第十三章滾動軸承

1、第十三章第十三章 滾動軸承滾動軸承13.1 13.1 滾動軸承的構造和特點滾動軸承的構造和特點12341、滾動軸承的組成、滾動軸承的組成外圈外圈1、內圈、內圈2、滾動體、滾動體3、保持架、保持架4滾動體的種類有滾動體的種類有2、特點（與滑動軸承相比）特點（與滑動軸承相比） 1) 摩擦系數(shù)小，摩擦系數(shù)小，f=0.0010.004 2) 啟動靈活；啟動靈活； 3) 潤滑容易潤滑容易 4) 標準化、互換標準化、互換 5) 但抗沖擊載荷能力差，很難做成剖分式但抗沖擊載荷能力差，很難做成剖分式滾動軸承中的承載形式為點或線接觸，最大接觸應力滾動軸承中的承載形式為點或線接觸，最大接觸應力可以高達可以高達40

2、00MPa；3、材料、熱處理及用途材料、熱處理及用途 套圈及滾動體：套圈及滾動體：GCr15普通普通 、9Cr18（4400C）-防銹、防銹、 Cr4Mo4V(M50)高溫、高溫、 Si3N4特殊環(huán)境特殊環(huán)境保持架：保持架：高聚物、低碳鋼、銅、夾布膠木高聚物、低碳鋼、銅、夾布膠木各類軸承及滾動體各類軸承及滾動體13.2 滾動軸承的類型及其代號滾動軸承的類型及其代號一、滾動軸承的類型一、滾動軸承的類型按滾動體的形狀分按滾動體的形狀分球軸承球軸承滾子軸承滾子軸承軸承公稱接觸角軸承公稱接觸角: :滾動體與外圈軌道接觸點的法線和軸承半滾動體與外圈軌道接觸點的法線和軸承半徑方向的夾角徑方向的夾角0090

3、1.向心軸承向心軸承(0 )徑向接觸軸承(045 )向心角接觸軸承2.推力軸承推力軸承(90 )軸向接觸軸承(4590 )推力角接觸軸承按受力分：按受力分：國家標準國家標準GB/T272-1993中，按載荷方向及結構不同進行分類中，按載荷方向及結構不同進行分類單列單列雙列雙列按滾動體列數(shù)分：按滾動體列數(shù)分：多列多列二、二、 滾動軸承代號滾動軸承代號下表表示滾動軸承代號的構成下表表示滾動軸承代號的構成前置代號 基本代號 后置代號 成 套 軸 承 分 部 件 類型代號 尺寸系列代號 內徑代號 內部結構代號 密封防塵與外圈形狀變化代號 保持架結構及材料變化代號 軸承材料變化代號 公差等級代號 游隙組

4、代號 配置代號 其它 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 內徑代號 寬度系列代號 直徑系列代號 類型代號 其他代號 公差等級代號 特殊軸承材料代號 保持架及材料代號 密封與防塵代號 內部結構代號 游隙代號 1.類型代號：類型代號：2.尺寸系列代號：尺寸系列代號：承載能力發(fā)生變化承載能力發(fā)生變化寬度系列與直徑系列寬度系列與直徑系列（見表（見表13.1）3.內徑代號：內徑代號：內徑大小內徑大小軸承內徑d/(mm) 內徑代號 示例 10 00 12 01 15 02 1017 17 03 深溝球軸承6201 內徑d=12mm 20495 (

5、22、 28、 32 除外) 用內徑除以5 得的商數(shù)表示。當商數(shù)只有個位數(shù)時，需在十位數(shù)處用0 占位 深溝球軸承6210 內徑d=50mm 500 以及22、28、32 用內徑毫米數(shù)直接表示，并在尺寸系列代號與內徑代號之間用“/”號隔開 深溝球軸承 62/500,內徑d=500mm 62/22,內徑d=22mm 4.內部結構代號內部結構代號代號 示例 對應舊標準 C 角接觸球軸承 公稱接觸角15 7210C 36210 AC 角接觸球軸承 公稱接觸角25 7210AC 46210 B 角接觸球軸承 公稱接觸角40 7210B 66210 圓錐滾子軸承 接觸角加大 32310B - E 加強型,

6、改進結構設計,增大承載能力 NU207E 32207 E 5.公差等級代號公差等級代號 精度低 精度高 示例 /P0 /P6 /P5 /P4 /P2 6206/P5 對應舊標準 G E D C B D206 6.6.配置代號配置代號代號 /DB /DF /DT 含義 背對背安裝方式 面對面安裝方式 串聯(lián)安裝方式 示例 舊標準 236210 336210 436210 7.軸承代號的編制規(guī)則軸承代號的編制規(guī)則(1)軸承代號按表軸承代號按表13-2所列的順序從左至右所列的順序從左至右排列。排列。(2)當軸承類型代號用字母表示時當軸承類型代號用字母表示時,字母與其字母與其后的數(shù)字之間應空一個字符。后

7、的數(shù)字之間應空一個字符。(3)基本代號與后置代號之間應空一個字符基本代號與后置代號之間應空一個字符,但當后置代號中有但當后置代號中有“-”號或號或“/”號時號時,不再留不再留空?？?。(4)在尺寸系列代號中在尺寸系列代號中,位于括號中的數(shù)字省略位于括號中的數(shù)字省略不寫不寫。(5)公差等級代號中的公差等級代號中的/P0省略不寫。省略不寫。例如例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF軸承類型為角接觸球軸承軸承類型為角接觸球軸承尺寸類型代號尺寸類型代號, ,其中其中寬度類型代號為寬度類型代號為0,0,窄系列窄系列, ,省略不寫省略不寫, ,直徑系列代號為直徑系列代號為2,2,輕系列輕

8、系列軸承內徑軸承內徑5 1050dmm空一個字符空一個字符公稱接觸角公稱接觸角15軸承精度等級為軸承精度等級為5 5級級面對面配置面對面配置32210/P3/DB練習背對背安裝背對背安裝3級精度級精度直徑直徑50mm寬、輕系列寬、輕系列圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承13.3 滾動軸承類型的選擇滾動軸承類型的選擇選擇滾動軸承類型時可參考以下幾點：選擇滾動軸承類型時可參考以下幾點：（1 1）當載荷加大后有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；）當載荷加大后有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；當載荷較小時，宜用球軸承。當載荷較小時，宜用球軸承。（2 2）當只受徑向載荷時，或雖同時受徑向和軸向載）當只受徑向載荷時，或雖同時受徑

9、向和軸向載 荷，但以徑向載荷為主時，應用向心軸承。荷，但以徑向載荷為主時，應用向心軸承。 當只受軸向載荷時，一般應用推力軸承，而當當只受軸向載荷時，一般應用推力軸承，而當轉速很高時，可用角接觸球軸承或深溝球軸承。轉速很高時，可用角接觸球軸承或深溝球軸承。 當徑向和軸向載荷都較大時，應采用角接觸軸當徑向和軸向載荷都較大時，應采用角接觸軸承。承。（4）當要求支承具有較大剛度時，應用滾子軸承。）當要求支承具有較大剛度時，應用滾子軸承。（5）當軸的撓曲變形大或軸承座孔不同、跨度大而）當軸的撓曲變形大或軸承座孔不同、跨度大而對支承有調心要求時，應選用調心軸承。對支承有調心要求時，應選用調心軸承。（6）為

10、便于軸承的裝拆，可選用內、外圈分離的軸）為便于軸承的裝拆，可選用內、外圈分離的軸承。承。（7）從經濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度）從經濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結構軸承比特低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結構軸承比特殊結構的軸承便宜。殊結構的軸承便宜。（3）當轉速較高時，宜用球軸承；當轉速較低時，）當轉速較高時，宜用球軸承；當轉速較低時，可用滾子軸承，也可用球軸承。可用滾子軸承，也可用球軸承。134 滾動軸承的工作情況 一、滾動軸承的載荷分布 1、受軸向載荷Fa 各滾動體平均分擔 2、受徑向載荷Fr 上半圈滾動體不受力下半圈滾動體受力 QmaxR

11、n3、角接觸軸承同時受 Fr 和 Fa （1）角接觸軸承的派生軸向力FS SAOFRQiRiSiFS1.25Fr tg FS方向有使內、外圈分離的趨勢。 要成對使用、對稱安裝 （2）軸向載荷對載荷分布的影響 當只有最下面一個滾動體受載時 載荷角，F(xiàn)a與Fr的合力F與徑向平面的夾角 tgFrFaFrFstg受載滾動體增多時SAOFRQiRiSi在同樣Fr作用下，派生軸向力FS 多個滾動體受載派生的軸向力的合力 只有一個滾動體受載時派生的軸向力 tgFrtgQiFsiFsnini11FrFstgtgFrFatgFrFa軸向力 單個滾動體受載產生的派生軸向力多個滾動體受載的條件 結論： 1）角接觸軸

12、承及圓錐滾子軸承必須在Fr和Fa的聯(lián)合作用下工作，或成對使用對稱安裝。2）為使更多的滾動體受載應使 tgFrFa3）Fr不變時，F(xiàn)a由最小值（一個滾動體受載）逐漸增大（即載荷角增大），則受載滾動體數(shù)tgtg25. 1當時 ，下半圈滾動體受載4）實際工作時，至少達到下半圈滾動體受載，安裝3和7類軸承不能有較大的軸向竄動量。 二、軸承工作時軸承元件上載荷與應力的變化 滾動體不穩(wěn)定脈動循環(huán)變應力 固定套圈穩(wěn)定的脈動循環(huán)變應力 進入非承載區(qū)進入承載區(qū)Q,HQ,HTT進入非承載區(qū)進入承載區(qū)Q,HQ,HTT13.5 滾動軸承尺寸的選擇滾動軸承尺寸的選擇一、滾動軸承的失效形式一、滾動軸承的失效形式各接觸點受

13、力：各接觸點受力：受交變載荷受交變載荷鋼球疲勞點蝕鋼球疲勞點蝕陶瓷球疲勞點蝕陶瓷球疲勞點蝕1.疲勞點蝕：疲勞點蝕：滾動軸承最常見的失效形式。滾動軸承最常見的失效形式。內環(huán)上的疲勞點蝕內環(huán)上的疲勞點蝕軸承膠合軸承膠合2.塑性變形：塑性變形：受較大靜載或沖擊載荷受較大靜載或沖擊載荷3.磨粒磨損：磨粒磨損：雜質進入雜質進入4.膠合：膠合：高速、重載、發(fā)熱高速、重載、發(fā)熱二、滾動軸承的計算準則二、滾動軸承的計算準則壽命計算：壽命計算：對于轉動的滾動軸承，疲勞點蝕是對于轉動的滾動軸承，疲勞點蝕是其主要失效形式，因而主要是進行壽命計算，其主要失效形式，因而主要是進行壽命計算，必要時再作靜強度校核。必要時再

14、作靜強度校核。靜強度計算：靜強度計算：對于不轉動、低速或擺動的軸承，對于不轉動、低速或擺動的軸承，局部塑性變形是其主要失效形式，因而主要是局部塑性變形是其主要失效形式，因而主要是進行靜強度計算。進行靜強度計算。校核極限轉速：校核極限轉速：對于高速軸承，發(fā)熱以至膠合對于高速軸承，發(fā)熱以至膠合是其主要失效形式，因而除進行是其主要失效形式，因而除進行壽命計算壽命計算外還外還應該應該校核極限轉速校核極限轉速。 三、滾動軸承的壽命計算三、滾動軸承的壽命計算1、基本公式、基本公式基本額定動負荷：基本額定動負荷：軸承工作溫度在軸承工作溫度在100 C以下以下,基本額定壽命基本額定壽命61 10Lr 時，軸承

15、所能承受的最大載荷，時，軸承所能承受的最大載荷，用用C表示表示?；绢~定動負荷基本額定動負荷的方向的方向:對于推力軸承為中心軸向載荷對于推力軸承為中心軸向載荷對于角接觸向心軸承為載荷的徑向分量對于角接觸向心軸承為載荷的徑向分量基本額定壽命基本額定壽命 ： 一批相同軸承，在相同條件下運轉，一批相同軸承，在相同條件下運轉， 90%軸軸承在疲勞點蝕前轉過的承在疲勞點蝕前轉過的 轉數(shù)，單位為轉數(shù)，單位為106 r。對于向心軸承為徑向載荷對于向心軸承為徑向載荷疲勞曲線疲勞曲線疲勞壽命威布爾分布疲勞壽命威布爾分布10510610710851020304050607080909551020304050607

16、0809095 失 效 概率，循環(huán) 次數(shù)，次105106107108510203040506070809095510203040506070809095 失 效 概率，循環(huán) 次數(shù)，次載荷P1載荷P2載荷P1載荷P2由實驗得到的曲線1C 常數(shù)1CL P在當量動載荷在當量動載荷P作用下的基本額定壽命為作用下的基本額定壽命為610CLrP滾動軸承的載荷與壽命之間的關系滾動軸承的載荷與壽命之間的關系:P L常數(shù):,3;,10/3壽命指數(shù) 對于球軸承對于滾子軸承。61060hCLhnP61060ThPf CLhnf P常用小時數(shù)表示基本額定壽命常用小時數(shù)表示基本額定壽命Lh引入溫度系數(shù)引入溫度系數(shù)fT和

17、載荷系數(shù)和載荷系數(shù)fP2、當量動載荷、當量動載荷 把實際載荷折算為與基本額定動負荷的方向相把實際載荷折算為與基本額定動負荷的方向相同的一假想載荷，在該假想載荷作用下軸承的壽命同的一假想載荷，在該假想載荷作用下軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同，則稱該假想載荷為與實際載荷作用下的壽命相同，則稱該假想載荷為當量動載荷，用當量動載荷，用P表示。表示。當量動載荷當量動載荷P的計算式：的計算式：raPXFYFXY 、徑向系數(shù)和軸向系數(shù)raFF 、軸承的徑向載荷和軸向載荷3、角接觸軸承的內部軸向力、角接觸軸承的內部軸向力軸承類型軸承類型角接觸球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承7000C型型(=1

18、50)7000AC型型(=250)7000B型型(=400)S0.4Fr0.7FrFrFr/2Y表表11.13 角接觸軸承的內部軸向力角接觸軸承的內部軸向力S由力的平衡條件得由力的平衡條件得21WSSA作用在軸承作用在軸承上的軸向載上的軸向載荷為荷為作用在軸承作用在軸承 上的軸向載荷上的軸向載荷只有自身的內部軸向力只有自身的內部軸向力, ,即即11aFS221aFWSAS取軸承內圈和軸為分離體取軸承內圈和軸為分離體四、四、 滾動軸承的靜強度計算滾動軸承的靜強度計算基本額定靜負荷基本額定靜負荷C0：滾動軸承中受載最大的滾動體與最弱座滾動軸承中受載最大的滾動體與最弱座圈滾道的接觸處的塑性變形量之和

19、為滾動體的圈滾道的接觸處的塑性變形量之和為滾動體的1/10 000時的載時的載荷。荷。滾動軸承的靜強度校核公式：滾動軸承的靜強度校核公式：00000,CS PSPN靜強度安全系數(shù)當量靜載荷當量靜載荷當量靜載荷P0：是一個假想載荷，在當量靜載荷作用下，軸承是一個假想載荷，在當量靜載荷作用下，軸承的受載最大滾動體與滾道接觸處的塑性變形總量與實際載荷的受載最大滾動體與滾道接觸處的塑性變形總量與實際載荷作用下的塑性變形總量相同。作用下的塑性變形總量相同。 其作用方向與基本額定靜負荷相同。其作用方向與基本額定靜負荷相同。，由表11-14查取對于向心軸承、角接觸軸承，當量靜載荷取下面兩式中對于向心軸承、角

20、接觸軸承，當量靜載荷取下面兩式中計算出的較大值計算出的較大值000raPX FY F00XY 、分別為靜徑向系數(shù)和靜軸向系數(shù)0rPF五、五、 滾動軸承的極限轉速滾動軸承的極限轉速極限轉速極限轉速 :軸承在一定載荷和潤滑條件下所允許的最高軸承在一定載荷和潤滑條件下所允許的最高轉速。轉速。limn載荷系數(shù)載荷系數(shù) ：當軸承的當量動負荷當軸承的當量動負荷P超過超過0.1C時時,需將手冊需將手冊中的極限轉速乘以小于中的極限轉速乘以小于1的系數(shù)。的系數(shù)。1f載荷分布系數(shù)載荷分布系數(shù) ：當向心軸承受軸向載荷時當向心軸承受軸向載荷時,需將手冊中需將手冊中查得的極限轉速乘以小于查得的極限轉速乘以小于1的系數(shù)。

21、的系數(shù)。2f極限轉速為：極限轉速為：lim12limnf f n13.6 軸承部件結構設計軸承部件結構設計軸承部件：軸承部件：在機器中在機器中,傳動件、軸、滾動軸承、機體、潤滑及傳動件、軸、滾動軸承、機體、潤滑及密封等組成為一個相互聯(lián)系的有機整體。密封等組成為一個相互聯(lián)系的有機整體。在進行軸承部件結構設計時，主要應考慮以下幾個問題。在進行軸承部件結構設計時，主要應考慮以下幾個問題。一、軸承部件的軸向固定一、軸承部件的軸向固定軸向固定：軸向固定：軸向力的承受方式軸向力的承受方式1.兩端固定支承兩端固定支承分析軸向力如何承受，分析軸向力如何承受，即力如何傳到支承上即力如何傳到支承上游隙游隙C=0.

22、250.35支點跨距支點跨距l(xiāng) 3005002.一端固定、一端游動支承一端固定、一端游動支承間隙：間隙：23mm固定端如何固定固定端如何固定游動端如何游動游動端如何游動3.兩端游動支承兩端游動支承由于人字齒輪存在誤差由于人字齒輪存在誤差齒向載荷不均齒向載荷不均小齒輪軸做成兩端游動小齒輪軸做成兩端游動4. 支承剛度支承剛度跨距大，受力情況不好跨距大，受力情況不好軸的剛度小軸的剛度小跨距小，受力情況好跨距小，受力情況好軸的剛度大軸的剛度大二、軸承部件的調整二、軸承部件的調整1.軸承間隙的調整軸承間隙的調整2.軸上傳動件位置的調整軸上傳動件位置的調整(a)加減墊片加減墊片(b)調整螺釘調整螺釘墊片墊

23、片1調整錐齒輪位置調整錐齒輪位置墊片墊片2調整軸承間隙調整軸承間隙徑向位置由中徑向位置由中心距保證心距保證軸向位置用墊軸向位置用墊片調整片調整蝸輪位置調整蝸輪位置調整三、滾動軸承的配合三、滾動軸承的配合配合標注：配合標注：內圈與軸：只標注軸內圈與軸：只標注軸外圈與孔：只標注孔外圈與孔：只標注孔配合種類：配合種類：緊配合：轉速高、載荷大、溫度高、有振動、緊配合：轉速高、載荷大、溫度高、有振動、 內圈與軸一起轉動內圈與軸一起轉動松配合：經常拆卸、松配合：經常拆卸、 外圈靜止、半圈受載外圈靜止、半圈受載四、軸承的裝拆四、軸承的裝拆1.1.加熱加熱 ( (80900C) )2.2.利用拆裝工具利用拆裝

24、工具注意：內、外環(huán)用不同工具注意：內、外環(huán)用不同工具注意：注意：h1/4h1/4外環(huán)厚度外環(huán)厚度五、滾動軸承的潤滑和密封五、滾動軸承的潤滑和密封1.滾動軸承的潤滑滾動軸承的潤滑潤滑的目的：潤滑的目的：減少摩擦磨損、吸收振動、降低溫度減少摩擦磨損、吸收振動、降低溫度潤滑方式：潤滑方式：脂潤滑：可承受較大載荷，脂潤滑：可承受較大載荷， 便于密封及維護，便于密封及維護， 不宜填充過多不宜填充過多 dn （1.52） 105 mm r/min 浸油潤滑浸油潤滑2.滾動軸承的密封滾動軸承的密封密封類型 圖例 適用場合 說明 脂潤滑。要求環(huán)境清潔，軸頸圓周速度 v 不大于4m/s5m/s，工作溫度不超過

25、90C 矩形斷面的毛氈圈安裝在梯形槽內，毛氈受到壓力而緊貼在軸上，從而起到密封作用 接觸式密封 脂或油潤滑。軸頸圓周速度v7m/s,工作溫度范圍-40C100C 唇型密封圈用皮革、塑料或耐油橡膠制成，有的具有金屬骨架，有的沒有骨架，是標準件 單向密封 密封類型 圖例 適用場合 說明 脂潤滑。 干燥清潔環(huán)境 靠軸與蓋間的細小環(huán)節(jié)間隙密封,間隙愈小愈長,效果愈好,間隙 取0.1mm0.3mm 非接觸式密封 脂潤滑或油潤滑。 工作溫度不高于密封用脂的滴點。 這種密封效果可靠 將旋轉件與靜止件之間的間隙作成迷宮 （曲路） 形式，在間隙中充填潤滑油或潤滑脂以加強密封效果。 迷宮或密封分徑向、軸向兩種：圖

26、（a）徑向曲路，徑向間隙 不大于0.1mm0.2mm;圖(b)軸向曲路,考慮軸的伸長,間隙可取大些 (a)(b)橡膠密封曲路密封(a)(b)圖13-38(a)(b)圖13-383、組合式密封1210613991411711284523找結構錯誤11.9 11.9 減速器輸出軸部件設計減速器輸出軸部件設計一級圓柱齒輪減速器由輸入軸部件、輸出軸部件和機體組成一級圓柱齒輪減速器由輸入軸部件、輸出軸部件和機體組成輸出軸部件設計過程主要包括：輸出軸部件設計過程主要包括：（1）初定尺寸）初定尺寸（2）畫結構草圖）畫結構草圖（3）校核計算）校核計算（4）完成部件圖設計）完成部件圖設計（5）完成零件圖設計）完

27、成零件圖設計4.軸的受力分析軸的受力分析5.校核軸的強度校核軸的強度6.校核鍵聯(lián)接的強度校核鍵聯(lián)接的強度7.校核軸承壽命校核軸承壽命超低溫液氫泵用混合式陶瓷軸承超低溫液氫泵用混合式陶瓷軸承滾動軸承的應用滾動軸承的應用1883年德國的年德國的Fischer先生發(fā)明了磨先生發(fā)明了磨制鋼球的球磨機并創(chuàng)建制鋼球的球磨機并創(chuàng)建FAG公司以公司以來，伴隨著滾動軸承工業(yè)的誕生和來，伴隨著滾動軸承工業(yè)的誕生和發(fā)展，發(fā)展，F(xiàn)AG的產品在幾乎所有可能的產品在幾乎所有可能的領域內得到了充分的認證并一直的領域內得到了充分的認證并一直扮演著十分重要的角色，扮演著十分重要的角色， 滾動軸承的應用滾動軸承的應用滾動軸承的應用滾動軸承的應用瑞典瑞典SKFSKF公司公司新一代新一代SKFSKF球面滾子軸承球面滾子軸承-Explorer-Explorer探索者探索者 系列的性能，遠遠超過系列的性能，遠遠超過ISOISO國國際標準的計算方法，而際標準的計算方法，而ISOISO亦無法恰亦無法恰當?shù)仡A測其預期壽命當?shù)仡A測其預期壽命 -軸承如此經久耐用，它將改變軸承如此經久耐用，它將改變工業(yè)設備的維修計劃工業(yè)設備的維修計劃 -軸承如此先進卓越，它將為設軸承如此