(shí)——較高的公差等級(jí)和較小的游隙8、優(yōu)先考慮用普通公差等級(jí)的深溝球軸承二、滾動(dòng)軸承尺寸（型號(hào)規(guī)格）的選擇

根據(jù)載荷的大小、方向、性質(zhì)及使用壽命要求，通過計(jì)算，選出尺寸（型號(hào)）合適的軸承

1）受軸向載荷Fa

各滾動(dòng)體平均分擔(dān)

2）受徑向載荷Fr

上半圈滾動(dòng)體不受力

——非承載區(qū)1、滾動(dòng)軸承的受力情況

下半圈滾動(dòng)體受力

——承載區(qū)3）角接觸軸承同時(shí)受Fr和Fa

（1）角接觸軸承的派生軸向力FS

FS≈1.25Frtgα

FS方向——有使內(nèi)、外圈分離的趨勢(shì)。故要成對(duì)使用、對(duì)稱安裝

（2）軸向載荷對(duì)載荷分布的影響

①當(dāng)只有最下面一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)

②受載滾動(dòng)體增多時(shí)在同樣Fr作用下，派生軸向力FS↑

多個(gè)滾動(dòng)體受載派生的軸向力的合力>只有一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)派生的軸向力

軸向力>單個(gè)滾動(dòng)體受載產(chǎn)生的派生軸向力——多個(gè)滾動(dòng)體受載的條件

結(jié)論：

1）角接觸軸承及圓錐滾子軸承必須在Fr和Fa的聯(lián)合作用下工作，或成對(duì)使用對(duì)稱安裝。2）為使更多的滾動(dòng)體受載應(yīng)使

3）Fr不變時(shí)，F(xiàn)a由最小值（一個(gè)滾動(dòng)體受載）逐漸增大（即載荷角增大），則受載滾動(dòng)體數(shù)↑4）實(shí)際工作時(shí)，至少達(dá)到下半圈滾動(dòng)體受載，∴安裝3和7類軸承不能有較大的軸向竄動(dòng)量。

2、滾動(dòng)軸承的失效形式主要失效形式：

1）疲勞點(diǎn)蝕

安裝潤(rùn)滑和維護(hù)良好滾動(dòng)軸承的主要失效形式2）塑性變形

轉(zhuǎn)速很低（小于10r/min）或作間歇擺動(dòng)

3）磨損潤(rùn)滑不良、密封不嚴(yán)、多塵條件

計(jì)算準(zhǔn)則：一般軸承：疲勞壽命計(jì)算（針對(duì)點(diǎn)蝕)

靜強(qiáng)度計(jì)算低速或擺動(dòng)軸承：只進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算高速軸承：進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算、校驗(yàn)極限轉(zhuǎn)速3、滾動(dòng)軸承的動(dòng)載荷和壽命計(jì)算

1）基本概念（1）軸承壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)。（2）基本額定壽命L10

同一批軸承在相同工作條件下工作，其中90%的軸承在產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕前所能運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單位）或一定轉(zhuǎn)速下的工作時(shí)數(shù)Lh（3）基本額定動(dòng)載荷C

基本額定壽命為一百萬(wàn)轉(zhuǎn)（106）時(shí)軸承所能承受的恒定載荷。即在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作106

轉(zhuǎn)而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，其可靠度為90%?；绢~定動(dòng)載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。（由試驗(yàn)得到）（4）基本額定靜載荷（徑向C0r，軸向C0a）：是指軸承在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)與滾動(dòng)體及滾道的總永久變形量相對(duì)應(yīng)的徑向靜負(fù)荷（或中心軸向靜負(fù)荷）。在設(shè)計(jì)中常用的三個(gè)基本參數(shù)：

滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動(dòng)載荷Cr（徑向）或Ca（軸向）

滿足一定靜強(qiáng)度要求的基本額定靜強(qiáng)度C0r（徑向）或C0a（軸向）各種軸承性能指標(biāo)控制軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速N0。值C、C0、N0等可查有關(guān)手冊(cè)。2）滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P（實(shí)際計(jì)算載荷）

（1）對(duì)只能承受徑向載荷Fr的軸承（N、NA軸承）P=Fr（3）同時(shí)受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承（2）對(duì)只能承受軸向載荷Fa的軸承（5和8）P=FaP=XFr+YFa

X——徑向載荷系數(shù)Y——軸向載荷系數(shù)

將軸承所受的實(shí)際載荷換算成與實(shí)驗(yàn)條件相同的載荷后，才能和基本額定動(dòng)載荷進(jìn)行比較。換算后的載荷是一個(gè)等效的假想載荷，稱為當(dāng)量動(dòng)載荷3）壽命校核計(jì)算公式

實(shí)驗(yàn)表明，基本額定壽命L與基本動(dòng)載荷、當(dāng)量動(dòng)載荷P之間的關(guān)系為

式中：

L——基本額定壽命（單位106r）

C——基本額定動(dòng)載荷（N），向心軸承Cr，推力軸承Ca

P——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）

——壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3

實(shí)際計(jì)算時(shí)，用小時(shí)表示軸承壽命較方便，則可用n代表軸的轉(zhuǎn)速，則上述公式可寫為：

當(dāng)工作t>120℃時(shí)，因金屬組織硬度和潤(rùn)滑條件等的變化，軸承的基本額定動(dòng)載荷C有所下降

引入溫度系數(shù)ft

考慮到工作中的沖擊和振動(dòng)會(huì)使軸承壽命降低，引進(jìn)載荷系數(shù)fp當(dāng)P、n已知，預(yù)期壽命為L(zhǎng)h`，則要求選取的軸承的額定動(dòng)載荷為應(yīng)用以上兩式，可以確定軸承的壽命或和尺寸(型號(hào))4）角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷Fa的計(jì)算

（1）派生軸向力大小方向

a)正裝（面對(duì)面）

適合于傳動(dòng)零件位于兩支承之間

b)反裝（背靠背）適合于傳動(dòng)零件處于外伸端（2）實(shí)際軸向載荷Fa的確定

①軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì),軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”軸承1上的派生軸向力由S1增大到Fa+S2,阻止軸左移軸承2上的軸向力，力平衡——本身的派生軸向力

故軸承1的實(shí)際軸向載荷為②軸有右移的趨勢(shì)，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”

軸承2上的派生軸向力由S2增大到S1－Fa,阻止軸右移故軸承2實(shí)際所受的軸向力為軸承1實(shí)際所受的軸向力，由力的平衡條件——本身派生軸向力

結(jié)論：——實(shí)際軸向力Fa的計(jì)算方法a：分析軸上派生軸向力和外加軸向載荷，判定被“壓緊”和“放松”的軸承。b：“壓緊”端軸承的軸向力等于除本身派生軸向力外，軸上其他所有軸向力代數(shù)和。c：“放松”端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力5）不穩(wěn)定載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承壽命計(jì)算載荷P和轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，求平均當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm和平均當(dāng)量動(dòng)載荷Pm

→求軸承壽命

6）不同可靠度時(shí)滾動(dòng)軸承的壽命Lh

為計(jì)算不同可靠度時(shí)軸承的壽命，引入壽命修正系數(shù)a1，

1）滾動(dòng)軸承的靜載荷

式中：

C0——基本額定靜載荷（N），向心軸承C0r，推力軸承C0a

P0——當(dāng)量靜載荷（N）

S0——靜載荷安全系數(shù)

當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或作間歇擺動(dòng)時(shí)，軸承的失效形式為塑性變形

4、滾動(dòng)軸承的靜載荷與極限轉(zhuǎn)速

為保證滾動(dòng)軸承不產(chǎn)生超過允許的塑性變形，必須滿足下列條件：對(duì)于α=0°且僅受徑向載荷Fr的向心滾子軸承，其徑向當(dāng)量靜載荷為：P0r＝Fr對(duì)于α=90°且只受軸向載荷Fa的推力軸承，其軸向當(dāng)量靜載荷為：P0a＝Fa對(duì)于α≠0°

且只受軸向載荷Fa的向心滾子軸承，其軸向當(dāng)量靜載荷為：P0r=X0Fr+Y0Fa

式中：

X0——徑向靜載荷系數(shù)

Y0——軸向靜載荷系數(shù)2）滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速nminN=f1f2N0

滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速N0是指軸承在一定的工作條件下，達(dá)到所能承受最高熱平衡溫度時(shí)的轉(zhuǎn)速值。軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速式中N-實(shí)際許用轉(zhuǎn)速，r/min；