第十三章 滾動軸承

第十三章

滾動軸承13-1概述滾動軸承是各類機械中普遍使用的重要支承件，它是由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)的一種標準件。因此應盡量選用之，本章是重點章節(jié)之一。由于滾動軸承的類型、尺寸及精度等級已有國家標準，因此，在機械設計中需要解決的主要問題是：根據(jù)工作條件合理選擇滾動軸承的類型；滾動軸承的承載能力計算；滾動軸承部件的組合設計。一、結構：滾動軸承由四部分組成。內(nèi)圈、外圈（組成環(huán)形滾邊）滾動體：球、圓柱滾子（短、長）、螺旋滾子、圓錐滾子、鼓形滾子、滾針。保持架：將滾動體均勻隔開，避免直接接觸，引起摩擦、磨損。二、分類：按承受載荷的方向分：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承。按滾動體的形狀分：球軸承、滾子軸承。我國滾動軸承的標準：將滾動軸承分為十大類，將在下面介紹。三、游隙、接觸角及調心性質1.游隙：兩套圈間相對最大移動量：分為徑向游隙、軸向游隙。標準中規(guī)定：基本游隙組及輔助游隙組。應優(yōu)先選用基本游隙組的軸承。向心推力軸承的游隙依靠安裝時調整套圈間的相對位置確定。2.接觸角：滾動體與外圈接觸點處的法線與半徑方向的夾角越大，承受軸向載荷的能力越大。向心球軸承：未承受載荷時=0；受軸向載荷時增至向心滾子軸承：=0o向心推力軸承：較大向心推力球軸承：12o、26o、36o圓錐滾子軸承：=11o～16o、=25o～29o3.調心性能：軸承適應角偏斜，保持正常工作的性能。調心性能好的軸承為：調心軸承、自位軸承。13-2滾動軸承的代號、類型及特點為使用時選擇方便，采用“軸承代號”來表示軸承的類型、特點及結構尺寸、精度等級等。前置代號基本代號后置代號例：6204N231013227015C30334512247211c/P51、前置代號：用于表示軸承的分部件，用字母表示。如：L表示可分離軸承的可分離套圈；K表示軸承的滾動體與保持架組件等等。2、基本代號：五四三二一類型代號尺寸系列寬度系列直徑系列內(nèi)徑系列右1、2位：內(nèi)徑系列右3位：直徑系列

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特輕輕中重右4位：寬度系列：特窄、窄、正常、寬、特寬。正常寬度——0不標，但對于調心滾子軸承和圓錐滾子軸承，寬度系列代號0應標出。1——調心球軸承主要受徑向力和不大的軸向力，能調心，速度較高，不耐沖擊。FrFa右5位：類型代號2——調心滾子軸承主要受徑向力和不大的軸向力，能調心，速度較低，耐沖擊。FrFa3——圓錐滾子軸承（成對使用）。能承受較大徑向力和單方向軸向力，速度較低，耐沖擊。FaFr5——推力球軸承不能承受徑向力僅能承受單方向軸向載荷，低速，不耐沖擊。Fa6——深溝球軸承可承受較大的徑向力和兩個方向不大的軸向力，速度較高，不耐沖擊。FaFr7——角接觸球軸承（成對使用）。主要承受徑向力和單方向軸向力，速度較高，不耐沖擊。FrFaN——圓柱滾子軸承承受較大的徑向力，速度低，耐沖擊。Fr3、后置代號：用字母和數(shù)字等表示軸的結構、公差及材料的特殊要求等等（無特殊要求不標）。材料改變：不銹鋼、耐熱鋼、青銅、陶瓷合金、塑料等。特殊技術要求：熱處理、噪聲、振動、填充特殊潤滑劑。結構改變：要求形狀、尺寸改變。常用代號：1)內(nèi)部結構代號是表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結構，用字母緊跟著基本代號表示。如：接觸角為15o、25o和40o的角接觸球軸承分別用C、AC和B表示內(nèi)部結構的不同。2)軸承的公差等級分為2級、4級、5級、6級、6x級和0級，共6個組別，依次由高級到低級，其代號分別為/P2、

/P4、

/P5、

/P6、

/P6x和

/P0。公差等級中，6x級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中不標出。3)常用的軸承徑向游隙系列分為1組、

2組、

0組、

3組、

4組

和5組，共6個組別，徑向游隙依次由小到大。0組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標出，其余的游隙組別在軸承代號中分別用/C1、

/C2、

/C3、

/C4、

/C5表示。例：7211C/P5——表示內(nèi)徑為55mm，輕系列角接觸球軸承，正常寬度，接觸角=15o，5級公差，0組游隙。13-3滾動軸承類型的選擇選擇滾動軸承的類型應根據(jù)軸承的工作載荷（包括性質、大小、方向）、轉速、調心性能及其他特殊要求。1、高速輕載：選擇球軸承（除推力球軸承5）低速重載：滾子軸承2、受純軸向力：推力球軸承5

受純徑向力：N系列或深溝球軸承6

同時受軸向、徑向力：

3——軸向徑向力均較大；

6——軸向力較小；

7——軸向力中等。3、調心性能：

1、2有調心性能，承載大有沖擊時用2。4、易裝卸：用3系列、N系列。13-4滾動軸承的工作情況分析：向心軸承與圓錐滾子軸承工作時載荷分布及其變化情況。（一）、向心軸承1、軸承工作時，元件上的載荷分布。載荷工作時，各接觸點所受的接觸載荷Pi不同，產(chǎn)生的變形量亦不同，處于R作用線上的接觸載荷最大，其他接觸點依次減小。接觸載荷Pi的向量和=徑向載荷即：2、元件上載荷及應力的變化軸承工作時，各個元件上所受載荷的應力是時時變化的。滾動體上所受的載荷及應力為不穩(wěn)定變化的。固定套圈上R作用線上的接觸點所受載荷最大，其載荷及應力是穩(wěn)定變化的?；顒犹兹ι纤艿妮d荷及應力變化情況與滾動體類似。通過承載區(qū)的時間通過非承載區(qū)的時間tP、H滾動體、活動套圈tP、H固定套圈（二）、向心推力軸承向心推力軸承由于存在接觸角，在承受徑向載荷R時，會產(chǎn)生軸向力Si，各滾動體的軸向力之和稱為軸承的派生軸向力S。使?jié)L動體與套圈分離，因此，必須承受軸向載荷與其平衡即A=S。當軸承為半周滾動體承受載荷時，應滿足：式中：——載荷角當時，開始使全部滾動體受載。13-5滾動軸承尺寸的選擇（一）、滾動軸承的失效形式及設計準則1.失效形式點蝕：對于安裝、維護良好的滾動軸承，在變接觸應力作用下，滾動體及套圈滾邊上將產(chǎn)生疲勞點蝕失效。塑性變形：在靜載荷和沖擊載荷作用下（不轉動、擺動、轉速低的軸承），在滾動體及套圈滾邊上將產(chǎn)生塑性變形失效。此外，當潤滑油不足使軸承燒傷；潤滑油不清潔產(chǎn)生過度磨損；裝配不當使軸承卡死、破裂；以及腐蝕、銹蝕等。這些可通過軸承組合設計及正確使用來加以防止。2.設計準則——針對主要失效形式對于正常使用的回轉滾動軸承：應進行控制點蝕的壽命計算。對于不轉動、擺動、轉速低的軸承：應進行塑性變形的靜強度計算。（二）、滾動軸承的壽命計算——針對疲勞點蝕1.額定壽命及額定動載荷軸承壽命：軸承在點蝕破壞前所經(jīng)歷的轉數(shù)或小時數(shù)。同一批相同的軸承在同樣的工作條件下，其軸承壽命可相差20～40倍。因此，只能用數(shù)理統(tǒng)計的方法得出壽命規(guī)律。設計時通常取機器的中、大修年限作為軸承的計算壽命，在此期間正常工作的概率為90%，表13-3列出了各類機器的計算壽命推薦值。軸承的額定壽命與所受載荷的大小有關，工作載荷越大，則接觸應力越大，壽命越短。額定動載荷：軸承的額定壽命為106轉時，軸承所能承受的載荷值。——比較軸承抵抗點蝕破壞的承載能力。各種軸承的額定動載荷C值查手冊（或軸承樣本）確定。額定壽命：按90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉數(shù)（以106為單位）或工作小時數(shù)，作為軸承的壽命。2.軸承壽命的計算公式載荷——壽命曲線：0CPP1L(106)LPL=常數(shù)曲線方程：PL=常數(shù)式中：P——當量動載荷；

L——額定壽命（106轉）；

——壽命指數(shù)：球軸承：=3

滾子軸承：=10/3按小時計的軸承壽命為：當P、n一定，預期計算壽命L’h選定，則軸承所需額定動載荷為對于高溫軸承（溫度高于120oC），因材料、金屬組織、硬度等的變化額定動載荷值將降低為：Ct=ftCft——溫度系數(shù)則上述公式為：3.當量動載荷——進行壽命計算在當量動載荷作用下，軸承壽命與實際復合載荷作用下的軸承壽命相同。對于僅承受徑向載荷R的軸承：P=fpR式中：fp——載荷系數(shù)。對于僅承受軸向載荷A的軸承：P=fpA對于同時承受徑向載荷R及軸向載荷A的軸承：P=fp（XR+YA）式中：X、Y分別為徑向載荷系數(shù)及軸向載荷系數(shù)。查表13-5表13-5徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y（摘自1989年軸承樣本）（續(xù)表）4.向心推力軸承的徑向載荷R與軸向載荷A的計算1）壓力中心的確定在計算向心推力軸承的支反力時，首先要確定載荷作用點——及壓力中心的位置。壓力中心o與軸承外側端面的距離a可直接從手冊查出。2）安裝方式：向心推力軸承一般都是成對使用的，安裝方式有兩種：o正裝（面對面）：壓力中心靠近，增加軸系的剛度S1S2Fa反裝（背對背）：壓力中心遠離，增大軸系的跨距（穩(wěn)定）S1S2Fa徑向載荷R：可根據(jù)作用在軸上的徑向力Fr按平衡條件求出。軸向載荷A：設派生軸向力的方向與外加軸向力Fa方向一致的軸承標號為2，另一軸承標號為1。3）軸承載荷計算當軸向平衡時：Fa+S2=S1當軸向不平衡時：有兩種情況符號：S1

、S2——派生軸向力Fa——軸向外載荷，可根據(jù)已知條件確定。a)Fa+S2>S1A1=S1+Fb1=Fa+S2A2=S1+Fb1-Fa=Fa+S2-Fa=S212S1S2FaFb1b)Fa+S2<S1A1=Fa+S2+Fb2=

S1A2=S2+Fb2=S1-FaS1S2Fa21Fb2（三）滾動軸承的靜強度計算——針對塑性變形

1.額定靜載荷C0：受載最大的滾動體與較弱的套圈滾邊上產(chǎn)生的永久變形量之和，等于滾動體直徑的萬分之一時的載荷。（C0值查手冊確定）

2.當量靜載荷P0

：軸承上作用的徑向載荷R和軸向載荷A，應合成一個當量靜載荷。P0=X0R+Y0A式中：X0

、Y0—徑向載荷系數(shù)及軸向載荷系數(shù)。求出的值如小于R，則取P0=R

3.靜載荷計算公式：C0S0P0

式中：S0——靜強度安全系數(shù)。13-6軸承組合的設計為了保證軸承正常工作，除了正確選擇軸承類型和尺寸外，還應合理地設計軸承組合。在軸承組合設計時，應注意以下幾個方面的問題：（一）保證支承部分的剛性和同心度與軸承接觸的軸及機殼或軸承座，必須有足夠的剛度和同心度，以免因其變形引起軸承提前損壞。

1.機殼及軸承座孔：具有足夠的壁厚；縮短其懸臂部分并設置加強筋；對于輕合金或非金屬機殼應采用鋼或鑄鐵襯筒。

2.一根軸上的兩個軸承座孔，必須保證同心度，應一次鏜出；軸承尺寸不同時可加襯筒。（二）便于調整軸承間隙及軸上零件的位置1.軸上零件位置調整靠加減襯筒端面與機件之間的墊片厚度調整。2.軸承間隙調整：面對面安裝：通過端蓋下的調整墊片；背對背安裝：通過圓螺母。（三）滾動軸承的軸向緊固包括軸承內(nèi)、外圈的緊固和軸的軸向位置的確定。1.軸承內(nèi)圈的緊固方法（圖13-23）

a)彈性擋圈：用于深溝球軸承，所受軸向力不大，轉速不高；

b)螺釘及軸端壓板：用于高轉速及承受大的軸向力；

c)圓螺母及止退墊圈

d)開口圓錐緊定套、止退墊圈和圓螺母：用于光軸，軸向力和轉速都不大的球面軸承。內(nèi)圈的另一端，以軸肩作為軸向定位面。注意：為使端面貼緊，軸肩處圓角<軸承內(nèi)圈圓角；軸肩高度<軸承內(nèi)圈厚度。2.軸承外圈的緊固方法（圖13-24）

a)彈性擋圈：用于深溝球軸承，所受軸向力不大；

b)止動環(huán)嵌入軸承外圈的止動槽內(nèi)；c)軸承蓋：用于高轉速及很大軸向力的各類軸承；d)螺紋環(huán)：轉速高、軸向力大且不宜使用軸承蓋緊固的場合。3.軸承的軸向位置確定

a)兩端固定（全固式）：用于工作溫度不高的短軸；

b)一端固定，一端游動（固游式）：用于工作溫度較高的長軸；

c)兩端均不固定（全游式）：人字齒輪，本身起相互軸向限位作用；（四）滾動軸承的配合及其選擇軸承配合是指內(nèi)圈與軸頸及外圈與座孔的配合。

1.基準制：因為滾動體為標準件，因此：軸承內(nèi)孔—軸：基孔制軸承外徑—座孔：基軸制

2.轉動圈應比不動圈的配合緊些，且轉速越高、載荷越大、振動越強烈時，配合應越緊。轉動圈與旋轉部分的配合：n6,m6,k6,js6不動圈與不動部分的配合：J7,J6,H7,G7

3.剖分式機殼、游動圈或經(jīng)常拆卸的軸承應選取較松的配合。具體的配合公差、配合表面光潔度和幾何形狀偏差可按手冊確定（五）滾動軸承的預緊

1.預緊的目的：通過消除軸承的側向游隙，使?jié)L動體與內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生變形，以提高軸承的旋轉精度、剛度、減少振動。2.常用的預緊裝置

a)夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈而預緊（圖13-27a）；

b)用彈簧預緊：可得到穩(wěn)定的預緊力（圖13-27b）；

c)在一對軸承中間裝入長度不等的套筒預緊，剛性較大（圖13-27c）；

d)夾緊一對磨窄的外圈而預緊（正裝）；反裝時磨窄內(nèi)圈。亦可在兩個內(nèi)圈（或外圈）間加裝金屬墊片而預緊。（六）軸承的潤滑1.潤滑的目的2.潤滑的方法：油潤滑、脂潤滑與滑動軸承同3.潤滑劑及潤滑方法的選擇一般根據(jù)dn值（d——軸承內(nèi)徑，mm；n——軸的轉速，rpm）查表13-10確定。表13-3適用于脂潤滑和油潤滑的

dn值界限

(表值

104)(mm·r/min)潤滑油的粘度可根據(jù)工作溫度及dn值，查圖13-28確定，然后，根據(jù)粘度查潤滑油產(chǎn)品目錄選出相應的潤滑油牌號。（七）軸承的密封裝置

1.密封的目的：阻止灰塵、水、酸及其他雜物進入軸承；阻止?jié)櫥瑒┝魇А?/p>

2.密封裝置：分為兩大類：接觸式非接觸式。1）接觸式：在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉動軸直接接觸密封。脂潤滑：用于較低的dn值，不便經(jīng)常添加潤滑劑或不允許使用油潤滑的場合，它能承受較大載荷，不易流失，容易密封。油潤滑：用于高速、高溫、脂潤滑不能滿足要求時。氈圈密封（圖13-30）：結構簡單但摩擦嚴重。用于v<4～5m/s處，主要用于脂潤滑。皮圈密封（圖13-31）：安裝方便，易于更換。v<10m/s（精車）；v<15m/s（磨光），要求軸頸淬硬，增強耐磨性。密封環(huán)（圖13-32）：各接觸表面均需硬化處理并磨光。注意：安裝時密封唇應朝向密封部位。密封唇向內(nèi)——防漏；向外——防塵；兩個相反方向——既防塵又防漏。端面密封：密封環(huán)材料：塑料、碳化鎢、強化石墨。2）非接觸式密封，避免接觸處產(chǎn)生滑動摩擦?？p隙密封（圖13-33）：間隙為0.1～0.3mm。用于脂潤滑；密封環(huán)材料：含鉻耐磨鑄鐵v<100m/s；錫青銅v<60～80m/s甩油環(huán)密封（圖13-34）曲路密封（圖13-35）例題：13-1

設某支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承。軸承徑向載荷R=5500N，軸向載荷A=2700N，軸承轉速n=1250r/min，裝軸承處的軸頸直徑可在60~70mm范圍內(nèi)選擇，運用時有輕微沖擊，