機械設計之軸承

項目11軸承下圖所示為減速器低速軸（階梯軸）的結構示意圖，圖中③軸段、⑦軸段安裝有軸承用來支持軸的旋轉，圖中④軸端、①軸端安裝工作零件齒輪與聯軸器。日常生活中的自行車就有前輪軸、后輪軸、中軸和腳蹬子軸等。圖11-1減速器低速軸軸承返回目錄11-2滾動軸承11-3滑動軸承按摩擦性質，軸承可分為滾動軸承（上圖）與滑動軸承（下圖）。按所受載荷方向的不同，又可分為承受徑向載荷的向心軸承和承受軸向載荷的推力軸承。滾動軸承具有摩擦力矩小，易起動，載荷、轉速及工作溫度的適用范圍較廣，軸向尺寸小，潤滑、維修方便等優(yōu)點。滾動軸承已標準化，由專業(yè)工廠大批生產，在機械中應用非常廣泛。11.1軸承的功用和特點點擊播放點擊播放軸承返回目錄11.2滾動軸承的構造及類型11.4滾動軸承基本結構如右圖所示，滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體及保持架等四部分組成。通常內圈用過盈配合與軸頸裝配在一起，外圈則以較小的間隙配合裝在軸承座孔內，內、外圈的一側均有滾道，工作時，內、外圈作相對轉動，滾動體可在滾道內滾動。為防止?jié)L動體相互接觸而增加摩擦，常用保持架將滾動體均勻地分開。軸承11.5滾動體的形狀圓柱滾子球圓錐滾子滾針長圓柱滾子鼓形滾子滾動體的形狀有球形、圓柱形、圓錐形、鼓形、滾針形等多種,如右圖所示。軸承

滾動軸承的內圈、外圈和滾動體均采用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn

等。淬火后硬度可達60HRC以上。保持架多用低碳鋼或銅合金制造，也可采用塑料或其他材料。滾動軸承的類型如下所述：

l）按滾動體形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承兩大類。2）按滾動軸承所承受載荷的方向不同，滾動軸承可分為以承受徑向載荷為主的向心軸承和以承受軸向載荷為主的推力軸承兩類。軸承11-6滾動軸承的接觸角3）接觸角是滾動軸承的一個重要參數。接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。按接觸角分，公稱接觸角α＝O的稱為徑向接觸向心軸承（如深溝球軸承、圓柱滾子軸承）；公稱接觸角O°＜α≤45°的稱為角接觸向心軸承（如角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）；公稱接觸角α=90°的稱為軸向推力軸承。軸承11-7滾動軸承的軸心線傾斜4）由于軸的安裝誤差或軸的變形等都會引起內、外圈軸心線發(fā)生相對傾斜，其傾斜角用θ表示（見右圖）。當內、外圈傾斜角過大時，可采用外滾道為球面的調心軸承，這類軸承能自動適應兩套圈軸心線的偏斜。滾動軸承已完全標準化，由專業(yè)化工廠生產，故本章只介紹滾動軸承的類型、代號、選擇方法及壽命計算等問題。軸承返回目錄前置代號基本代號后置代號規(guī)定了滾動軸承代號。滾動軸承代號由基本代號、前置代號及后置代號構成，其排列順序如右圖所示：基本代號的組成軸承代號的組成11.3滾動軸承的代號1.基本代號基本代號用來表示軸承的基本類型、結構和尺寸，其組成如右圖所示。軸承調心球軸承是一種帶球面外滾道的雙列球軸承，它具有自動調心性，可以自動補償由于軸的撓曲和殼體變形而引起的同軸度誤差。主要承受徑向載荷，也可以承受不大的軸向載荷，允許角偏差＜2°～3°，適用于多支點傳動軸、剛性較小的軸以及難以對中的軸，如右圖所示。圖11-10調心球軸承1105實物圖類型代號--11）調心球軸承點擊播放軸承調心滾子軸承是兩列對稱布置的球面滾子，滾子在外圈內球面滾道里可以自由調位，可以補償軸變形和軸承座的不對中的誤差。允許角偏差＜1°～2.5°，承載能力比調心球軸承大，常用于其他種類型軸承不能勝任的重載情況，如軋鋼機、大功率減速器、吊車車輪等,如右圖所示。圖11-11調心滾子軸承22211實物圖類型代號--22）調心滾子軸承點擊播放軸承類型代號--2推力調心滾子軸承是由下支撐滾道、上支撐滾道與保持架和滾動體味一體的幾部分組成。主要承受軸向載荷；承載能力比推力球軸承大得多，并能承受一定的徑向載荷。下滾道為球形滾道，能自動調心，允許角偏差＜3

。，極限轉速較推力球軸承高；適用于重型機床、大型立式電動機軸的支承等，如圖右所示。圖11-11推力調心滾子軸承29418軸承實物圖軸承簡圖3）推力調心滾子軸承點擊播放軸承類型代號--3圓錐滾子軸承的外圈是傾斜的，內圈與保持架、滾動體為一整體，內、外圈可以分離，軸向和徑向間隙容易調整。可同時承受徑向載荷和較大的單向軸向載荷，承載能力高，常用于斜齒輪軸、錐齒輪軸和蝸桿減速器軸、汽車的前后軸以及機床主軸的支承等。允許角偏差2′，一般成對使用，如右圖所示。圖11-13圓錐滾子軸承30204實物圖4）圓錐滾子軸承點擊播放軸承類型代號--5推力球軸承分為：51000型用于承受單向軸向載荷，52000型用于承受雙向軸向載荷。推力球軸承只能承受軸向載荷，不能承受徑向力，不宜在高速下工作，常用于起重機吊鉤、蝸桿軸和立式車床主軸的支承等，如右圖所示。51314軸承52314軸承圖11-14推力球軸承5）推力軸承點擊播放點擊播放軸承類型代號--6滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體及保持架等四部分組成，主要承受徑向載荷，也能承受一定的軸向載荷，極限轉速較高，當量摩擦因數最小，高轉速時可用來承受不大的純軸向載荷，允許角偏差<2′～10′，承受沖擊能力差，適用于剛性較大的軸上，常用于機床齒輪箱、小功率電機與普通民用設備等，如右圖所示。圖11-15深溝球軸承（6224）實物圖軸承簡圖6）深溝球軸承點擊播放軸承類型代號--7角接觸球軸承的基本結構和深溝球軸承幾乎一樣，只是軸承的外圈一個方向是傾斜的，有一個接觸角，可承受單向軸向載荷和徑向載荷，接觸角α越大，承受軸向載荷的能力也越大，通常應成對使用。高速時用它代替推力球軸承較好。適用于剛性較大、跨距較小的軸，如斜齒輪減速器和蝸桿減速器中軸的支承等。允許角偏差＜2′～10‘，如右圖所示。圖11-16角接觸球軸承（7224）實物圖軸承簡圖7）角接觸球軸承點擊播放軸承類型代號—N、NU、NJ圓柱滾子軸承的外圈的內滾道是平的，內圈與保持架、滾動體為一整體，內、外圈可以分離，裝拆方便。可承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷。承載能力比深溝球軸承大，能承受較大的沖擊載荷。適用于剛性較大、對中良好的軸，常用于大功率電機、人字齒輪減速器等。圖11-17單列圓柱滾子軸承N213實物圖軸承簡圖8）圓柱滾子軸承點擊播放軸承類型代號—NA圖11-18滾子軸承(NA4904)實物圖軸承簡圖

滾針軸承的結構與組成和圓柱滾子軸承類似，不同的是把圓柱滾子換成滾針，有的軸承還沒有保持架。該軸承的結構類型較多，有的就只有保持架和滾針，而沒有內、外圈。徑向承受載荷能力較大，不能承受軸向力。一般用于對軸承外徑有嚴格要求的場合，如右圖所示。9）滾針軸承點擊播放軸承寬（高）度系列對比6020562205

尺寸系列代號由軸承的寬（高）度系列代號和直徑系列代號組合而成。對于同一內、外徑的軸承，根據不同的工作條件可做成不同的寬（高）度，如右圖所示，稱為寬（高）度系列（對于向心軸承表示寬度系列，對于推力軸承則表示高度系列），用基本代號右起第四位數字表示，其代號見下表。1）寬（高）度系列代號

點擊播放軸承當寬度系列代號為O時，在軸承代號中通常省略，但在調心軸承和圓錐滾子軸承代號中不可省略。軸承的寬（高)系列代號軸承對于同一內徑的軸承，由于工作所需承受負荷大小不同，壽命長短不同，必須采用大小不同的滾動體，因而使軸承的外徑和寬度隨著改變，這種內徑相同而外徑不同的變化稱為直徑系列，用基本代號右起第三位數字表示，其代號見下表。右圖所示是不同直徑系列深溝球軸承的外徑和寬度對比。直徑系列對比6205640563052）直徑系列代號點擊播放軸承滾動軸承的直徑系列代號軸承組合排列時，寬（高）度系列在前，直徑系列在后，詳見下表。滾動軸承尺寸系列代號軸承內徑代號表示軸承內徑尺寸的大小，用基本代號右起第一、第二位數字表示，常用內徑尺寸代號見下表

。3）內徑代號滾動軸承常用內徑代號軸承

滾動軸承基本代號一般由五個數字或字母加四個數字組成，當寬度系列為“

0”時，可省略。例如：軸承內徑代號：d=08×5=40mm尺寸系列代號：（0）2，寬度系列0（代號中省略），直徑系列2（輕）軸承類型代號：深溝球軸承軸承內徑代號：d=04×5=20mm尺寸系列代號：直徑系列2（輕）尺寸系列代號：寬度系列0（窄）軸承類型代號：角接觸球軸承軸承軸承內徑代號：d=11×5=60mm尺寸系列代號：直徑系列3（中）尺寸系列代號：寬度系列2（寬）軸承類型代號：圓柱滾子軸承軸承（1）前置代號前置代號表示成套軸承分部件，用字母表示，例如：L表示可分離軸承的可分離內圈或外圈，K表示滾子和保持架組件等。（2）后置代號后置代號是軸承在結構形狀、尺寸公差、技術要求等方面有改變時，在基本代號右側添加的補充代號。一般用字母（或加數字）表示，與基本代號相距半個漢字距。后置代號共分八組，例如，第一組是內部結構，表示內部結構變化情況，現以角接觸球軸承的接觸角變化為例，說明其標注含義：①角接觸球軸承，公稱接觸角α=40°，代號標注：7210B②角接觸球軸承，公稱接觸角α=25°，代號標注：7210AC

③角接觸球軸承，公稱接觸角α＝15°，代號標注：7005C軸承返回目錄l）軸承工作載荷的大小、方向和性質。2）軸承轉速的高低。3）軸頸和安裝空間允許的尺寸范圍。4）對軸承提出的特殊要求。1.選擇軸承類型應考慮的因素11.4滾動軸承類型的選擇軸承2.滾動軸承選擇的一般原則l）球軸承與同尺寸和同精度的滾子軸承相比，它的極限轉速和旋轉精度較高，因此更適用于高速或旋轉精度要求較高的場合。

2）滾子軸承比同尺寸的球軸承的承載能力大，承受沖擊載荷的能力也較高，因此適用于重載及有一定沖擊載荷的地方。3）非調心的滾子軸承對于軸的撓曲敏感，因此這類軸承適用于剛性較大的軸和能保證嚴格對中的地方。軸承4）各類軸承內、外圈軸線相對偏轉角不能超過許用值，否則會使軸承壽命降低，故在剛度較差或多支點軸上，應選用調心軸承。5）推力軸承的極限轉速較低，因此在軸向載荷較大和轉速較高的裝置中，應采用角接觸球軸承。6）當軸承同時受較大的徑向和軸向載荷且需要對軸向位置進行調整時，宜采用圓錐滾子軸承。7）當軸承的軸向載荷比徑向載荷大很多時，采用向心和推力兩種不同類型軸承的組合來分別承擔軸向和徑向載荷，其效果和經濟性都比較好。8）考慮經濟性，球軸承比滾子軸承價格便宜；公差等級越高，價格越貴。軸承返回目錄滾動軸承壽命計算是保證軸承在一定載荷條件和工作期限內不發(fā)生疲勞點蝕失效。1.壽命滾動軸承任一滾動體或內外圈滾道出現疲勞點蝕前所經歷的總轉數，或在某一給定的恒定轉速下的工作小時數稱為軸承的壽命。2.基本額定壽命一批同樣型號的軸承，在相同的工作條件下，由于制造精度、材料均質程度的不同，壽命并不相同，甚至會相差數十倍?；绢~定壽命是指一批同型號的軸承，在相同的運轉條件下，當有10％的軸承發(fā)生疲勞點蝕，而90％的軸承未發(fā)生疲勞點蝕前所運轉的總轉數(L10）或在給定轉速下運轉的總工作時數（Lh10），其可靠度為90％?；绢~定壽命和基本額定動載荷11.6滾動軸承的壽命計算軸承3.基本額定動載荷軸承的基本額定壽命為一百萬（106）轉時所能承受的最大載荷稱為基本額定動載荷，用C表示?；绢~定動載荷是衡量軸承承載能力的主要指標，對于主要承受徑向載荷的向心軸承為徑向基本額定動載荷Cr

，對于主要承受軸向載荷的推力軸承為軸向基本額定動載荷Ca

。各種軸承的基本額定動載荷值可在有關軸承標準或機械手冊中查得。軸承

在高速、重載、高精密度和結構要求剖分或大直徑和很小直徑的場合，尤其是在低速、有較大沖擊的機械中（如水泥攪拌機、破碎機等）不便使用滾動軸承，應使用滑動軸承?；瑒虞S承一般由軸承座、軸瓦（或軸套）、潤滑裝置和密封裝置等部分組成?；瑒虞S承根據承受載荷方向的不同可分為向心滑動軸承和推力滑動軸承兩類。向心滑動軸承只能承受徑向載荷。它有整體式和對開式兩種形式。11.10滑動軸承軸承右圖所示為典型的整體式滑動軸承，它由軸和軸套組成。整體式滑動軸承結構簡單，制造容易，成本低，常用于低速、輕載、間歇工作而不需要經常裝拆的場合。它的缺點是軸只能從軸承的端部裝入，裝拆不便；軸瓦磨損后，軸與孔之間的間隙無法調整。

圖11-35整體式滑動軸承1.整體式滑動軸承軸承2.對開式滑動軸承右圖所示為典型的對開式滑動軸承。它由軸承座，軸承蓋，剖分的上軸瓦和下軸瓦以及雙頭螺柱等組成。這種軸承的軸瓦采用對開式，在分合面上配置有調整墊片，當軸瓦磨損后，可適當調整墊片或對軸瓦分合面進行刮削、研磨等切削加工來調