滾動軸承說課1

1、第十三章 滾動軸承學(xué)時分配：6（一）教學(xué)要求1、掌握滾動軸承的主要類型、特點和代號；2、能進行滾動軸承的失效分析；3、能正確選擇滾動軸承類型及進行壽命計算；4、了解滾動軸承的潤滑、密封及組合設(shè)計。（二）教學(xué)的重點與難點重點：滾動軸承類型選擇；滾動軸承部件的組合設(shè)計。難點：滾動軸承疲勞壽命計算，角接觸球軸承與圓錐滾子軸承軸向載荷計算。（三）教學(xué)內(nèi)容一、滾動軸承的特點滾動軸承由于是滾動摩擦，摩擦阻力小，發(fā)熱量小，效率高，起動靈敏、維護方便，并且已標準化，便于選用與更換，因此使用十分廣泛。1、滾動軸承的構(gòu)造標準滾動軸承的組成：內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3（基本元件）、保持架4一般內(nèi)圈隨軸一起回轉(zhuǎn)，外圈固

2、定（也有相反）內(nèi)外圈上均有凹的滾道，滾道一方面限制滾動體的軸向移動，另一方面可降低滾動體與滾道間的接觸應(yīng)力。保持架能使?jié)L動體均勻分布以避免滾動體相互接觸引起磨損與發(fā)熱（圖13-3）2、滾動軸承的材料內(nèi)、外圈、滾動體；GCr15、GCr15-SiMn等軸承鋼，熱處理后硬度：HRC6065保持架：低碳鋼、銅合金或塑料、聚四氟乙烯3、滾動軸承的特點優(yōu)點：1）f小起動力矩小，高；2）運轉(zhuǎn)精度高（可用預(yù)緊方法消除游隙）；3）軸向尺寸小；4）某些軸能同時承受Fr和Fa，使機器結(jié)構(gòu)緊湊；5）潤滑方便、簡單、易于密封和維護；6）互換性好（標準零件）缺點：1）承受沖擊載荷能力差；2）高速時噪音、振動較大；3）高

3、速重載壽命較低；4）徑向尺寸較大（相對于滑動軸承）應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于中速、中載和一般工作條件下運轉(zhuǎn)的機械設(shè)備。二、滾動軸承的類型與選擇1、滾動軸承的主要類型與特點接觸角外圈與滾動體接觸處的法線與垂直于軸線的平面的夾角。類型按承載方向：向心軸承，主要承受徑向載荷，可受一定Fa，如深溝球、圓柱滾子軸承等，1、4、6、N、NA、2調(diào)心滾子等推力軸承5（推力球），8（推力圓柱滾子）向心推力軸承：向心角接觸軸子（0、3、7） 推力角接觸軸承，2（推力調(diào)心滾子軸承）按滾動體形狀：球承載能力低，極限轉(zhuǎn)速高 滾子承載能力高，極限轉(zhuǎn)速低注意代號結(jié)構(gòu)特點：承受載荷的大小，方向，極限轉(zhuǎn)速高低，是否有調(diào)心性能等特別注意

4、最常用幾種深溝球軸承（向心球軸承）6（0）主要承受徑向載，也可受一定雙向軸向載荷，f小精度高，結(jié)構(gòu)簡單，價格低，最常用。調(diào)心球軸承（111）（調(diào)心滾子（2、3）主要承受徑向載荷，也可承受較小的雙向軸向力，能自動調(diào)心，適于軸的剛性較差的場合。圓柱滾子軸承N（2）只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，承載能力大，支承剛性好，外圈或內(nèi)圈可以分離，或不帶內(nèi)外圈，適于要求徑向尺寸較小的場合。角接觸球軸承7（6）能同時承受徑向載荷和單向軸向力，接觸角，越大，承載Fa能力越高，為承受雙向軸向力應(yīng)成對使用，對稱安裝。圓錐滾子軸承3（7）能同時承受徑向載荷和單向Fa，越大，承受Fa能力越大，承載能力高于角接觸球軸

5、承，但極限轉(zhuǎn)速稍低，外圈可分離，一般應(yīng)成對使用，對稱安裝，但安裝調(diào)整比較麻煩。推力球軸承5（8）單向推力球軸承51000只能受單向Fa；雙向推力球軸承52000能承受雙向Fa。不能受Fr，且極限nj轉(zhuǎn)速較低，高速時，由于離心力較大，鋼球與保持架磨損發(fā)熱較嚴重。滾針軸承，承載能力較高2、 滾動軸承的代號滾動軸承類型和尺寸規(guī)格繁多，為便于設(shè)計和選用，標準規(guī)定了用代號表示滾動軸承的類型、尺寸、結(jié)構(gòu)特點及公差等級等。國家標準：GB/T272-93（向ISO靠）（替代GB272-88）前置代號（字母）基本代號（數(shù)字、字母）后置代號（字母+數(shù)字）五四三二一軸承分部件代號類型代號寬度系列代號直徑系列代號內(nèi)徑

6、代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號密封與防塵代號保持架及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1）、基本代號表示軸承的內(nèi)徑、尺寸系列和類型，最多為五位（1）軸承類型基本代號右起五位用數(shù)字或字母表示（尺寸系列代號如有省略，則為第4位，）或基本代號左起第一位。重點：6深溝球；3圓錐滾子；5推力球；7角接觸球；1調(diào)心球；N圓柱滾子。（2）尺寸系列表示軸承在結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑相同的條件下具有不同的外徑和寬度，基本代號右起三、四位。寬度系列右起第四位某些寬度系列（主要為0系列和和正常系列）代號可省略 直徑系列右起第三位相同內(nèi)徑，不同直徑系列軸承的尺寸對比如圖15-10所示。（3）軸承的內(nèi)徑基本代號右起

7、一二位數(shù)字。a) d=10, 12, 15, 17mm時代號00 01 02 03b) 內(nèi)徑d=20480mm，且為5的倍數(shù)時代號=d/5或d=代號×5(mm)(c) d<10mm，或d>500mm，及d=22，28，32mm時代號/內(nèi)徑尺寸（mm）2）、前置代號表示軸承的分部件，用字母表示。L可分離軸承的可分離內(nèi)圈或外圈如LN2073）、后置代號反映軸承的結(jié)構(gòu)、公差、游隙及材料的特殊要求等，共8組代號。（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號反映同一類軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)例：C、AC、B代表角接觸球軸承的接觸角，和，E代表增大承載能力進行結(jié)構(gòu)改進的增強型等，如7210B，7210AC，NU20

8、7E（2）密封、防塵與外部形狀變化代號RS一面有骨架式橡膠密封圈（接觸式）RZ一面有骨架式橡膠密封圈（非接觸式）Z一面有防塵蓋 例：6210-2RSFS一面有氈圈密封字母前加數(shù)字2，則說明是兩面有R、N、NR軸承外圈帶有止動擋邊、止動槽、止動槽并帶止動環(huán)，例：6210N（3）軸承的公差等級 精度高 低 公差等級 2 4 5 6 6X 0代號 新標準 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0舊標準 B C D EX E G普通級可省略（4）軸承的徑向游隙 游隙 小 大游隙組別 1， 2， 0， 3， 4， 5 代號 /C1、/C2、 /C3、/C4、/C5C1、C2小游隙組；0不標（基本

9、游隙）；C3、C4、C5大游隙組（5）保持架代號表示保持架在標準規(guī)定的結(jié)構(gòu)材料外，其他不同結(jié)構(gòu)型式與材料。A、B分別表示外圈引導(dǎo)和內(nèi)圈引導(dǎo)J鋼板沖壓Q青銅實體M黃銅實體 保持架N工程塑料其他在配置、振動、噪聲、摩擦力矩、工作溫度、潤滑等方面的特殊要求的代號表示見標準GB/T272-93，或廠家的說明。例13-1，試說明下列軸承代號的含義，見P5023、 滾動軸承類型的選擇應(yīng)根據(jù)軸承的工作載荷（大小、方向和性質(zhì)）、轉(zhuǎn)速高低、支承剛性、安裝精度、結(jié)合各類軸承的特性和應(yīng)用經(jīng)驗進行綜合分析，確定合適的軸承。幾條基本原則：1） n高，載荷小，要求旋轉(zhuǎn)精度高采用球軸承 n低，載荷大，或有沖擊載荷時采用滾子

10、軸承但滾子軸承對軸線偏斜較敏感。2） 主要受徑向載荷Fr時用向心軸承主要受軸向載荷Fa，n不高時用推力軸承同時受Fr和Fa均較大時可采用角接觸球軸承7類（n較高時）或圓錐滾子軸承3類（n較低時）Fr較大，F(xiàn)a較小時深溝球Fa較大，F(xiàn)r較小時深溝球+推力球軸承組合，或推力角接觸軸承。3）要求n<nlim極限轉(zhuǎn)速6、7、N極限轉(zhuǎn)速較高推力軸承極限轉(zhuǎn)速較低，只受Fa而n較高時不用推力軸承而寧可用67兩類，球軸承極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，輕系列極限轉(zhuǎn)速高于中或重系列軸承。4）當軸的剛性較差或軸承孔不同心時宜用調(diào)心軸承5）為便于裝拆和間隙調(diào)整，可選用內(nèi)、外圈不分離的軸承。6）6、7兩點軸承一般應(yīng)成對使

11、用，對稱安裝。7）施轉(zhuǎn)精度較高時，應(yīng)選用較高的公差等級和較小的游隙轉(zhuǎn)速較高時，應(yīng)選用較高的公差等級和較大的游隙公差等級越高，軸承價格越貴滾子軸承價格高于球軸承，深溝球軸承價格最低8）優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承。三、滾動軸承的受力分析、失效形式及計算準則滾動軸承的失效形式和計算準則： 主要失效形式：1）疲勞點蝕安裝潤滑和維護良好情況下的正常失效形式主要的失效形式和軸承壽命計算的依據(jù)2）塑性變形轉(zhuǎn)速很低或作間歇擺動時的主要失效形式引起振動、噪聲、摩擦力矩增大，運轉(zhuǎn)精度降低1） 磨損潤滑不良和密封不嚴的情況下，或多塵條件下工作的軸承的主要失效形式。有磨磨損和粘著磨損（燒傷）2） 磨損后果：軸

12、承游隙加大，運動精度降低，振動和噪聲增加。計算準則：一般軸承1）進行疲勞壽命計算（針對點蝕）；2）靜強度校核。低速軸承：只進行（靜強度）高速軸承：進行疲勞壽命計算；校驗極限轉(zhuǎn)速。全因發(fā)熱引起粘著：磨損和燒傷1、基本額定壽命和基本額定動載荷1）、基本額定壽命L10軸承壽命：單個滾動軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)稱。由于材料、加工精度、熱處理與裝配質(zhì)量不可能相同但同一批軸承在同樣的工作條件下，各個軸承的壽命有很大的離散性，所以，用數(shù)理統(tǒng)計的辦法來處理?；绢~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)生疲勞點蝕前所能運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單

13、位）或一定轉(zhuǎn)速下的工作時數(shù)失效概率10%2）、基本額定動載荷C由試驗得到，見軸承手冊和樣本。軸承的基本額定壽命L10=1（106轉(zhuǎn)）時，軸承所能承受的載荷稱。在基本額定動載荷作用下，軸承可以轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)而不發(fā)生點蝕失效的可靠度為90%。 純徑向載荷向心軸承基本額定動載荷C 純軸向載荷推力軸承 指引起套圈間產(chǎn)生相對角接觸球軸承和圓錐滾子軸承 徑向位移時載荷的徑向分量2、滾動軸承的當量動載荷P（實際載荷）定義：將實際載荷轉(zhuǎn)換為作用效果相當并與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的假想載荷，該假想載荷稱為：當量動載荷P在當量動載荷P作用下的軸承壽命與實際聯(lián)合載荷作用下的軸承壽命相同1）對只能承受徑向載荷

14、R的軸承（N、NA軸承） P=R2）對只能承受軸向載荷A的軸承（推力球（5）和推力滾子（8） P=A3同時受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承 P=XR+YAX徑向載荷系數(shù)，Y軸向載荷系數(shù)，X、Y見表13-5考慮沖擊、振動等動載荷的影響，使軸承壽命降低，引入載荷系數(shù)fp則： P=fRR 受R P=fPA 只受A P=fP(XR+YA) 同時有R和A3、滾動軸的壽命計算公式 載荷與壽命的關(guān)系曲線方程為：=常數(shù) 3球軸承壽命指數(shù) = 10/3滾子軸承根據(jù)定義：，P=C（軸承所能承受的載荷為基本額定功載荷） （106r） 按小時計的軸承壽命： （h） 考慮當工作t>120時，因金屬組織硬度和潤滑條件

15、等的變化，軸承的基本額定動載荷C有所下降，引入溫度系數(shù)ft對C修正，則 （106r） （h）當P、n已知，預(yù)期壽命為，則要求選取的軸承的額定動載荷C為 N 選軸承型號和尺寸！ 不同的機械上要求的軸承壽命推薦使用期見表四、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷A的計算。該類軸承受R產(chǎn)生派生軸向力S（表13-4），要成對使用，對稱安裝1）派生軸向力大小方向：a)正裝（面對面），支點跨距小，適合于傳動零件位于兩支承之間；b)反裝（背靠背），實際支距變大，適合于傳動零件處于外伸端2）實際軸向載荷A的確定（1）當時軸有向左移動的趨勢，使軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，壓緊的軸承1外圈通過滾動體將對內(nèi)圈

16、和軸產(chǎn)生一個阻止其左移的平衡力，使軸承1的實際軸向載荷為軸承2上的軸向力，由力的平衡條件本身的派生軸向力（2）當時軸有右移的趨勢，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”，“2”上產(chǎn)生一個平衡力，使軸承2實際所受的軸向力為軸承1實際所受的軸向力，由力的平衡條件本身派生軸向力最終：使軸上的軸向載荷處于平衡，而非結(jié)論：實際軸向力A的計算方法1）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。2）“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。3）“放松”端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力或A=max本身派生軸向力，除派生軸向力外軸上其他軸向載荷代數(shù)和（方向與派生

17、軸向力相反為+）五、滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：軸承的固定、調(diào)整、預(yù)緊、配合、裝拆、潤滑和密封等問題。一）滾動支承的結(jié)構(gòu)型式正常的滾動軸承支承應(yīng)使軸能正常傳遞載荷而不發(fā)生軸向竄動及軸受熱膨脹后卡死等現(xiàn)象。常用的滾動軸承支承結(jié)構(gòu)型式有三種：1、兩端固定支承常用，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便，適于普通工作溫度下較短軸（跨距L400mm）的支承。每個支點軸承內(nèi)、外圈均單方向軸向固定靠外圈端面與軸承端蓋間留有間隙補償軸的受熱伸長，間隙的大小或軸承內(nèi)軸向游隙的大小靠端蓋與軸承座端面間調(diào)整墊片條調(diào)節(jié)。當采用角接觸軸承時時有：正裝結(jié)構(gòu)（面對面）跨距L1，懸臂距離大，支承剛性差，受熱伸長游隙減

18、小易卡死，但裝配調(diào)整方便，且傳動件位于兩支承中間時剛性較好。反裝結(jié)構(gòu)（背靠背）跨距L2，懸臂距離大，支承剛性好，不會卡死。2、一端固定（雙向），一端游動適于轉(zhuǎn)速較高，溫差較大和跨距較大（L>350mm）固定端：軸承內(nèi)、外圈均雙向固定游動端深溝球軸承內(nèi)圈雙向固定，外圈與端蓋間留有間隙圓柱滾子軸承軸承內(nèi)、外圈均雙向固定，以免外圈同時游動，靠滾子與外圈間游動來補償受熱伸長當軸向載荷A較大時固定端采用多個軸承的組合結(jié)構(gòu)對角接觸軸承（正裝）承受雙向A和R并便于軸承的預(yù)緊和游隙的調(diào)整深溝球軸承承受R，雙向推力球軸承承受雙向A，承載能力較大。3、兩端游動人字齒輪高速主動軸使軸能左右雙向游動以自動補償輪

19、齒左右兩側(cè)螺旋角的制造誤差，使輪齒受力均勻，采用圓柱滾子軸承，靠滾子與外圈間的游動來實現(xiàn)。而低速齒輪軸則須兩端固定，以保證兩軸的軸向定位。二）滾動軸承的軸向固定內(nèi)圈與軸1）軸肩；2）軸用彈性檔圈A不大、n不高時；3）軸端檔圈+緊固螺釘n較大、A中等。4）圓螺母+止動墊圈A較大、n較高；5）開口圓錐緊定套+圓螺母和止動墊圈適于光軸上球面軸承外圈與座孔1）孔用彈性檔圈A不大時；2）軸承外圈止動槽內(nèi)嵌入止動環(huán)固定；3）軸承蓋A較大，n較高時；4）軸承座孔凸肩；5）螺紋環(huán)；6）軸承套環(huán)適于同一軸上兩軸承外徑不同時。三）支承的剛度和座孔的同心度剛度不夠，影響軸承的載荷分布，使軸承的壽命下降提高支承剛度的

20、措施：1）增加軸承座孔的壁厚；2）減小軸承支點相對于箱體孔壁的懸臂。3）采用加強筋加強支承部位的剛性。4）采用整體式軸承座孔。保證軸上兩個支承的座孔的同心度的方法（避免軸承內(nèi)、外圈間產(chǎn)生過大的偏斜）：1）整體機座，兩軸承座孔一次鏜出；2）如軸上兩軸承外徑不同采用套環(huán)結(jié)構(gòu),座孔還是一次鏜出。四）滾動軸承游隙和軸系軸向位置的調(diào)整軸承的調(diào)整：1）軸承游隙的調(diào)整；2）軸系軸向位置的調(diào)整錐齒輪和蝸桿軸。調(diào)整法：1）帶螺紋的零件；2）端蓋下的墊片（較為方便）注意：圓錐齒輪和蝸桿必須調(diào)整軸系的軸向位置，以保證錐齒輪副和蝸桿、蝸輪副的正確嚙合。方法：將軸承裝入套杯中，套杯再裝入座孔中，通過調(diào)整套杯端面與軸承座

21、端面間墊片厚度來調(diào)整錐齒輪和蝸桿的位置。五）滾動軸孔的配合影響滾動軸承的周向固定和徑向游隙，而徑向游隙又影響滾動軸承的運轉(zhuǎn)精度和壽命。配合過緊，游隙過小或消失，影響軸承正常運轉(zhuǎn)，f，發(fā)熱，易損壞配合過松，游隙增大，影響旋轉(zhuǎn)精度，且受載滾動體數(shù)，承載能力 松 緊軸承內(nèi)圈與軸 基孔制：常用：js6，j6，k6，m6，n6 松 緊軸承外圈與軸承座孔基軸制：常用：G7，H7，JS7，J7由于軸承內(nèi)孔與外圈都具有公差帶較小的負公差帶，而圓柱體基準孔公差帶為正，基準軸的公差帶為負，軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差規(guī)定的標準基孔制同類配合要緊，而外圈公差帶雖與圓柱體基準軸的公差帶方向一致（為負），但軸承外圈公差

22、帶較小，軸承外圈與座孔的配合，也比標準的基孔制同類配合要緊。滾動軸承配合的選擇原則：1）轉(zhuǎn)動圈比不動圈配合松一些；2）高速、重載、有沖擊、振動時，配合應(yīng)緊一些，載荷平穩(wěn)時，配合應(yīng)松一些；3）旋轉(zhuǎn)精度要求高時，配合應(yīng)緊一些（減小游隙）；4）常拆卸的軸承或游動套圈應(yīng)取較松的配合；5）與空心軸配合的軸承應(yīng)取較緊的密合。六）滾動軸承的預(yù)緊預(yù)緊的目的：1）提高旋轉(zhuǎn)精度；2）增加支承剛性；3）減小振動和噪音，延長軸承壽命。預(yù)緊原理：消除軸承中軸向游隙，使?jié)L動體與內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生初始變形常用預(yù)緊方法：1）用墊片和長短隔套預(yù)緊2）夾緊一對磨窄了的外圈的角接觸軸承3）夾緊一對圓錐滾子軸承）。利用彈簧預(yù)緊頂住軸承

23、外圈而預(yù)緊。預(yù)緊力不會因溫差引起的軸長度變化而變化預(yù)緊力的大小要適中：過大，ff增加，軸承壽命；過小，起不到提高軸承剛性的目的。七）滾動軸承的裝拆要求：1）壓力應(yīng)直接加于配合較緊的套圈上；2）不允許通過滾動體傳遞裝拆力；3）要均勻施加裝拆力嚴禁重錘直接敲擊方法：1）用軟錘均勻敲擊套圈裝入；2）壓力機壓入（較大的軸承）。 安裝拆卸時：1）壓力機壓出軸頸；2）軸承拆卸器將內(nèi)圈拉下。軸肩高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈高度。八）滾動軸承的潤滑目的；1）降低摩擦和磨損；2）散熱；3）緩沖、吸振、降低噪音；4）防銹和密封。潤滑方式1、脂潤滑承載大，不易流失，結(jié)構(gòu)簡單，密封和維護方便，但Ff大，易于發(fā)熱。適合于不便經(jīng)常維護，轉(zhuǎn)速不太高的場合。一般潤滑劑的填充量<1/31/2軸承空間。常用鈣基脂（T<65），鈉基脂、鈣鈉基脂（T較高），n較高