《機(jī)械基礎(chǔ)》課件-第十六章 滾動軸承

第十六章滾動軸承第一節(jié)滾動軸承的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)（一）滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)

滾動體的形狀

（二）滾動軸承的材料

滾動體與內(nèi)外圈：要求高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。含鉻合金鋼（GCr15、GCr6、GCr15SiMn、GCr9等），熱處理后硬度可達(dá)HRC61-65。

保持架：低碳鋼板沖壓而成，高速軸承多采用有色金屬（如黃銅）或塑料保持架。第二節(jié)滾動軸承的游隙、接觸角一、滾動軸承的游隙徑向游隙：無外載荷作用時，在不同的角度方向，一個套圈相對于另一個套圈，從一個徑向偏心的極限位置移向相反極限位置的徑向距離的算術(shù)平均值，稱為軸承的徑向游隙。軸向游隙：無外載荷作用時，一個套圈（或墊圈）從一個軸向極限位置移向相反的極限位置的軸向距離的算術(shù)平均值，稱為軸承的軸向游隙。商品軸承的游隙稱為原始游隙。第二節(jié)滾動軸承的游隙、接觸角二、滾動軸承的接觸角（公稱接觸角α）

滾動體和外圈接觸處的法線nn與軸承徑向平面的夾角α稱為公稱接觸角α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大軸承套圈傳遞給滾動體的合力與軸承徑向平面的夾角β稱為接觸角，又稱載荷角1、按軸承所能承受的載荷方向和公稱接觸角分類

向心軸承

徑向力

向心角接觸軸承

推力角接觸軸承

推力軸承

徑向力（主要）軸向力

徑向力軸向力

（主要）軸向力第三節(jié)滾動軸承的分類

滾子軸承——滾動體為圓柱、圓錐等滾子的滾動軸承。2、按滾動體的種類分類球軸承——滾動體為球的軸承。3、按滾動軸承工作時能否調(diào)心分類：調(diào)心軸承：滾道表面制成球面，能適應(yīng)兩滾道軸心線間的角偏差和角運(yùn)動的軸承，從而可順應(yīng)軸的偏斜。非調(diào)心軸承：能阻抗?jié)L道間軸心線角偏移的軸承，即不能調(diào)心的軸承。4、按滾動體的列數(shù)分類可分為單列軸承、雙列軸承和多列軸承。5、按滾動軸承組件是否可分離分類：可分離軸承：具有可分離組件的軸承。不可分離軸承：在最終裝配后，軸承套圈均不能任意自由分離的滾動軸承。6、按外徑尺寸的大小分類：可分為：微型軸承、小型軸承、中小型軸承、中大型軸承、大型軸承和特大型軸承。7、最常用幾種：（1）深溝球軸承（向心球軸承）主要承受徑向載荷，也可同時承受少量雙向軸向載荷，工作時內(nèi)外圈軸線允許偏斜8′～16′。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊載荷能力較差。適用于高速場合，在高速時，可能來代替推力球軸承。

能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時調(diào)整，通常成對使用，對稱安裝。適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好場合（2）圓錐滾子軸承（3）推力軸承推力球軸承的套圈與滾動體多半是可分離的。有單向和雙向之分。

單向推力球軸承只能承受單向軸向載荷，兩個套圈的內(nèi)孔不一樣大，內(nèi)徑較小的是緊圈，與軸配合，內(nèi)孔較大的是松圈，與機(jī)座固定在一起。極限轉(zhuǎn)速較低，適用于軸向力大而轉(zhuǎn)速較低的場合。

雙向推力球軸承可承受雙向軸向載荷，中間套圈為緊圈，與軸配合，另兩套圈為松圈。高速時，由于離心力大，球與保持架因摩擦而發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低。常用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高處。（4）圓柱滾子軸承

只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷。承受載荷能力比同尺寸的球軸承大，尤其是承受沖擊載荷能力強(qiáng)，極限轉(zhuǎn)速較高。

用于承受徑向載荷，也能承受少量的雙向軸向載荷。外圈滾道為球面，具有調(diào)心性能，內(nèi)外圈軸線相對偏斜允許0.5°～2°，適用于多支點(diǎn)軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承。（5）調(diào)心球軸承這類軸承采用數(shù)量較多的滾針作滾動體，一般沒有保持架。徑向結(jié)構(gòu)緊湊，且徑向承載能力很強(qiáng)，價格低廉。缺點(diǎn)是不能承受軸向載荷，滾針間有摩擦，旋轉(zhuǎn)精度及極限轉(zhuǎn)速低，工作時不允許內(nèi)、外圈軸線有偏斜。常用于轉(zhuǎn)速較低而徑向尺寸受限制的場合。（6）滾針軸承能同時承受徑向載荷與單向的軸向載荷，公稱接觸角α有15°、25°、40°三種。α越大，軸向承載能力也越大。通常成對使用，對稱安裝。極限轉(zhuǎn)速較高。適用于轉(zhuǎn)速較高、同時承受徑向和軸向載荷的場合。

（7）角接觸球軸承可以承受很大的軸向載荷和一定的徑向載荷。滾子為鼓形，外圈滾道為球面，能自動調(diào)心，允許軸線偏斜2°～3°，轉(zhuǎn)速可比推力球軸承高，常用于水輪機(jī)軸和起重機(jī)轉(zhuǎn)盤等。（8）推力調(diào)心滾子軸承第四節(jié)滾動軸承的代號方法

滾動軸承代號是用字母加數(shù)字來表示滾動軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級、技術(shù)性能等特征的產(chǎn)品符號。軸承代號由基本代號、前置代號和后置代號構(gòu)成，其排列順序和代號內(nèi)容如下。前置代號（字母）基本代號（數(shù)字、字母）后置代號（字母+數(shù)字）一二三四五∣軸承分部件代號

∣內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

∣游隙代號

一、基本代號

（1）軸承類型代號：

13567N—深溝球軸承—圓錐滾子軸承—角接觸球軸承—調(diào)心球軸承—圓柱滾子軸承—推力球軸承基本代號左起第一位

（2）尺寸系列代號：

基本代號左起第二、三位寬度系列——左起第二位

數(shù)字

0~9直徑系列——左起第三位

數(shù)字

0~9（3）軸承的內(nèi)徑代號：基本代號左起四五位數(shù)字a)d=10,12,15,17mm時：

代號00010203

b)d=20~480mm時：d=代號×5(mm)

c)d<10mm，d>500mm，d=22，28，32mm時

代號=內(nèi)徑尺寸

直徑代號/內(nèi)徑代號

0系列（正常寬度）可省略

有時1系列也可省略基本代號右邊，用字母或數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差、游隙及材料的特殊要求等。（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號C、AC、B——角接觸球軸承的接觸角（2）密封、防塵與外部形狀變化代號

二、前置代號和后置代號

基本代號左邊，表示軸承的分部件，用字母表示

L、K、R、NU、WS、GS

GB/T272－1993（4）軸承的徑向游隙

（5）保持架代號

（3）軸承的公差等級

（36頁表2－12）

公差等級：0

6

6X5

4

2代號：/P0/P6/P6X/P5/P4/P20級為普通級，其代號可省略

精度：低高第五節(jié)滾動軸承的選擇

合理選擇：軸承的類型、公差等級和尺寸應(yīng)選擇得當(dāng)

1、主要受Fr→向心軸承主要受Fa，n不高時→推力軸承同時受Fr和Fa均較大時——角接觸球軸承7類（n較高時）——圓錐滾子軸承3類（n較低時）選擇方法：經(jīng)驗法并考慮下列因素：工作載荷、轉(zhuǎn)速、支承剛性、安裝精度

一、選擇軸承的類型Fa較大，F(xiàn)r較小時3、要求n<nlim——極限轉(zhuǎn)速

6、7、N——nlim較高5——nlim較低4、軸的剛性較差，軸承孔不同心——調(diào)心軸承

——深溝球軸承+推力球軸承推力角接觸軸承2、n高，載荷小，旋轉(zhuǎn)精度高→球軸承n低，載荷大，或沖擊載荷→滾子軸承

Fr較大，F(xiàn)a較小時——深溝球軸承5、便于裝拆和間隙調(diào)整——內(nèi)、外圈不分離的軸承6、3和7兩類軸承應(yīng)成對使用，對稱安裝7、旋轉(zhuǎn)精度較高時——較高的公差等級和較小的游隙8、優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承二、滾動軸承尺寸（型號規(guī)格）的選擇

根據(jù)載荷的大小、方向、性質(zhì)及使用壽命要求，通過計算，選出尺寸（型號）合適的軸承

1）受軸向載荷Fa

各滾動體平均分擔(dān)

2）受徑向載荷Fr

上半圈滾動體不受力

——非承載區(qū)1、滾動軸承的受力情況

下半圈滾動體受力

——承載區(qū)3）角接觸軸承同時受Fr和Fa

（1）角接觸軸承的派生軸向力FS

FS≈1.25Frtgα

FS方向——有使內(nèi)、外圈分離的趨勢。故要成對使用、對稱安裝

（2）軸向載荷對載荷分布的影響

①當(dāng)只有最下面一個滾動體受載時

②受載滾動體增多時在同樣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

軸向力>單個滾動體受載產(chǎn)生的派生軸向力——多個滾動體受載的條件

結(jié)論：

1）角接觸軸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(yīng)使

3）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)↑4）實際工作時，至少達(dá)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。

2、滾動軸承的失效形式主要失效形式：

1）疲勞點(diǎn)蝕

安裝潤滑和維護(hù)良好滾動軸承的主要失效形式2）塑性變形

轉(zhuǎn)速很低（小于10r/min）或作間歇擺動

3）磨損潤滑不良、密封不嚴(yán)、多塵條件

計算準(zhǔn)則：一般軸承：疲勞壽命計算（針對點(diǎn)蝕)

靜強(qiáng)度計算低速或擺動軸承：只進(jìn)行靜強(qiáng)度計算高速軸承：進(jìn)行疲勞壽命計算、校驗極限轉(zhuǎn)速3、滾動軸承的動載荷和壽命計算

1）基本概念（1）軸承壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)。（2）基本額定壽命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(diǎn)蝕前所能運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單位）或一定轉(zhuǎn)速下的工作時數(shù)Lh（3）基本額定動載荷C

基本額定壽命為一百萬轉(zhuǎn)（106）時軸承所能承受的恒定載荷。即在基本額定動載荷作用下，軸承可以工作106

轉(zhuǎn)而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，其可靠度為90%?；绢~定動載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。（由試驗得到）（4）基本額定靜載荷（徑向C0r，軸向C0a）：是指軸承在靜止?fàn)顟B(tài)時與滾動體及滾道的總永久變形量相對應(yīng)的徑向靜負(fù)荷（或中心軸向靜負(fù)荷）。在設(shè)計中常用的三個基本參數(shù)：

滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動載荷Cr（徑向）或Ca（軸向）

滿足一定靜強(qiáng)度要求的基本額定靜強(qiáng)度C0r（徑向）或C0a（軸向）各種軸承性能指標(biāo)控制軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速N0。值C、C0、N0等可查有關(guān)手冊。2）滾動軸承的當(dāng)量動載荷P（實際計算載荷）

（1）對只能承受徑向載荷Fr的軸承（N、NA軸承）P=Fr（3）同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承（2）對只能承受軸向載荷Fa的軸承（5和8）P=FaP=XFr+YFa

X——徑向載荷系數(shù)Y——軸向載荷系數(shù)

將軸承所受的實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷后，才能和基本額定動載荷進(jìn)行比較。換算后的載荷是一個等效的假想載荷，稱為當(dāng)量動載荷3）壽命校核計算公式

實驗表明，基本額定壽命L與基本動載荷、當(dāng)量動載荷P之間的關(guān)系為

式中：

L——基本額定壽命（單位106r）

C——基本額定動載荷（N），向心軸承Cr，推力軸承Ca

P——當(dāng)量動載荷（N）

——壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3

實際計算時，用小時表示軸承壽命較方便，則可用n代表軸的轉(zhuǎn)速，則上述公式可寫為：

當(dāng)工作t>120℃時，因金屬組織硬度和潤滑條件等的變化，軸承的基本額定動載荷C有所下降

引入溫度系數(shù)ft

考慮到工作中的沖擊和振動會使軸承壽命降低，引進(jìn)載荷系數(shù)fp當(dāng)P、n已知，預(yù)期壽命為Lh`，則要求選取的軸承的額定動載荷為應(yīng)用以上兩式，可以確定軸承的壽命或和尺寸(型號)4）角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷Fa的計算

（1）派生軸向力大小方向

a)正裝（面對面）

適合于傳動零件位于兩支承之間

b)反裝（背靠背）適合于傳動零件處于外伸端（2）實際軸向載荷Fa的確定

①軸有向左移動的趨勢,軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”軸承1上的派生軸向力由S1增大到Fa+S2,阻止軸左移軸承2上的軸向力，力平衡——本身的派生軸向力

故軸承1的實際軸向載荷為②軸有右移的趨勢，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”

軸承2上的派生軸向力由S2增大到S1－Fa,阻止軸右移故軸承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

結(jié)論：——實際軸向力Fa的計算方法a：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。b：“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。c：“放松”端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力5）不穩(wěn)定載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承壽命計算載荷P和轉(zhuǎn)速n變化時，求平均當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm和平均當(dāng)量動載荷Pm

→求軸承壽命

6）不同可靠度時滾動軸承的壽命Lh

為計算不同可靠度時軸承的壽命，引入壽命修正系數(shù)a1，

1）滾動軸承的靜載荷

式中：

C0——基本額定靜載荷（N），向心軸承C0r，推力軸承C0a

P0——當(dāng)量靜載荷（N）

S0——靜載荷安全系數(shù)

當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或作間歇擺動時，軸承的失效形式為塑性變形

4、滾動軸承的靜載荷與極限轉(zhuǎn)速

為保證滾動軸承不產(chǎn)生超過允許的塑性變形，必須滿足下列條件：對于α=0°且僅受徑向載荷Fr的向心滾子軸承，其徑向當(dāng)量靜載荷為：P0r＝Fr對于α=90°且只受軸向載荷Fa的推力軸承，其軸向當(dāng)量靜載荷為：P0a＝Fa對于α≠0°

且只受軸向載荷Fa的向心滾子軸承，其軸向當(dāng)量靜載荷為：P0r=X0Fr+Y0Fa

式中：

X0——徑向靜載荷系數(shù)

Y0——軸向靜載荷系數(shù)2）滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速nminN=f1f2N0

滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速N0是指軸承在一定的工作條件下，達(dá)到所能承受最高熱平衡溫度時的轉(zhuǎn)速值。軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速式中N-實際許用轉(zhuǎn)速，r/min；