第14章 滾動軸承100524

第十四章滾動軸承第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇第三節(jié)滾動軸承的計算第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承利用滾動摩擦原理設(shè)計而成的支承零件，支承軸。第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承第十四章滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架組成。結(jié)構(gòu)與特點優(yōu)點：摩擦阻力小、啟動靈活、效率高、潤滑簡便、易于互換且可以通過預(yù)緊提高軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。缺點：抗沖擊能力較差，高速時有噪聲，徑向尺寸較大，工作壽命也不及液體摩擦的滑動軸承。第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承內(nèi)、外圈與滾動體均采用硬度高、抗疲勞性強、耐磨性好的高碳鉻軸承鋼制造，如GCr15、GCr15SiMn等，熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到60～65HRC。保持架多用低碳鋼板沖壓形成，也可用有色金屬（如黃銅）、塑料等材料。

滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專業(yè)化工廠大量生產(chǎn)供應(yīng)市場，類型和尺寸系列很多。設(shè)計時，一般只需根據(jù)具體的工作條件，正確選擇軸承的類型、尺寸和公差等級，并合理地進行軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計。滾動軸承材料第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承的組成滾動體保持架內(nèi)圈滾動體的種類：總成外圈第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)各種滾動軸承產(chǎn)品起動及運轉(zhuǎn)時摩擦力矩小，起動靈活，效率高潤滑簡便，易于維護旋轉(zhuǎn)精度高可應(yīng)用的范圍廣泛（F、n、精度等）標(biāo)準(zhǔn)化、使用成本低抗沖擊能力較差，噪聲大徑向尺寸大，軸承無法剖分，安裝易受限滾動軸承的特點（與滑動軸承相比）第一節(jié)滾動軸承的結(jié)構(gòu)一、滾動軸承的主要類型二、滾動軸承的代號三、滾動軸承的類型選擇第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇第二節(jié)滾動軸承的類型和代號一、滾動軸承的主要類型

按滾動體的種類分球軸承滾子軸承按能承受的載荷方向或公稱接觸角分

指軸承的徑向平面（垂直于軸線）與滾動體和滾道接觸點的公法線之間的夾角

徑向接觸軸承（＝0）角接觸向心軸承（0<45）向心軸承（主要承受徑向載荷）向心推力軸承（主要承受軸向載荷）角接觸推力軸承（45<<90）第二節(jié)滾動軸承的類型和代號推力軸承軸向接觸軸承（＝90）按軸承能承受的載荷類型，或公稱接觸角、滾動體的種類進行分類，常用滾動軸承類型和特點如下：

深溝球軸承圓柱滾子軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承

主要用于承受徑向載荷，也可承受小的軸向載荷。此類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，是生產(chǎn)批量大、制造成本低、使用極為普遍的一類軸承只能承受徑向載荷，且徑向承載能力大。內(nèi)、外圈可分離，裝拆比較方便，極限轉(zhuǎn)速較高。可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角決定，并隨接觸角增大而增大，極限轉(zhuǎn)速較高。通常成對使用。主要承受以徑向載荷為主的徑向與軸向聯(lián)合載荷。軸承內(nèi)、外圈可分離，裝拆方便，成對使用。第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇調(diào)心球軸承推力球軸承主要承受徑向載荷，能承受少量的軸向載荷，不宜承受純軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速高。外圈滾道為內(nèi)球面形，具有自動調(diào)心的性能，可以補償軸的兩支點不同心產(chǎn)生的角度偏差主要用于承受徑向載荷，同時也能承受一定的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。調(diào)心性能良好，能補償同軸度誤差只能承受徑向載荷，且徑向承載能力大。與其它類型的軸承相比，在內(nèi)徑相同的條件下，其外徑尺寸最小。內(nèi)、外圈可分離，極限轉(zhuǎn)速低分離型軸承，只能承受軸向載荷。高速時離心力大，滾動體與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，故其極限轉(zhuǎn)速很低單向推力球軸承只能承受一個方向的軸向載荷。雙向推力球軸承能承受兩個方向的軸向載荷。調(diào)心滾子軸承滾針軸承第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇二、滾動軸承的代號

前置代號

基本代號

后置代號類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號用數(shù)字或字母表示1—調(diào)心球軸承2—調(diào)心滾子軸承3—圓錐滾子軸承5—推力球軸承6—深溝球軸承7—角接觸球軸承N—圓柱滾子軸承由軸承的寬度系列和直徑系列代號（2位數(shù)字）組成。寬度系列：直徑系列：0—窄；0—特輕；1—正常；1—特輕；2—寬；2—輕；3、4—特寬；3—中；5、6—特寬。4—重。內(nèi)徑尺寸代號100012011502170320~500d/522、28、32及500以上/內(nèi)徑第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇整體結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)徑相同的軸承在外徑尺寸和寬度方面的產(chǎn)生變化得到的系列產(chǎn)品直徑系列的對比后置代號用于表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求，用字母或數(shù)字表示；如：接觸角為15°、25°

和40°

的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。又如：軸承的公差等級分別為2級、4級、5級、6x級、6級和0級，共6個級別，依次由高級到低級，其代號分別為：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6和/P0。前置代號前置代號用字母表示。代號及其含義可參閱GB/T272－1993。第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇例14-1試說明滾動軸承62203和7312AC/P6的含義第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇三、滾動軸承的類型選擇第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇載荷性質(zhì)、大小和方向載荷大或沖擊大－選滾子軸承（線接觸）；軸向載荷不大時，可用深溝球軸承載荷小或沖擊?。x球軸承（點接觸）；方向:純徑向載荷－選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N)純軸向載荷－選推力軸承（5或8）性質(zhì)、大小:聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承

第二節(jié)滾動軸承的類型、代號及選擇安裝與調(diào)整軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點支承——選調(diào)心軸承（“1”類或“2”類）；軸承的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速高－選球軸承；轉(zhuǎn)速低－選滾子軸承；軸承的調(diào)心性經(jīng)濟性安裝拆卸較頻繁選用分離型結(jié)構(gòu)的軸承，如圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承和推力軸承等各種推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均低于向心軸承。

球軸承的價格低于滾子軸承，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承不同公差等級的軸承，價格相差懸殊，選用高精度軸承必須慎重20100524-12W-31T-62H一、滾動軸承的載荷與應(yīng)力分析第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算14－261.載荷分析向心軸承載荷的分布當(dāng)軸承承受徑向載荷Fr時，各滾動體所受的載荷不相等，位于上半圈的滾動體不受載，位于下半圈的滾動體受載，其大小取決于滾動體與套圈接觸變形量的大小。

2．軸承工作時軸承元件的應(yīng)力分析各元件中應(yīng)力變化情況軸承工作時，由于滾動體受變載荷，所以軸承內(nèi)、外圈滾道與滾動體接觸表面接觸點受到的都是脈動循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。

第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算二、滾動軸承設(shè)計1失效形式疲勞點蝕——最主要的失效形式，滾動體表面、套圈、滾道都可能發(fā)生點蝕。防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。塑性變形——低速軸承的主要失效形式接觸應(yīng)力過大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。原因是載荷過大或沖擊載荷作用。磨損、膠合、保持架斷裂等使用維護不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效。091214-15W-31T-62H第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算2計算準(zhǔn)則對一般轉(zhuǎn)速（n>10r/min）的軸承，疲勞點蝕是其主要的失效形式，軸承應(yīng)進行壽命校核計算；對靜止或極慢轉(zhuǎn)速（n≤10r/min）的軸承，軸承的承載能力取決于所允許的塑性變形，應(yīng)進行靜強度計算；對高速軸承，為防止由發(fā)熱引起膠合，除進行壽命計算外，還應(yīng)進行極限轉(zhuǎn)速校核計算。對于磨粒磨損失效，目前尚無統(tǒng)一、有效的計算方法。三、滾動軸承的壽命計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算1．滾動軸承的基本額定壽命滾動軸承的壽命指軸承的一個套圈或滾動體材料出現(xiàn)第一個疲勞擴展跡象之前，一個套圈相對另一個套圈旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。滾動軸承的可靠度指一組在相同條件下運轉(zhuǎn)、近于相同的滾動軸承期望達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率，對單個滾動軸承是指該軸承達(dá)到或超過規(guī)定壽命的概率。滾動軸承的基本額定壽命指單個或一組滾動軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)、近于相同的滾動軸承，其可靠度為90%時的壽命，用L10表示（單位為106r）。

三、滾動軸承的壽命計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算2．滾動軸承的基本額定動載荷

滾動軸承的基本額定動載荷，是指軸承的基本額定壽命恰好為106r時，軸承所能承受的載荷值，用C表示。第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算3．滾動軸承的當(dāng)量動載荷

一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效，用P表示?！獕勖笖?shù)，球軸承=3，滾子軸承＝10/3

載荷P

與基本額定壽命

L10

的關(guān)系：

4．滾動軸承的壽命計算公式

用小時數(shù)表示：第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算

計入溫度影響和載荷的不同性質(zhì)，引入溫度系數(shù)fT

和

載荷系數(shù)fd

對基本額定壽命加以修正得下式（校核用）若載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，并取軸承的預(yù)期使用壽命為L10h′，則所選軸承應(yīng)具有基本額定動載荷C為（設(shè)計用）公式討論

溫度系數(shù)ft工作溫度℃≤120125150175200225250300ft1.000.950.900.850.800.750.700.60第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算載荷系數(shù)fd載荷性質(zhì)fd舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電動機、汽輪機、通風(fēng)機、水泵中等沖擊1.2～1.8車輛、機床、起重機、冶金設(shè)備、內(nèi)燃機強烈沖擊1.8～3.0破碎機、軋鋼機、石油鉆機、振動篩軸承預(yù)期使用壽命推薦值使用條件h不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備300~3000短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動機械、農(nóng)業(yè)機械、裝配吊車、自動送料裝置3000~8000間斷使用的機械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如發(fā)電站輔助設(shè)備、流水作業(yè)的傳送裝置、帶式運輸機、車間起重機8000~12000每天8h工作的機械，但經(jīng)常不是滿載荷使用，如電動機、一般齒輪傳動裝置、壓碎機、起重機和一般機械10000~25000每天8h工作的機械，滿載荷工作，如機床、木材加工機械、工程機械、印刷機械、分離機、離心機20000~3000024h連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械，如壓縮機、泵、電機、軋機齒輪裝置、紡織機械40000~5000024h連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如纖維機械、造紙機械、電站主要設(shè)備、給排水設(shè)備、礦用泵、礦用通風(fēng)機≈100000第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算081217-17W-31T-62H第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算5．當(dāng)量動載荷的計算公式

X——徑向載荷系數(shù)Y——軸向載荷系數(shù)

*X、Y的取值與軸承類型有關(guān)

*

X、Y的取值還與判斷系數(shù)e有關(guān)e——判斷系數(shù)，當(dāng)Fa/Fr≤e時，X=1,Y=0

當(dāng)Fa/Fr>e時，X≠1,Y≠0注：e，X，Y具體數(shù)值由設(shè)計手冊查取，參見教材P247表14-6P=XFr+YFa

第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y軸承類型相對軸向載荷Fa/C0re單列軸承雙列軸承Fa/Fr≤eFa/Fr＞eFa/Fr≤eFa/Fr＞eXYXYXYXY深溝球軸承（60000型）0.0140.0280.0560.0840.110.170.280.420.560.190.220.260.280.300.340.380.420.44100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00四、向心推力軸承的載荷計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算（角接觸球軸承70000類、圓錐滾子軸承30000類）軸承的受載特點角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷的計算支反力作用點不在軸承寬度中心結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生派生軸向力S

第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算派生軸向力的計算公式表14-7P248圓錐滾子軸承（30000型）角接觸球軸承α=15°（70000C型）α=25°（70000AC型）α=40°（70000B型）20100526-12W-32T-64H背對背兩支點距離較短兩支點距離較長，適用于傳動件懸臂安裝的情況第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算使用中的安裝形式（成對使用）

面對面（正裝）

背對背（反裝）面對面①若軸系有右移趨勢，軸承2受壓②若軸系有左移趨勢，軸承1受壓同理可得背對背(反裝)配置的軸承軸向載荷的計算公式。2．軸承所受軸向載荷的計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算受壓軸承2放松軸承1受壓軸承1放松軸承2結(jié)論——被“壓緊”軸承所受軸向載荷的大小等于除本身派生軸向力以外的其他所有軸向力的代數(shù)和（使軸承被壓緊的力取正值，反之取負(fù)值）；被“放松”軸承所受軸向載荷等于本身的派生軸向力。第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算軸系有右移趨勢，軸承2受壓軸系有左移趨勢，軸承1受壓受壓軸承2放松軸承1受壓軸承1放松軸承2已知軸系所受外載荷受力分析確定派生軸向力確定壓緊和放松軸承確定軸向力步驟：由力分析確定作用于軸承上的徑向力根據(jù)軸承類型和徑向力的大小確定根據(jù)軸向外載荷FA和派生軸向力S1和S2三者的關(guān)系確定壓緊軸承所受軸向載荷的大小等于除本身派生軸向力以外的其他所有軸向力的代數(shù)和；放松軸承的軸向載荷等于本身的派生軸向力

第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算注意：正裝和反裝時派生軸向力的方向是相反的：第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算例:圖示為用一對30206圓錐滾子軸承支承的軸，軸的轉(zhuǎn)速n＝1430r/min，軸承的徑向載荷（即支反力）分別為Fr1＝4000N，F(xiàn)r2＝4250N，軸向外載荷FA＝350N，方向向左，工作溫度低于100℃，有中等沖擊。試計算兩軸承的壽命。解:第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算1．查取30206軸承的基本參數(shù)由手冊查得：Cr＝43200N，e=0.37，X＝0.4，Y=1.62．計算派生軸向力由表14-7滾動軸承的配置為面對面，派生軸向力的方向如圖所示。3．計算軸承的軸向載荷可以判斷軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”。第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算4．計算軸承的當(dāng)量動載荷e=0.37e=0.37第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算5．計算軸承的壽命由表14-3和14-4查得：ft＝1，fd＝1.5，由壽命計算公式071220-16W-24T-60H081219-17W-32T-64H五、滾動軸承的靜強度計算1．基本額定靜載荷

基本額定靜載荷C0—載荷最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時的載荷。調(diào)心球軸承——4600MPa；所有其他類型的球軸承——4200MPa；所有滾子軸承——4000MPa。第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算2．當(dāng)量靜載荷

當(dāng)量靜載荷P0—指在最大載荷滾動體與滾道接觸中心處產(chǎn)生與實際載荷條件下相同接觸應(yīng)力的靜載荷。第三節(jié)滾動軸承的設(shè)計計算3．靜強度計算公式4．當(dāng)量靜載荷的計算公式

式中，C0：額定靜載荷（N）；P0：當(dāng)量靜載荷（N）；S0：安全系數(shù)，查表14-8。式中，X0、Y0分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)，查表14-9。091216-15W-32T-64H第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計14－27為了保證軸承正常工作，除了正確選擇軸承類型和尺寸外，還要進行合理的軸承組合設(shè)計。組合設(shè)計的內(nèi)容是正確處理軸承的配置、緊固、調(diào)整、裝拆、潤滑和密封等問題。

一、軸系的軸向固定

軸系在工作中應(yīng)始終保持正確的工作位置。受軸向載荷時，能將載荷傳遞到機座上，而不致使軸發(fā)生軸向竄動；由于工作溫度變化，軸產(chǎn)生熱變形時，應(yīng)保證軸能自由伸縮，而避免軸承中摩擦力矩過大或?qū)⑤S承卡死。

第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計1．兩端單向固定（雙支點單向固定）兩端單向固定支撐熱膨脹間隙兩端各用一個圓錐滾子軸承特點：兩個軸承各限制軸一個方向的軸向移動。對軸熱伸長有一定的補償作用，僅適用于支承跨距較小、溫升不高的短軸。結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便，應(yīng)用比較廣泛。第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計2．一端雙向固定、一端游動第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計固定端用深溝球軸承游動端用深溝球軸承游動端用圓柱滾子軸承固定端用深溝球軸承與推力球軸承的組合特點：一個支點限制軸的雙向軸向移動（固定端），一個支點不限制軸的移動（游動端）。適用于支承跨距較大、溫升高，因而軸受熱伸長量較大的場合，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計3、兩端游動特點：軸系的兩個支點均不限制軸的移動。當(dāng)軸系軸向位置通過其它途徑得以固定時，應(yīng)采用兩端游動方式第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計軸承內(nèi)圈固定方法二、滾動軸承的軸向固定第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計彈性檔圈軸端檔圈圓螺母加止動墊圈軸承外圈固定方法第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計孔用彈性檔圈軸承蓋螺紋環(huán)1．軸承游隙的調(diào)整第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計三、軸承組合的調(diào)整

為保證軸承正常運轉(zhuǎn)，軸承內(nèi)部都留有適當(dāng)?shù)拈g隙，稱為游隙。軸承游隙的大小對軸承壽命、效率、旋轉(zhuǎn)精度、溫升及噪聲等都有很大的影響。有些類型軸承游隙已按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值留在軸承內(nèi)部，如深溝球軸承、調(diào)心球軸承等；有些類型軸承游隙須在安裝時進行調(diào)整，如角接觸球軸承、圓錐滾子軸承等。1．軸承游隙的調(diào)整第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計三、軸承組合的調(diào)整

2．軸系位置的調(diào)整第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計套杯與機座間的墊片用來調(diào)整錐齒輪軸的軸向位置另一組墊片則用來調(diào)整軸承游隙的大小加金屬墊片磨窄套圈3．軸承的預(yù)緊第四節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計對某些可調(diào)游隙式軸承，在安裝時給以一定的軸向壓緊力（預(yù)緊力），使內(nèi)外圈產(chǎn)生相對位移而消除游隙，并在套圈與滾動體接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形，借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，這種方法稱為軸承的預(yù)緊。

預(yù)緊力的大小由墊片的厚度或軸承內(nèi)、外圈的磨削量來控制。四、滾動軸承的配合內(nèi)圈與軸為基孔制，