第12章 滾動軸承

1、基本要求：基本要求： 1能正確地選擇軸承的代號。 2能根據(jù)選定的軸承合理地設(shè)計出軸承裝置。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)： 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 1滾動軸承的選擇，滾動軸承的壽命計算。 2軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計。難點(diǎn)：難點(diǎn)：滾動軸承的壽命計算。12-1 概述12-2 滾動軸承的類型與選擇12-3 滾動軸承的載荷、應(yīng)力分析及失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則12-4 滾動軸承的壽命計算12-5 滾動軸承的靜載荷計算12-6 滾動軸承的組合設(shè)計12-7 滾動軸承的潤滑和密封12-8 滾動軸承例題分析概述 滾動軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的（例如：轉(zhuǎn)動的齒輪與軸）。概 述滾動軸承的特點(diǎn)：

2、旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件，選用方便。本章主要講授： 滾動軸承的類型和代號（認(rèn)識軸承）； 滾動軸承的選用（包括類型選擇、尺寸選擇、承載能力驗(yàn)算）； 滾動軸承的裝置設(shè)計。滾動軸承的構(gòu)成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架等虛擬演示(各類滾動體)類型和代號1滾動軸承的類型與選擇一、滾動軸承的分類夾角叫作軸承的接觸角；夾角叫作載荷角。 按滾動體的不同分類：球軸承、滾子軸承； 按可承受的外載荷分類：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承； 按軸承的結(jié)構(gòu)形式不同分類：類型和代號2滾動軸承的類型與選擇在實(shí)際應(yīng)用中，滾動軸承的結(jié)構(gòu)形式有很多。作為標(biāo)準(zhǔn)的滾動軸承，在國家標(biāo)準(zhǔn)中分為13類，其中，最為常用的軸承大約有下列

3、類:深溝球軸承圓柱滾子軸承推力球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承調(diào)心球軸承更多的滾動軸承虛擬現(xiàn)實(shí)中的滾動軸承類型和代號3二、滾動軸承的代號方法滾動軸承的類型與選擇前置代號 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：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。基本代號表示軸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。 類型代號：常用軸承代號為3、5、6

4、、7、N五類，詳細(xì)代號查閱類型代號表。類型和代號4 內(nèi)徑代號：內(nèi)徑代號5=內(nèi)徑，如：08表示軸承內(nèi)徑d=508=40mm。 公差等級代號：公差分2、4、5 、6(6x)、 0級，共五個級別 。以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)為代號，0級不標(biāo)注 。 游隙代號：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六個組別。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5為代號，0組不標(biāo)注。 滾動軸承的類型與選擇高級 低級 游隙值：小 大 內(nèi)徑 d10121517代 號00010203特殊情況： 尺寸系列代號：表達(dá)相同內(nèi)徑但外徑和寬度不同的軸承。但對圓錐滾子軸承(3類)和調(diào)心滾子軸承(2類)

5、不能省略“0”。外徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列代號：一般正常寬度為“0”，通常不標(biāo)注。 類型和代號5滾動軸承的類型與選擇三、軸承代號示例6308：6深溝球軸承，3中系列，08 內(nèi)徑d=40mm， 公差等級為0級，游隙組為0組； N105/P5： N圓柱滾子軸承，1特輕系列，05內(nèi)徑d=20mm，公差等級為5級，游隙組為0組；7214AC/P4： 7角接觸球軸承，2輕系列，14內(nèi)徑d=70mm，公差等級為4級，游隙組為0組，公稱接觸角=15；30213：3圓錐滾子軸承，2輕系列，13內(nèi)徑d=65mm，0正常寬度(0不可省略)，公差等級為0級，游隙組為0組；6

6、103： 6深溝球軸承，1特輕系列，03內(nèi)徑d=17mm，公差等級為0級，游隙組為0組；注：滾動軸承代號比較復(fù)雜，上述代號僅為最常用的、最有規(guī)律的部分。具體應(yīng)用時，若遇到看不懂的代號時，應(yīng)查閱GB/T272-93。 類型代號表滾動軸承主要類型代號表6深溝球軸承L直線軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型滾動軸承的類型與選擇類型選擇1滾動軸承的類型選擇選擇軸承的類型和直徑系列按軸徑確定軸承內(nèi)徑滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件，同學(xué)

7、們應(yīng)能在機(jī)械設(shè)計過程中，根據(jù)使用的要求較合理地選擇滾動軸承的類型與規(guī)格。一、滾動軸承選擇的一般過程如下：對沒有嚴(yán)格要求的軸承可不進(jìn)行承載能力驗(yàn)算END進(jìn)行承系能力驗(yàn)算合格不合格對有較嚴(yán)格要求的軸承 類型選擇2滾動軸承的類型與選擇三、滾動軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題1軸承的載荷3軸承的調(diào)心性能方向：向心軸承用于受徑向力；推力軸承用于受軸向力；向心推力軸承用于承受徑向力和周向力聯(lián)合作用。大小：滾子軸承或尺寸系列較大的軸承能承受較大載荷；球軸承或尺寸系列較小的軸承則反之。調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求。 2軸承的轉(zhuǎn)速球軸承和輕系列的軸承能適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，滾子軸承和重系列的軸承則反之；推力

8、軸承的極限轉(zhuǎn)速很低。類型選擇2滾動軸承的類型與選擇三、滾動軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題4安裝和拆卸 當(dāng)軸承座沒有剖分面而且必須沿軸向安裝和拆卸軸承時，可優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承（如N類、NA類、3類等）。當(dāng)軸承安裝在長軸上時，可以選用內(nèi)圈孔為圓錐孔（用以安裝在緊定襯套上）的軸承（圖12-5），這樣便于裝拆。圖12-5 安裝在圓錐緊定套上的軸承 工作情況1一、軸承元件上的載荷分布與應(yīng)力的變化滾動軸承工作時，并非所有滾動體都同時受載。 滾動體同時受載的程度與軸承所受的徑向力和軸向力的大小有關(guān)，一般以控制約半圈滾動體同時受載為宜。如右圖所示，徑向載荷Fr通過軸頸作用于內(nèi)圈，由下半圈的滾動體將此載荷傳到

9、外圈上（承載區(qū)）。此時，內(nèi)圈將下沉一個距離0，不在Fr作用工作時，軸承各個元件上載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時時變化的，而固定套圈受載最大處的工作狀態(tài)最為惡劣。詳細(xì)分析滾動軸承的載荷、應(yīng)力分析及失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則線上的其它各點(diǎn)，下沉有效變形量應(yīng)是i=0cos(i) ，i=1，2，即有效變形量在Fr作用線兩側(cè)對稱分布，向兩側(cè)逐漸減小。接觸載荷也是在Fr作用線上的最下面一個滾動體受力最大，向兩側(cè)逐漸減小。0r1NFFnii 根據(jù)力的平衡原理，所有滾動體作用在內(nèi)圈上的反力FNi的向量和必定與徑向載荷Fr相平衡，即滾動軸承的載荷、應(yīng)力分析及失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則二、軸向載荷對載荷分布的影響向心推力軸承實(shí)際承受的軸向

10、力Fa取決于產(chǎn)生派生軸向力Fd和外加于軸承的軸向力Fae，其中，派生軸向力Fd是有徑向載荷Fr作用時產(chǎn)生，如圖所示。由于滾動體與滾道的接觸線與軸承軸線之間夾一個接觸角，因而各滾動體與內(nèi)、外圈的作用力 并不指向半徑方向，它可以分解為一個徑向分力 和一個軸向分力 。 。軸承的派生軸向力 ， NiFNiFdiFdFtanFNidiFdidFF派生軸向力Fd隨著受載的滾動體數(shù)目增多而增大。在正常工作時，軸承內(nèi)至少要有下半圈的滾動體受載。 軸承的派生軸向力迫使軸頸（連同軸承內(nèi)圈和滾動體）有向右移動的趨勢，這應(yīng)由軸向力Fa來與之平衡（圖a）。 a) 軸面受力圖b) 端面受力圖滾動軸承尺寸的選擇2三、滾動軸

11、承的失效形式套圈和滾動體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承最基本和常見的失效形式，是作為滾動軸承壽命計算的依據(jù)。點(diǎn)蝕膠合斷裂u 轉(zhuǎn)速較高而潤滑油不足時引起軸承燒傷；u 潤滑油不清潔而使?jié)L動體和滾道過度磨損；u 裝配不當(dāng)而使軸承卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。滾動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時可能出現(xiàn)各種類型的失效，下列為常見的失效形式：磨損除了點(diǎn)蝕以外，軸承還可能發(fā)生其它多種的失效形式。例如：這些失效形式可以通過加強(qiáng)裝配過程管理等措施來克服。更多的失效 滾動軸承的載荷、應(yīng)力分析及失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則滾動軸承的載荷、應(yīng)力分析及失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則四、滾動軸承的設(shè)計準(zhǔn)則 針對滾動軸承失效形式，迄今為止主要是通過壽命和強(qiáng)度計

12、算以保證軸承可靠地工作。設(shè)計準(zhǔn)則可按以下情況確定： （1）對于一般轉(zhuǎn)動的軸承，主要是接觸疲勞失效，故以疲勞強(qiáng)度計算為依據(jù)，稱為軸承的壽命計算。 （2）對工作轉(zhuǎn)速很低(n10r/min )或只作低速擺動的軸承，主要失效形式是工作表面的塑性變形，故以靜強(qiáng)度計算為依據(jù)，稱為軸承的靜強(qiáng)度計算。 （3）對于工作轉(zhuǎn)速較高的軸承，除了接觸疲勞失效，主要失效形式是工作表面的燒傷，故除了壽命計算，還要驗(yàn)算極限轉(zhuǎn)速。滾動軸承尺寸的選擇1滾動軸承的壽命計算滾動軸承的載荷有動載荷與靜載荷之分，不同的載荷對應(yīng)著不同的失效形式。滾動軸承的壽命主要是指軸承的疲勞壽命，由于疲勞壽命與概率密切相關(guān)率，因此軸承的壽命必然與可靠性

13、問題相關(guān)。本節(jié)從以下方面講述滾動軸承壽命計算： 滾動軸承的壽命計算 滾動軸承的當(dāng)量動載荷 向心推力軸承的軸向力計算 滾動軸承尺寸的選擇3一、滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命是指軸承的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)。顯然，通常談的滾動軸承壽命是指滾動軸承的疲勞壽命。與一般結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命一樣，滾動軸承的疲勞壽命的離散性也是相當(dāng)大的（見右圖）。u 基本額定壽命基本額定壽命：具有90可靠度時軸承的壽命，用L10表示。u 基本額定動載荷基本額定動載荷：使軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值，用字母C表示。u 基本額定壽命計算式基本額定壽命計算式。為軸承的

14、工作轉(zhuǎn)速載荷；為軸承所承受的當(dāng)量動（滾子軸承）；（球軸承）；其中：min)/(3103rnP100 90 80 70 60 5040 30 20 10 0151020未失效軸承數(shù)量%軸承的壽命/（106r）)10(610rPCL)(60106hPCnLh或 滾動軸承的壽命計算滾動軸承尺寸的選擇4二、滾動軸承的當(dāng)量動載荷在進(jìn)行軸承壽命計算時，應(yīng)把作用在軸承上的實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定軸承C值的載荷條件相一致當(dāng)量動載荷當(dāng)量動載荷（用字母P表示）。各類軸承的當(dāng)量動載荷可按下式計算：arYFXFP式中：Fr與Fa分別為軸承實(shí)際承受的徑向載荷與軸向載荷 X、Y分別為軸承的徑向動載荷系數(shù)與軸向動載荷系數(shù)(查表

15、） 為了計及實(shí)際載荷波動的影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個載荷系數(shù) f p 。)(arPYFXFfP：即載荷性質(zhì)載荷系數(shù) f p舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8機(jī)床、車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊1.83.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等 滾動軸承的壽命計算滾動軸承尺寸的選擇5三、向心推力軸承的軸向力計算當(dāng)FaeFd2Fd1時，相當(dāng)于軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，軸承1的軸向力為Fa1FaeFd2 軸承2的軸向力為Fa2Fd2當(dāng)FaeFd2Fd1時，相當(dāng)于軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊”，軸

16、承1的軸向力為Fa1Fd1 軸承2的軸向力為Fa2Fd2Fae 滾動軸承的壽命計算滾動軸承尺寸的選擇6向心推力軸承所受軸向力Fa的計算方法可以歸納為： 由派生軸向力及外加軸向力的計算與分析，判斷被“放松”或被“壓緊”的軸承； 確定被“放松”軸承的軸向力僅為其本身派生的軸向力； 被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身派生的軸向力后其余各軸向力之合力。 滾動軸承的壽命計算滾動軸承尺寸的選擇7滾動軸承靜載荷計算對于在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動的軸承，其失效形式不是疲勞點(diǎn)蝕，而是因滾動接觸面上的接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生的過大的塑性變形。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，對每一種規(guī)格的滾動軸承規(guī)定了一個不應(yīng)超過得載荷界

17、限基本額定靜載荷，用C0表示。軸承上作用的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa應(yīng)折合成一個當(dāng)量靜載荷P0即： P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，可由軸承手冊查取。按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為：000PSC 式中：S0為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，可由設(shè)計手冊查取。 滾動軸承尺寸的選擇8滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承尺寸選擇的過程由力分析確定軸承所承受的Fr與Fa計算當(dāng)量動載荷P=fP(XFr+YFa)明確軸承的工作轉(zhuǎn)速n與預(yù)計壽命L10計算軸承應(yīng)滿足的基本額定動載荷PnLC/ 16101060由軸承樣本（手冊）查取合適的軸承 軸承裝置的設(shè)計1 軸承的裝置設(shè)計的內(nèi)容

18、包括：軸承的定位和緊固、軸承的配置設(shè)計、軸承位置的調(diào)節(jié)、軸承的潤滑與密封、軸承的配合以及軸承的裝拆等問題。一、滾動軸承的定位和緊固滾動軸承的軸向緊固是指將軸承的內(nèi)圈或外圈相對于軸或軸承座實(shí)施緊固。具體的緊固方法有很多，下面列舉常用的方法。 滾動軸承的組合設(shè)計軸承裝置的設(shè)計2一、滾動軸承的配置軸承的配置問題是指：對于一個軸系應(yīng)采用幾個軸承支承、如何支承、如何配置等問題。常用的軸承配置方案有以下三類，每一類又有若干具體方案。 滾動軸承的組合設(shè)計軸承裝置的設(shè)計3三、軸系部件的位置調(diào)整錐齒輪或蝸桿在裝配時，通常需要進(jìn)行軸向位置的調(diào)整。為了便于調(diào)整，可將確定其軸向位置的軸承裝在一個套杯中，改變套杯在外殼

19、孔中的位置即可方便地對軸系部件進(jìn)行整體調(diào)整。 滾動軸承的組合設(shè)計軸承裝置的設(shè)計5四、滾動軸承的配合與裝拆 滾動軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。 滾動軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，外徑與外殼孔的配合采用基軸制。裝拆滾動軸承時，不能通過滾動體來傳力，以免使?jié)L道或滾動體造成損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時以使用專門的工具為宜。 1滾動軸承的配合2滾動軸承的安裝與拆卸 軸承的內(nèi)、外圈屬于薄壁零件，容易變形。當(dāng)它裝入外殼孔或裝在軸上后，其內(nèi)外圈的不圓度將受到外殼孔及軸頸形狀的影響。 詳細(xì)說明更多圖片錯誤的施力正確的施力 滾動軸承的組合設(shè)計軸承裝置的設(shè)計6 對于一根軸上兩個支承的座孔，必須盡

20、可能地保持同心。最好的辦法是采 用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把兩軸承孔一次鏜出； 正確選擇軸承的配合，保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止內(nèi)圈與軸、外圈與外殼孔 在工作時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動； 在安裝軸承的過程中，應(yīng)確保實(shí)施安裝軸承的力不作用的滾動體上，否則 將使軸承損壞；更多說明 對軸承適當(dāng)?shù)仡A(yù)緊，以此提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛度、減 小機(jī)器工作時軸的振動。在進(jìn)行滾動軸承的安裝設(shè)計時，應(yīng)注意以下問題： 應(yīng)盡量保證軸及軸承座有足夠的剛度，以避免過大的變形使?jié)L動體受阻滯 而使軸承提前損壞；更多說明 滾動軸承的組合設(shè)計軸承裝置的設(shè)計4滾動軸承的潤滑與密封1潤滑的目的 潤滑可以降低滾動軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量；

21、 軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油潤滑可以到起冷卻作用，從而降低軸承的工作溫度，延長使用壽命； 良好的潤滑狀態(tài)，可在滾動體與滾道間形成一層使兩者隔開的油膜，可以使接觸壓力減?。?軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以防止表面氧化生銹。選哪一類潤滑方式，這與軸承的速度有關(guān)。選擇潤滑方式時，可查閱各類潤滑方式的dn值界限表。2潤滑方式的選擇軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類。3密封作用：阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，防止?jié)櫥瑒┝魇АＣ芊庋b置可分為：非接觸式密封和接觸式密封。 例1 如圖所示，某軸軸頸直徑d35mm，轉(zhuǎn)速n=480r/min，兩支承上的徑向載荷Fr11500N，F(xiàn)r21000N，軸向外載荷FA600N，方向如圖。載荷有輕微振動，軸承工作溫度t100，要求軸承壽命Lh10000h。試選擇軸承型號。 例題1解： 1選擇軸承類型 軸承工作轉(zhuǎn)速不很高，承載也不大，雖有軸向載荷，而相對于徑向載荷較小，故選用結(jié)構(gòu)簡單、價格較低的深溝球軸承。 2求當(dāng)量動載荷 由于軸承型號未定，C、