《機(jī)械設(shè)計(jì)》課件第14章

第14章滾動(dòng)軸承14.1概述14.2滾動(dòng)軸承的主要類型及其代號(hào)14.3滾動(dòng)軸承的類型選擇14.4滾動(dòng)軸承的工作情況分析14.5滾動(dòng)軸承的尺寸選擇14.6滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)習(xí)題

14.1概述

滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的部件之一，用以支承軸及軸上零件，減少轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的摩擦和磨損。常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)廠家大量生產(chǎn)。

對(duì)于滾動(dòng)軸承，設(shè)計(jì)者只需要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。必要時(shí)，驗(yàn)算軸承的承載能力，最后進(jìn)行滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)，其中包括定位、安裝、調(diào)整、潤滑、密封等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。14.1.1滾動(dòng)軸承的組成

滾動(dòng)軸承的基本構(gòu)造如圖14-1所示。它由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架等四部分組成。內(nèi)圈、外圈分別和軸頸、軸承座裝配。通常是內(nèi)圈隨軸頸回轉(zhuǎn)，外圈固定，但也可用于外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動(dòng)，或是內(nèi)、外圈同時(shí)回轉(zhuǎn)的場合。當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體即在內(nèi)、外圈的滾道間滾動(dòng)。內(nèi)、外圈滾道的作用是限制滾動(dòng)體的軸向移動(dòng)。常用的滾動(dòng)體如圖14-2所示，有球形、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對(duì)稱球面滾子等幾種。保持架的主要作用是均勻地隔開滾動(dòng)體，避免因相鄰滾動(dòng)體直接接觸而使?jié)L動(dòng)體迅速發(fā)熱及磨損。保持架有沖壓(圖14-1(a))和實(shí)體(圖14-1(b))兩種。圖14-1滾動(dòng)軸承的基本構(gòu)造圖14-2常用滾動(dòng)體的類型軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體，一般是用軸承鉻鋼(GCr15，GCr15SiMn等)制造的，熱處理后硬度一般不低于60~65HRC。由于一般軸承的這些元件都經(jīng)過150℃的回火處理，因此通常當(dāng)軸承的工作溫度不高于120℃時(shí)，元件的硬度不會(huì)下降。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，它與滾動(dòng)體之間有較大的間隙，工作時(shí)噪音較大。實(shí)體保持架常用銅合金、鋁合金或塑料(聚四氟乙烯、尼龍66)經(jīng)切削加工制成，有較好的定心作用。

當(dāng)滾動(dòng)體是圓柱滾子或滾針時(shí)，在某些情況下，可以沒有內(nèi)圈、外圈或保持架，這時(shí)的軸頸或軸承座就要起到內(nèi)圈或外圈的作用，因而工作表面應(yīng)具備相應(yīng)的硬度和粗糙度。此外，還有一些軸承，除了以上四種基本零件外，還增加有其他特殊零件，如在外圈上加止動(dòng)環(huán)或帶密封蓋等。14.1.2滾動(dòng)軸承的分類

滾動(dòng)軸承類型繁多，以適應(yīng)各種機(jī)械裝置的多種要求。滾動(dòng)軸承可以按不同方法進(jìn)行分類，按滾動(dòng)體的形狀，可分為球軸承和滾子軸承；按調(diào)心性能，可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承；按軸承承受的載荷方向，可以分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承，如圖14-3所示。主要承受徑向載荷Fr的軸承叫做向心軸承，其中有幾種類型還可以承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷Fa的軸承叫做推力軸承，軸承中與軸頸緊套在一起的叫軸圈，與機(jī)座相聯(lián)的叫座圈；能同時(shí)承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承叫做向心推力軸承。向心推力軸承的滾動(dòng)體與外圈滾道接觸點(diǎn)(線)處的法線N-N與半徑方向的夾角α叫做軸承的接觸角。軸承實(shí)際所承受的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa的合力與半徑方向的夾角β則叫做載荷角(見圖14-3(c))。圖14-3不同類型的軸承的承載情況14.2滾動(dòng)軸承的主要類型及其代號(hào)

14.2.1滾動(dòng)軸承的主要類型、性能與特點(diǎn)

滾動(dòng)軸承因其結(jié)構(gòu)類型多樣而具有不同的性能和特點(diǎn)。表14-1給出了常用滾動(dòng)軸承的類型、主要性能和特點(diǎn)。14.2.2滾動(dòng)軸承的代號(hào)

在常用的各類滾動(dòng)軸承中，每種類型又有幾種不同的結(jié)構(gòu)、尺寸和公差等級(jí)，以便適應(yīng)不同的技術(shù)要求。為了統(tǒng)一表征各類軸承的特點(diǎn)，便于組織生產(chǎn)和選用，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T272－1993規(guī)定了軸承代號(hào)的表示方法。

滾動(dòng)軸承代號(hào)由三部分組成：基本代號(hào)、前置代號(hào)和后置代號(hào)，用字母和數(shù)字等表示。滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成見表14-2。

1.基本代號(hào)

基本代號(hào)包括軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列和類型，現(xiàn)分述如下。

1)軸承的內(nèi)徑代號(hào)

軸承的內(nèi)徑代號(hào)用基本代號(hào)右起第一、二位數(shù)字表示。對(duì)于常用內(nèi)徑(d＝20～495mm)的軸承，內(nèi)徑一般為5的倍數(shù)，其表示方法見表14-3。對(duì)于d＜10mm和d≥500mm以及內(nèi)徑尺寸較特殊(如d＝22、28、32mm)的軸承，內(nèi)徑代號(hào)用公稱內(nèi)徑毫米數(shù)直接表示，只是與直徑系列代號(hào)用“/”分開。

2)尺寸系列代號(hào)

尺寸系列代號(hào)包括直徑系列代號(hào)和寬(高)度系列代號(hào)兩部分。

直徑系列表示結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化，用基本代號(hào)右起第三位數(shù)字表示，有7、8、9、0、1、2、3、4和5，對(duì)應(yīng)于相同內(nèi)徑軸承的外徑尺寸依次遞增。部分直徑系列之間的尺寸對(duì)比如圖14-4所示。圖14-4直徑系列的對(duì)比軸承的寬(高)度系列表示結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑和直徑系列都相同的軸承在寬(高)度方面的變化，用右起第四位數(shù)字表示。當(dāng)寬度系列為0系列(正常系列)時(shí)，多數(shù)軸承在代號(hào)中不標(biāo)出，但調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承，寬度系列代號(hào)0應(yīng)標(biāo)出。

滾動(dòng)軸承的尺寸系列代號(hào)見表14-4。

3)軸承類型代號(hào)

軸承類型代號(hào)用基本代號(hào)右起第五位數(shù)字或字母表示，見表14-1第一列。

2.后置代號(hào)

軸承的后置代號(hào)是用字母和數(shù)字等表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等等。后置代號(hào)的內(nèi)容很多，下面介紹幾個(gè)常用的后置代號(hào)。

(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)用字母緊跟著基本代號(hào)表示，表示同一類型軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊變化。部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)及其含義見表14-5。

(2)軸承的公差等級(jí)分為2、4、5、6、6x和0級(jí)，共6個(gè)級(jí)別，依次由高級(jí)到低級(jí)。其代號(hào)分別為／P2、／P4、/P5、／P6x、／P6和／P0。公差等級(jí)中，6x級(jí)僅適用于圓錐滾子軸承；0級(jí)為普通級(jí)，在軸承代號(hào)中不標(biāo)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(gè)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(hào)中不標(biāo)出，其余的游隙組別在軸承代號(hào)中分別用／C1、／C2、／C3、／C4、／C5表示。

(4)密封、防塵與外部形狀變化代號(hào)用數(shù)字及字母表示。部分密封、防塵與外部形狀變化的代號(hào)及其含義見表14-6。

(5)保持架代號(hào)用數(shù)字及字母表示。它表示保持架非標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式及材料。部分保持架結(jié)構(gòu)及材料改變代號(hào)及其含義見表14-7。

(6)配置代號(hào)用三種代號(hào)/DB、/DF、/DT表示，表示成對(duì)安裝滾動(dòng)軸承的配置形式，如圖14-5所示。例如：32208/DF、7210C/DT。圖14-5成對(duì)安裝滾動(dòng)軸承的配置形式

3.前置代號(hào)

軸承的前置代號(hào)用于表示軸承的分部件，用字母表示。前置代號(hào)及其含義見表14-8。實(shí)際應(yīng)用的滾動(dòng)軸承類型是很多的，相應(yīng)的軸承代號(hào)也是比較復(fù)雜的。以上介紹的代號(hào)是軸承代號(hào)中最基本、最常用的部分，熟悉這部分代號(hào)，就可以識(shí)別和查選常用的軸承。關(guān)于滾動(dòng)軸承詳細(xì)代號(hào)的表示方法可查閱GB／T272－1993。代號(hào)舉例：

6307——內(nèi)徑為35mm，中系列深溝球軸承，正常寬度系列，正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙。

7212C／P4——內(nèi)徑為60mm，輕系列角接觸球軸承，正常寬度系列，接觸角α＝15°，4級(jí)公差，0組游隙。

62/22——內(nèi)徑為22mm，輕系列深溝球軸承，正常寬度系列，正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙。14.3滾動(dòng)軸承的類型選擇

根據(jù)滾動(dòng)軸承各種類型的基本特點(diǎn)，在選用軸承時(shí)應(yīng)從載荷的大小、性質(zhì)、方向，轉(zhuǎn)速的高低，調(diào)心性能以及安裝拆卸等方面考慮。選擇其類型時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)。

14.3.1軸承的載荷

載荷的大小通常是選擇軸承類型的決定因素。同一系列滾子軸承與球軸承相比，前者的承載和抗沖擊能力較大。當(dāng)載荷較大時(shí)，宜選用線接觸滾子軸承。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承。對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷和軸向載荷時(shí)，應(yīng)區(qū)別不同的情況：以徑向載荷為主時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；以軸向載荷為主時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷(參看圖14-20)。當(dāng)有徑向沖擊載荷時(shí)，應(yīng)選用螺旋滾子軸承或圓柱滾子軸承。14.3.2軸承的轉(zhuǎn)速

軸承的轉(zhuǎn)速是影響軸承溫升最主要的因素之一。軸承的最高許用轉(zhuǎn)速即極限轉(zhuǎn)速隨著軸承直徑系列和寬度系列的遞增而減小。軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊中列入了各種類型、各種尺寸軸承的極限轉(zhuǎn)速nlim值，其試驗(yàn)條件是當(dāng)量動(dòng)載荷P≤0.1C(C為基本額定動(dòng)載荷)，冷卻條件正常，且為0級(jí)公差軸承時(shí)的最大允許轉(zhuǎn)速。但是，由于極限轉(zhuǎn)速主要是受工作時(shí)溫升的限制，因此，不能認(rèn)為樣本中的極限轉(zhuǎn)速是一個(gè)絕對(duì)不可超越的界限。從工作轉(zhuǎn)速對(duì)軸承的要求看，可以確定以下幾點(diǎn)：

(1)球軸承比滾子軸承具有較高的極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度，故在高轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。

(2)在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，則滾動(dòng)體就越小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體加在外圈滾道上的離心慣性力也就越小，因而也就更適于在更高的轉(zhuǎn)速下工作。故在高轉(zhuǎn)速時(shí)，宜選用同一直徑系列中外徑較小的軸承。若用一個(gè)外徑較小的軸承而承載能力達(dá)不到要求，可再并裝一個(gè)相同的軸承，或者考慮采用寬系列的軸承。

(3)保持架的材料與結(jié)構(gòu)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速的影響極大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許高一些的轉(zhuǎn)速，青銅實(shí)體保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。

(4)推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，若軸向載荷不十分大，可以采用角接觸球軸承承受純軸向力。

(5)若工作轉(zhuǎn)速略超過樣本中規(guī)定的極限轉(zhuǎn)速，可以用提高軸承的公差等級(jí)，或者適當(dāng)?shù)丶哟筝S承的徑向游隙，選用循環(huán)潤滑或油霧潤滑，加強(qiáng)對(duì)循環(huán)潤滑油的冷卻等措施來改善軸承的高轉(zhuǎn)速性能。若工作轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速較多，應(yīng)選用特制的高速滾動(dòng)軸承。14.3.3軸承剛度及調(diào)心性能要求

1.軸承的剛度

球軸承(點(diǎn)接觸)的剛度低于滾子軸承(線接觸)。非預(yù)緊軸承的剛度低于預(yù)緊軸承。單列軸承的剛度低于雙列軸承。背對(duì)背(/DB型)成對(duì)組裝軸承的剛度低于面對(duì)面成對(duì)組裝的軸承(/DF型)，見圖14-6。圖14-6成對(duì)組裝軸承的剛度

2.軸承的調(diào)心性能要求

若因制造或安裝等原因不能保證軸的中心線與軸承座中心線較好重合，或因軸受力而彎曲或傾斜，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。這時(shí)，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心軸承。同一軸上調(diào)心軸承不能與其他軸承混合使用，以免失去調(diào)心作用。14.3.4軸承的安裝和拆卸

從安裝和拆卸方面來考慮，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(shí)，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(shí)，可以選用內(nèi)圈孔為圓錐孔(用以安裝在圓錐緊定套上)的軸承(見圖14-7)，這樣便于裝拆。圖14-7安裝在圓錐緊定套上的軸承14.3.5軸承的經(jīng)濟(jì)性要求

從經(jīng)濟(jì)性方面來說，一般認(rèn)為單列深溝球軸承價(jià)格最低，滾子軸承比球軸承精度高，且軸承精度越高則價(jià)格越高。故在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用精度低、價(jià)格便宜的軸承。

此外，軸承類型的選擇還應(yīng)考慮軸承裝置整體設(shè)計(jì)的要求，如軸承的配置使用要求、游動(dòng)要求等，詳見14.6節(jié)。

14.4滾動(dòng)軸承的工作情況分析

外載荷作用于軸承上是通過滾動(dòng)體由一個(gè)套圈傳給另一個(gè)套圈的，滾動(dòng)體接觸部位承載能力的大小對(duì)軸承承載能力起決定作用。14.4.1滾動(dòng)軸承的載荷分布及應(yīng)力特點(diǎn)

1.軸承元件上的載荷分布

此處以向心軸承為例介紹軸承元件上的載荷分布。如果假定內(nèi)、外圈為剛體，滾動(dòng)體為彈性體，滾動(dòng)體與滾道接觸變形在彈性變形范圍內(nèi)。在軸承工作的某一瞬間，滾動(dòng)體處于圖14-8所示的位置時(shí)，徑向載荷Fr通過軸頸作用于內(nèi)圈，位于上半圈的滾動(dòng)體不會(huì)受力(非承載區(qū))，而由下半圈的滾動(dòng)體將此載荷傳到外圈上(承載區(qū))。此時(shí)，內(nèi)圈將下沉一個(gè)距離δ0，不在Fr作用線上的其他各點(diǎn)雖然亦下沉一個(gè)距離δ0，但其有效變形量應(yīng)是δi≈δ0cos(iγ)，i=1，2，…,即有效變形量在Fr作用線兩側(cè)對(duì)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(gè)滾動(dòng)體受力最大，而遠(yuǎn)離作用線的各滾動(dòng)體，其載荷逐漸減小。在與Fr作用線成90°角的兩位置處，沒有變形量，所以受力為零。圖14-8向心軸承中徑向載荷的分布根據(jù)力的平衡原理，所有滾動(dòng)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

(14-1)

式中，n——受載滾動(dòng)體數(shù)目。

應(yīng)該指出，實(shí)際上由于軸承內(nèi)存在游隙，因此由徑向載荷Fr產(chǎn)生的承載區(qū)范圍將小于180°。也就是說，不是下半部滾動(dòng)體全部受載。這時(shí)，如果同時(shí)作用有一定的軸向載荷，則可以使承載區(qū)擴(kuò)大。

2.元件上載荷的應(yīng)力特點(diǎn)

由滾動(dòng)軸承載荷分布可知，由于滾動(dòng)體所處的位置不同，因此受力也不同。軸承工作時(shí)，各個(gè)滾動(dòng)體所受載荷將由零逐漸增加到FN2、FN1直到最大值FN0，然后再逐漸降低到FN1、FN2而至零，其變化如圖14-9(a)中的虛線所示。就滾動(dòng)體上某一點(diǎn)而言，它的載荷及應(yīng)力是按周期性不穩(wěn)定脈動(dòng)循環(huán)變化的，如圖14-9(a)中的實(shí)線所示。

對(duì)于固定外圈，各點(diǎn)所受載荷隨位置的不同大小也不同。對(duì)于承載區(qū)內(nèi)每一個(gè)具體的點(diǎn)，每當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體滾過時(shí)，便承受一次載荷，其所受載荷的最大值是不變的，也就是承受穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷的作用，如圖14-9(b)所示。圖14-9軸承元件上的載荷及應(yīng)力變化轉(zhuǎn)動(dòng)套圈的受力情況與滾動(dòng)體相似。就其滾道上某一點(diǎn)而言，進(jìn)入承載區(qū)后，每與滾動(dòng)體接觸一次，就受載一次，且在不同的接觸位置載荷值不同，所以其載荷及應(yīng)力也可用圖14-9(a)中的實(shí)線表示。

總之，滾動(dòng)軸承各元件受的都是脈動(dòng)循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。14.4.2軸向載荷對(duì)載荷分布的影響

如圖14-10所示，在向心推力軸承中(現(xiàn)以圓錐滾子軸承為例)，當(dāng)作用有徑向載荷Fr時(shí)，由于滾動(dòng)體與滾道的接觸線和軸承軸線之間夾一個(gè)接觸角α，因而各滾動(dòng)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(gè)徑向分力FNi和一個(gè)軸向分力Fdi。則相應(yīng)的軸向分力Fdi應(yīng)等于FNi

tanα。所有徑向分力FNi的向量和應(yīng)與徑向載荷Fr相平衡；所有的軸向分力Fdi的代數(shù)和便組成了軸承的派生軸向力Fd，它迫使軸頸(連同軸承內(nèi)圈和滾動(dòng)體)有向右移動(dòng)的趨勢，這應(yīng)由軸向力Fa來與之平衡，見圖14-10(a)。派生軸向力Fd隨著受載的滾動(dòng)體數(shù)目增多而增大。在正常工作時(shí)，軸承內(nèi)至少要有下半圈的滾動(dòng)體受載。根據(jù)研究，當(dāng)Fa≈1.25Frtanα?xí)r，會(huì)有約半數(shù)的滾動(dòng)體同時(shí)受載，見圖14-11(b)；當(dāng)Fa≈1.7Frtanα?xí)r，會(huì)使全部滾動(dòng)體同時(shí)受載，見圖14-11(c)。圖14-10圓錐滾子軸承的受力圖14-11軸承中受載滾動(dòng)體數(shù)目的變化應(yīng)該指出，對(duì)于實(shí)際工作的向心推力軸承，為了保證它能夠正?？煽康毓ぷ鳎瑧?yīng)使它至少達(dá)到下半圈的滾動(dòng)體全部受載。其合理的指標(biāo)是Fa/Fr≥1.25tanα。如果附加的軸向力不足，而使Fa/Fr＜1.25tanα，則受力滾動(dòng)體將少于半圈。此時(shí)，軸承內(nèi)、外圈將作軸向分離，間隙增大，滾動(dòng)體受力劇增，結(jié)果會(huì)使軸承壽命大為降低。因此，在安裝這類軸承時(shí)，不能有較大的軸向竄動(dòng)量。在軸承的組合設(shè)計(jì)一節(jié)中，我們將會(huì)了解到，向心推力軸承都是成對(duì)使用的。通過軸端的緊固和軸承端蓋的壓緊等調(diào)節(jié)作用，是能夠產(chǎn)生所需的附加軸向力來使軸承正常工作的。14.5滾動(dòng)軸承的尺寸選擇

14.5.1滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

1.失效形式

滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如出現(xiàn)異常發(fā)熱、振動(dòng)和噪音，則軸承元件可能已經(jīng)失效。這時(shí)軸承不能繼續(xù)正常工作。滾動(dòng)軸承常見的失效形式有以下幾種：

1)接觸疲勞

實(shí)踐證明，有適當(dāng)?shù)臐櫥兔芊獯胧惭b和維護(hù)條件正常時(shí)，絕大多數(shù)軸承會(huì)由于承受變應(yīng)力作用而發(fā)生接觸疲勞失效。

2)塑性變形

當(dāng)軸承工作轉(zhuǎn)速很低或只作低速擺動(dòng)時(shí)，在過大的靜載荷和沖擊載荷作用下，致使接觸應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，工作表面出現(xiàn)不均勻的塑性變形凹坑，導(dǎo)致軸承失效。

3)磨損

滾動(dòng)軸承在密封不可靠以及多灰塵的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下工作時(shí)，易發(fā)生磨粒磨損。通常在滾動(dòng)體與套圈之間，特別是滾動(dòng)體與保持架之間都有滑動(dòng)摩擦，如果潤滑不良，發(fā)熱嚴(yán)重，可能使?jié)L動(dòng)體回火，甚至產(chǎn)生膠合磨損，且轉(zhuǎn)速越高磨損越嚴(yán)重。

4)燒傷

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若溫升劇增，會(huì)使?jié)櫥Ш徒饘俦韺咏M織改變，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生金屬粘接造成軸承卡死。這種現(xiàn)象稱為燒傷。

除了以上幾種失效形式外，還可能出現(xiàn)內(nèi)、外圈破裂，滾動(dòng)體破碎，保持架損壞等失效形式，這些往往是安裝或使用不當(dāng)所造成的。

2.計(jì)算準(zhǔn)則

針對(duì)以上失效形式，主要是通過強(qiáng)度計(jì)算以保證軸承可靠地工作。計(jì)算準(zhǔn)則可按以下情況確定：

(1)對(duì)于一般轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，主要是接觸疲勞失效，故以疲勞強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)，稱為軸承的壽命計(jì)算。

(2)對(duì)于工作轉(zhuǎn)速很低(n≤10r/min)或只作低速擺動(dòng)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(jì)算為依據(jù)，稱為軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算。

(3)對(duì)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(jì)算，還要驗(yàn)算極限轉(zhuǎn)速。14.5.2滾動(dòng)軸承的基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷

1.滾動(dòng)軸承壽命

滾動(dòng)軸承壽命是指滾動(dòng)體或套圈表面出現(xiàn)疲勞剝落之前，一個(gè)套圈相對(duì)另一個(gè)套圈運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù)。這是針對(duì)單個(gè)軸承而言的。即使是一批軸承(同樣尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、熱處理、加工方法)，在完全相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，它們的工作壽命也是非常離散的。圖14-12為一典型的滾動(dòng)軸承壽命分布曲線。從圖中可以看出，軸承的最長與最短的壽命可能相差數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。試驗(yàn)研究表明，軸承壽命分布服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理，以計(jì)算在一定損壞概率下的軸承壽命。圖14-12滾動(dòng)軸承壽命分布曲線

2.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命

基本額定壽命是指同一型號(hào)的一批軸承，在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承出現(xiàn)疲勞剝落時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)，以L10(單位為106轉(zhuǎn)，106r)或L10h(單位為小時(shí)，h)表示。因?yàn)榛绢~定壽命與損壞概率有關(guān)，所以實(shí)際上按基本額定壽命計(jì)算和選擇出的軸承中，可能有10%的軸承發(fā)生提前破壞，而90%的軸承在超過基本額定壽命后還能正常工作，有些軸承甚至還能工作一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)基本額定壽命期。對(duì)于每個(gè)軸承來說，它能順利地在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概率為90%，而在基本額定壽命期到達(dá)之前即發(fā)生點(diǎn)蝕破壞的概率為10%。在作軸承的壽命計(jì)算時(shí)，必須先根據(jù)機(jī)器的類型、使用條件及對(duì)可靠性的要求，確定一個(gè)恰當(dāng)?shù)念A(yù)期計(jì)算壽命(即設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)所要求的軸承壽命，通常可參照機(jī)器的大修期限取定)。表14-9中給出了根據(jù)對(duì)機(jī)器的使用經(jīng)驗(yàn)推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命值，可供參考采用。

3.滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷

軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，因而在發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)也就越少，亦即軸承的壽命越短。軸承的基本額定動(dòng)載荷，就是使軸承的基本額定壽命恰好為106r時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用字母C代表。這個(gè)基本額定動(dòng)載荷，對(duì)于向心軸承，指的是純徑向載荷，并稱為徑向基本額定動(dòng)載荷，常用Cr表示；對(duì)于推力軸承，指的是純軸向載荷，并稱為軸向基本額定動(dòng)載荷，常用Ca表示；對(duì)于角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，指的是使套圈間產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。軸承的基本額定動(dòng)載荷C值與軸承的類型、規(guī)格、材料等有關(guān)，需要時(shí)可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定動(dòng)載荷值是在大量的試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過理論分析而得出來的。14.5.3滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算

1.滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式

對(duì)于具有基本額定動(dòng)載荷C的軸承，當(dāng)它所受的當(dāng)量動(dòng)載荷P(計(jì)算方法見后面)恰好為C時(shí)，其基本額定壽命就是106r。但是當(dāng)P≠C時(shí)，軸承的壽命為多少？再假如軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷為P，而且要求軸承具有的預(yù)期計(jì)算壽命為，那么，需選用具有多大基本額定動(dòng)載荷的軸承？下面就來討論解決上述兩個(gè)問題。滾動(dòng)軸承的載荷與壽命之間的關(guān)系可用疲勞曲線來表示。通過大量實(shí)驗(yàn)得出代號(hào)為6207的軸承的載荷—壽命曲線，如圖14-13所示。對(duì)于其他型號(hào)的軸承，也存在類似的曲線。此曲線的方程為PεL10=常數(shù)式中：L10——單位為106r；

ε——壽命指數(shù)。對(duì)于球軸承，ε=3；對(duì)于滾子軸承，ε=10/3。如圖14-13所示，當(dāng)L10=1(106r)時(shí)，軸承的載荷就是軸承的基本額定動(dòng)載荷C，因此可得出：PεL10=Cε×1=常數(shù)即

(14-2)圖14-13軸承的載荷-壽命曲線實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用小時(shí)數(shù)表示壽命。設(shè)軸承轉(zhuǎn)速為n(單位為r/min)，則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命Lh(單位為h)為

(14-3)

如果當(dāng)量動(dòng)載荷P和轉(zhuǎn)速n均已知，預(yù)期計(jì)算壽命已選定，則可根據(jù)式(14-3)計(jì)算出軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷C(單位為N)，從而可根據(jù)C值選用所需軸承的型號(hào)。因此可得

(14-4)

通常在軸承樣本中列出的基本額定動(dòng)載荷值，是對(duì)一般溫度下工作的軸承而言的，在較高溫度(例如高于125℃)下工作的軸承，應(yīng)該采用經(jīng)過較高溫度回火處理的高溫軸承。因此，如果要將該數(shù)值用于高溫軸承，須乘以溫度系數(shù)ft(見表14-10)，因此以上三式可寫為(14-2a)

(14-3a)

(14-4a)

2.滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷

滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷是在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的。若載荷條件為向心軸承僅承受純徑向載荷Fr，推力軸承僅承受純軸向載荷Fa，則必須將工作中的實(shí)際載荷換算為和基本額定動(dòng)載荷相同的當(dāng)量動(dòng)載荷才能進(jìn)行計(jì)算。換算后的當(dāng)量動(dòng)載荷是一個(gè)假想的載荷，用字母P表示。在當(dāng)量動(dòng)載荷P的作用下，軸承的壽命與工作中實(shí)際載荷作用下的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載荷的一般計(jì)算公式為

P=XFr＋YFa

式中，X、Y——徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，其值見表14-11。對(duì)于只能承受純徑向載荷Fr的軸承(如N、NA類軸承)，當(dāng)量動(dòng)載荷為P=Fr對(duì)于只能承受純軸向載荷Fa的軸承(如5類軸承)，當(dāng)量動(dòng)載荷為 P=Fa上述計(jì)算出的當(dāng)量動(dòng)載荷僅為一理論值。在實(shí)際工作中考慮機(jī)器的各種運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，還應(yīng)引入一個(gè)載荷系數(shù)，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)為

P=fP(XFr＋YFa)

(14-5)

P=fPFr

(14-6)

P=fPFa

(14-7)式中，fP——載荷系數(shù)，其值見表14-12。14.5.4向心推力軸承的徑向載荷與軸向載荷計(jì)算

1.軸承的裝配形式及壓力中心

為了保證這類軸承正常工作，通常軸承是成對(duì)使用的。軸承支反力作用點(diǎn)是滾動(dòng)體和外圈滾道接觸點(diǎn)(線)處公法線與軸心線的交點(diǎn)，又稱為軸承的壓力中心，如圖14-14中的O1、O2。圖14-14表示了兩種不同的安裝方式。其中，圖14-14(a)稱為正裝(或稱為“面對(duì)面安裝”)，這種安裝方式可以使壓力中心靠近，從而縮短軸的跨距；圖14-14(b)稱為反裝(或稱為“背對(duì)背安裝”)，壓力中心距離加長。在兩軸承相距較遠(yuǎn)時(shí)，可將軸承寬度中點(diǎn)作為軸承壓力中心的位置，這樣計(jì)算方便，且誤差也不大。圖14-14角接觸球軸承軸向載荷的分析

2.徑向載荷與軸向載荷的計(jì)算

在按式(14-5)計(jì)算各軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P時(shí)，首先要計(jì)算出該軸承所承受的徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)已知外界作用到軸上的徑向力FR的大小及作用位置時(shí)，根據(jù)力的徑向平衡條件，很容易計(jì)算出兩個(gè)軸承上的徑向載荷Fr1和Fr2；但其中的軸向載荷并不完全由外界的軸向作用力FA產(chǎn)生，而是應(yīng)該根據(jù)整個(gè)軸上的軸向外載荷FA，以及因徑向載荷Fr1、Fr2所產(chǎn)生的派生軸向力Fd1和Fd2之間的平衡條件來求出。由Fr1、Fr2派生的軸向力Fd1、Fd2的大小可按照表14-13中的公式計(jì)算。下面以圖

14-14所示角接觸球軸承為例來分析兩軸承所承受的軸向力。一般將派生軸向力的方向與外加軸向載荷FA的方向一致的軸承標(biāo)為2，另一軸承標(biāo)為1。根據(jù)力的平衡原理，如達(dá)到軸向平衡時(shí)，應(yīng)滿足：

FA＋Fd2=Fd1如果不滿足上述關(guān)系式，可能出現(xiàn)下面兩種情況：

(1)若FA＋Fd2＞Fd1，這時(shí)滾動(dòng)體、軸承內(nèi)圈與軸的組合體被推向左端。故軸承1被“壓緊”，稱為緊端；軸承2被“放松”，稱為松端。但實(shí)際上軸并沒有移動(dòng)，因此根據(jù)力的平衡關(guān)系，軸承蓋在軸承1外圈上必然施加一個(gè)附加的軸向力來阻止軸的移動(dòng)，因此有：

對(duì)于緊端軸承1，其所受總的軸向力為

(14-8)

對(duì)于松端軸承2，應(yīng)保證其正常工作(至少下半圈滾動(dòng)體受載)，故松端軸承所受軸向載荷等于其派生軸向力，即

Fa2＝Fd2

(14-9)

(2)若FA＋Fd2＜Fd1，則軸承1為松端，軸承2為緊端，同樣有：

緊端軸承2總的軸向力為

(14-10)

松端軸承1的軸向力為

Fa1＝Fd1

(14-11)總結(jié)向心推力軸承軸向力的計(jì)算方法如下：

(1)首先根據(jù)軸承的受力及結(jié)構(gòu)，作軸系受力簡圖，計(jì)算兩個(gè)軸承上的徑向載荷Fr1、Fr2，再由Fr1、Fr2計(jì)算派生軸向力Fd1和Fd2；

(2)根據(jù)外加的軸向力FA及派生軸向力Fd1和Fd2，判定哪個(gè)軸承被“放松”，哪個(gè)軸承被“壓緊”；

(3)被“放松”軸承的軸向力僅為其本身派生的軸向力；

(4)被“壓緊”軸承的軸向力則為除本身派生的軸向力外其余各軸向力的代數(shù)和，即被“放松”軸承本身派生的軸向力與外加軸向力的代數(shù)和，兩者方向相同時(shí)均取正號(hào)，相反時(shí)外加的軸向力取負(fù)號(hào)。14.5.5滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)于轉(zhuǎn)速極低、基本上不旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動(dòng)的軸承，為了限制軸承在靜載荷作用下產(chǎn)生過大的接觸應(yīng)力和永久變形，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。為此，必須對(duì)每個(gè)型號(hào)的軸承規(guī)定一個(gè)不能超過的外載荷界限。GB/T4662—1993規(guī)定，使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值(向心球軸承為4200MPa，滾子軸承為4000MPa)時(shí)的載荷，作為軸承靜強(qiáng)度的界限，稱為基本額定靜載荷，用C0(C0r或C0a)表示。實(shí)踐證明，在上述接觸應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的永久接觸變形量，除了對(duì)那些要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性高和振動(dòng)低的軸承外，一般不會(huì)影響其正常工作。軸承樣本中列有各型號(hào)軸承的基本額定靜載荷值，以供選擇軸承時(shí)查用。軸承上作用的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa，應(yīng)折合成一個(gè)當(dāng)量靜載荷P0，即

P0＝X0Fr＋Y0Fa

(14-12)式中，X0、Y0——當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值可查軸承手冊。若計(jì)算出P0＜Fr，則應(yīng)取P0=Fr。滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算公式為

C0≥S0P0

(14-13)式中，S0——軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)。S0的值取決于軸承的使用條件，當(dāng)要求軸承轉(zhuǎn)動(dòng)很平穩(wěn)時(shí)，

S0應(yīng)取大于1，以盡量避免軸承滾動(dòng)表面的局部塑性變形量過大；當(dāng)對(duì)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)要求不高，又無沖擊載荷，或軸承僅作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，S0可取1或小于1，以盡量使軸承在保證正常運(yùn)行條件下發(fā)揮最大的靜載能力。S0值的選擇可參考表14-14。14.6滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)軸承裝置，是滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)任務(wù)中的主要內(nèi)容之一，它對(duì)保證軸承正?？煽抗ぷ髌鹬种匾淖饔?。也就是說，必須根據(jù)軸承的具體要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)軸承的支承剛度，軸承的安裝、配置、緊固、調(diào)節(jié)、潤滑、密封及裝拆等進(jìn)行全面的考慮。

軸和安裝軸承的機(jī)座或軸承座，以及軸承裝置中的其他受力零件，必須具有足夠的剛度，因?yàn)檫@些零件的變形都會(huì)阻滯滾動(dòng)體的正常滾動(dòng)而使軸承提前損壞。因此，機(jī)座及軸承座孔壁均應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸龋逸o助以加強(qiáng)肋來增強(qiáng)其剛度，見圖14-15。對(duì)于輕合金或非金屬制成的機(jī)座，安裝軸承的軸承座孔處應(yīng)采用鋼或鑄鐵制成的襯套，見圖14-16。圖14-15用加強(qiáng)肋增強(qiáng)軸承座孔剛性圖14-16使用襯套的軸承座孔保證同一根軸上兩個(gè)軸承座孔具有良好同軸度的最佳方法是，采用整體結(jié)構(gòu)的機(jī)座，并使安裝的兩軸承座孔孔徑相同，將兩軸承座孔一次鏜出。若是分裝式軸承座，則將軸承座組合在一起一次鏜出兩座孔。如在一根軸上裝有不同尺寸的軸承，可在外徑尺寸較小的軸承與座孔之間加置襯套，仍將機(jī)座上的兩軸承座孔按較大者一次鏜出。14.6.1滾動(dòng)軸承的配置和軸系的定位

1.滾動(dòng)軸承的配置

為了使軸、軸承和軸上零件相對(duì)機(jī)座有確定的工作位置，并能承受軸向載荷和補(bǔ)償因工作溫度變化引起的軸系(軸與軸承組合)自由伸縮，必須正確設(shè)計(jì)軸承裝置。常用軸承裝置的配置有以下三種。

1)雙支點(diǎn)單向固定

在這種軸承組合結(jié)構(gòu)中，每個(gè)支承點(diǎn)用一個(gè)軸承，兩個(gè)軸承限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)。這樣，對(duì)于整個(gè)軸系而言，兩個(gè)方向都受到了定位。在圖14-17中，采用兩個(gè)深溝球軸承，這種軸承在安裝時(shí)，通過調(diào)整端蓋端面與機(jī)殼之間墊片的厚度，使軸承外圈與端蓋之間留有很小的軸向間隙(一般取a＝0.2～0.4mm)，以適當(dāng)補(bǔ)償軸的受熱伸長。由于軸向間隙的存在，因此這種支承不能作精確的軸向定位。這種支承結(jié)構(gòu)簡單，軸向固定可靠，安裝調(diào)整方便，適合于支承跨距不大(L＜400mm)和溫差不大的場合。圖14-17采用深溝球軸承的雙支點(diǎn)單向固定如果用一對(duì)向心推力軸承分置于兩個(gè)支承點(diǎn)處，則因這種軸承外圈可以分離，故可以保證軸在一定游隙范圍內(nèi)自由伸縮的同時(shí)，又受到雙向定位。如圖14-18所示的結(jié)構(gòu)均為懸臂支承的小錐齒輪軸。如前所述，這兩種結(jié)構(gòu)分別為正裝和反裝。從圖中可看出，在支承距離b相同的條件下，壓力中心間的距離是不相同的。圖14-18(a)為正裝形式，壓力中心間的距離L1較小，懸臂較長，支承剛性較差。這種結(jié)構(gòu)可用改變調(diào)整墊片厚度的方法來調(diào)整軸承外圈的軸向位置，以改變軸承游隙。在受熱變形方面，因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸的溫度一般高于外殼的溫度，軸的軸向和徑向熱膨脹將大于外殼的熱膨脹，這時(shí)預(yù)調(diào)的間隙會(huì)減小，可能導(dǎo)致卡死。圖14-18(b)為反裝形式，壓力中心間的距離L2較大，懸臂較短，支承剛性較好。兩個(gè)軸承外圈內(nèi)側(cè)固定，外圈外側(cè)與端蓋窄端面處留有較大軸向間隙，因此允許軸向有較大的熱伸長移動(dòng)，結(jié)構(gòu)上可以避免預(yù)調(diào)間隙的減小和導(dǎo)致卡死的現(xiàn)象。圖14-18小錐齒輪軸支承結(jié)構(gòu)

2)單支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)

這種軸承的支承形式是，一支點(diǎn)處的軸承外圈雙向固定，另一支點(diǎn)(通常是受載較小的支點(diǎn))處的軸承可以軸向游動(dòng)，以適應(yīng)軸的熱伸長。這種結(jié)構(gòu)特別適用于溫度變化大和軸跨距大的場合。

作為雙向固定端，當(dāng)軸向載荷較小時(shí)，可采用一個(gè)能承受雙向軸向載荷的軸承(如深溝球軸承)，內(nèi)、外圈在軸向都要固定，從而使整個(gè)軸得到雙向定位，如圖14-19所示；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可以采用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，如圖14-20所示；也可以采用兩個(gè)角接觸球軸承(或圓錐滾子軸承)正裝或反裝組合在一起的結(jié)構(gòu)，如圖14-21(左端兩個(gè)角接觸球軸承正裝結(jié)構(gòu))和圖14-22所示(右端兩個(gè)圓錐滾子軸承反裝結(jié)構(gòu))。圖14-19一端固定，另一端游動(dòng)支承方案（兩端均為深溝球軸承）圖14-20一端固定，另一端游動(dòng)支承方案(固定端為組合結(jié)構(gòu))圖14-21一端固定，另一端游動(dòng)支承方案(固定端為兩軸承正裝組合結(jié)構(gòu))圖14-22一端固定，另一端游動(dòng)支承方案(固定端為兩軸承反裝組合結(jié)構(gòu))對(duì)于游動(dòng)端，作為補(bǔ)償軸的熱膨脹的游動(dòng)支承，若使用的是內(nèi)、外圈不可分離的軸承，則只需固定內(nèi)圈，其外圈在座孔內(nèi)應(yīng)可以軸向游動(dòng)(在軸承外圈端面和軸承端蓋之間留有足夠大的間隙，一般為3~8mm)，軸承外圈和座孔采用間隙配合，如圖14-19和圖14-20所示；若使用的是內(nèi)、外圈可分離的軸承(如N類、NA類)，則內(nèi)、外圈都要固定，如圖14-22所示。在圖14-22中，游動(dòng)端為圓柱滾子軸承，則游動(dòng)將發(fā)生在滾子和外圈滾道之間。

3)兩端游動(dòng)

這種支承結(jié)構(gòu)形式用得很少，只用于某些特殊情況，如人字齒輪小齒輪軸。由于人字齒輪的螺旋角加工不易做到左右完全一樣，在嚙合傳動(dòng)時(shí)會(huì)有左右微量竄動(dòng)，因此必須用兩端游動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)，以防止齒輪卡死或人字齒輪兩邊受力不均勻，但大齒輪軸必須做成兩端固定支承，以使軸系得到軸向定位。如圖14-23所示，人字齒輪小齒輪軸兩游動(dòng)端采用內(nèi)、外圈可分離的圓柱滾子軸承，則內(nèi)、外圈都要固定。圖14-23兩游動(dòng)端支承

2.滾動(dòng)軸承的軸向定位和固定

在滾動(dòng)軸承支承結(jié)構(gòu)中，軸承內(nèi)圈和軸、外圈和軸承座孔之間都必須進(jìn)行軸向定位和固定。常用軸承內(nèi)圈在軸上的固定方法有四種，如圖14-24所示。

(1)軸用彈性擋圈(圖14-24(a))：主要用于軸向載荷不大及轉(zhuǎn)速不高的場合。

(2)軸端擋圈(圖14-24(b))：可承受雙向軸向載荷，并可在高速下承受中等軸向載荷，用于軸頸直徑較大的軸端固定。圖14-24軸承內(nèi)圈軸向固定的常用方法

(3)圓螺母和止動(dòng)墊圈(圖14-24(c))：主要用于轉(zhuǎn)速較高、軸向載荷較大的場合。

(4)開口圓錐緊定套、止動(dòng)墊圈和圓螺母(圖14-24(d))：用于光軸上軸向載荷和轉(zhuǎn)速都不大的調(diào)心軸承的鎖緊。

內(nèi)圈的另一端面通常是以軸肩作為軸向定位面。為使端面貼緊，軸肩處的圓角半徑必須小于軸承內(nèi)圈的圓角半徑，如圖14-25所示。為了便于軸承拆卸，軸肩的高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈的厚度，其大小可查有關(guān)的手冊。圖14-25軸肩圓角與軸承內(nèi)圈圓角的關(guān)系軸承外圈在軸承座孔內(nèi)的軸向固定方法，常見的有如圖14-26所示的四種。

(1)孔用彈性擋圈(圖14-26(a))：主要用于軸向力不大且需要減小軸承裝置尺寸的深溝球軸承。

(2)止動(dòng)環(huán)(圖14-26(b))：用于軸承座孔內(nèi)不便做凸肩且外殼為剖分式結(jié)構(gòu)時(shí)，此時(shí)軸承外圈需帶止動(dòng)槽。

(3)軸承蓋(圖14-26(c))：用于轉(zhuǎn)速高、軸向載荷大的各類軸承。

(4)螺紋環(huán)(圖14-26(d))：用于轉(zhuǎn)速高、軸向載荷大，且不適于使用軸承蓋緊固的場合。圖14-26外圈軸向固定常用的方法外圈的另一端面需要時(shí)可以凸肩作為軸向定位。同樣為使端面貼緊，凸肩處的圓角半徑必須小于軸承外圈的圓角半徑。另外，凸肩高度的選取應(yīng)能便于裝拆和定位。合理的凸肩高度的尺寸，可查有關(guān)的手冊。

3.軸承游隙及軸系位置的調(diào)整

軸承游隙對(duì)軸承的壽命、旋轉(zhuǎn)精度、溫升和噪音影響很大，安裝時(shí)應(yīng)合理調(diào)整。常用調(diào)整軸承游隙的方法有：

(1)借助于調(diào)整墊片調(diào)整，見圖14-18(a)、圖14-20中的右支點(diǎn)及圖14-21中的左支點(diǎn)。軸承的游隙和預(yù)緊都是靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。

(2)借助于旋轉(zhuǎn)螺母或螺釘來調(diào)整，如圖14-18(b)中的結(jié)構(gòu)。其中，軸承的游隙是靠軸上的圓螺母來調(diào)整的，操作不甚方便；更為不利的是必須在軸上制出應(yīng)力集中嚴(yán)重的螺紋，削弱了軸的強(qiáng)度。在錐齒輪和蝸桿的傳動(dòng)中，要求兩錐齒輪的節(jié)錐頂點(diǎn)重合，蝸桿的軸剖面對(duì)準(zhǔn)蝸輪的主平面，這就要求在裝配時(shí)調(diào)整軸系的軸向位置。為了便于調(diào)整，可將確定軸向位置的軸承裝在一個(gè)套杯中(參看圖14-18中的圓錐滾子軸承和圖14-20中的雙向推力球軸承)，套杯則裝在外殼孔中。通過增減套杯端面與外殼之間墊片的厚度，即可調(diào)整錐齒輪或蝸桿的軸向位置。

4.滾動(dòng)軸承的配合

滾動(dòng)軸承裝于機(jī)器中，要靠配合來保證其相對(duì)位置，配合的松緊程度將直接影響軸承的工作狀態(tài)。配合過緊，將使內(nèi)圈膨脹或外圈收縮，減小了套圈與滾動(dòng)體之間的游隙，可能使軸承轉(zhuǎn)動(dòng)失靈，同時(shí)也使裝配困難；而配合太松，會(huì)使旋轉(zhuǎn)時(shí)配合表面因松動(dòng)而引起擦傷和磨損。所以，對(duì)軸承內(nèi)、外圈都要規(guī)定適當(dāng)?shù)呐浜稀?/p>

滾動(dòng)軸承的配合主要是指軸承內(nèi)孔與軸頸的配合以及軸承外圈與軸承座孔的配合。由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，選擇配合時(shí)就把它作為基準(zhǔn)件。因此軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。在選擇配合時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素：

(1)載荷的大小和方向以及載荷的性質(zhì)。正確選擇的軸承配合應(yīng)保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止內(nèi)圈與軸、外圈與座孔在工作時(shí)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一般說來，當(dāng)轉(zhuǎn)速愈高、載荷愈大和振動(dòng)愈強(qiáng)烈時(shí)，應(yīng)采用緊一些的配合。對(duì)于與內(nèi)圈配合的旋轉(zhuǎn)軸，通常用n6、m6、k5、k6、j5、js6。當(dāng)軸承安裝于薄壁座孔或空心軸上時(shí)，也應(yīng)采用較緊的配合。但是過緊的配合是不利的，這時(shí)可能因內(nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮而使軸承內(nèi)部的游隙減小甚至完全消失，也可能由于相配合的軸和座孔表面的不規(guī)則形狀或不均勻的剛性而導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈不規(guī)則的變形，這些都將破壞軸承的正常工作。過緊的配合還會(huì)使裝拆困難。

(2)工作溫度的高低及溫度變化情況。如果機(jī)器工作時(shí)有較大的溫度變化，那么，工作溫度將使配合性質(zhì)發(fā)生變化。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于一般工作機(jī)械來說，套圈的溫度常高于其相鄰零件的溫度。這時(shí)，軸承內(nèi)圈可能因熱膨脹而與軸松動(dòng)，外圈可能因熱膨脹而與軸承座孔脹緊，從而可能使原來需要外圈有軸向游動(dòng)性能的支承喪失游動(dòng)性。所以，在選擇配合時(shí)必須仔細(xì)考慮軸承裝置各部分的溫差和其熱傳導(dǎo)的方向。

(3)對(duì)開式的軸承座與軸承外圈的配合，宜采用較松的配合；對(duì)于與不轉(zhuǎn)動(dòng)的外圈相配合的座孔以及經(jīng)常裝拆的軸承，尤其是重型機(jī)械上的軸承，應(yīng)采用松配合或過盈量較小的過渡配合，以免造成裝拆困難。這時(shí)常選用J6、J7、H7、G7等。

(4)當(dāng)要求軸承的外圈在運(yùn)轉(zhuǎn)中能沿軸向游動(dòng)時(shí)，該外圈與外殼孔的配合也應(yīng)較松，但不應(yīng)讓外圈在外殼孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。過松的配合對(duì)提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度、減少振動(dòng)是不利的。

以上介紹了選擇軸承配合的一般原則，具體選擇時(shí)可結(jié)合機(jī)器的類型和工作情況，參照同類機(jī)器的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。各類機(jī)器所使用的軸承配合以及各類配合的配合公差、配合表面粗糙度和幾何形狀允許偏差等資料可查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。

5.滾動(dòng)軸承的安裝與拆卸

設(shè)計(jì)軸承裝置時(shí)，應(yīng)使軸承便于裝拆。由于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸頸的配合一般較緊，安裝前應(yīng)在配合表面涂油，以防止壓入時(shí)產(chǎn)生咬傷。常見裝配內(nèi)圈與軸頸的方法有：

(1)壓力機(jī)壓套，如圖14-27所示。圖14-27軸承的安裝

(2)加熱軸承安裝法。此法多用于過盈量大的中、大型軸承，加熱溫度為80～90℃(不應(yīng)超過120℃)。

(3)對(duì)中小型軸承可用手錘敲擊裝配套筒將軸承裝入。當(dāng)軸承外圈與座孔配合較緊時(shí)，壓力應(yīng)施加在外圈上，如圖14-27(b)所示。

更換或定期檢修軸承時(shí)，軸承要拆卸下來。經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，拆卸相當(dāng)困難。常用的拆卸方法有壓力機(jī)拆卸和拉拔工具拆卸，見圖14-28。為便于拆卸，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使軸承內(nèi)圈在軸肩上露出足夠的高度，并要有足夠的空間位置，以便安放拆卸工具。圖14-28軸承的拆卸14.6.2滾動(dòng)軸承的潤滑

滾動(dòng)軸承潤滑的作用是降低摩擦阻力、減少磨損、防止銹蝕，同時(shí)還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)等作用。

考慮軸承潤滑時(shí)，設(shè)計(jì)者的任務(wù)是了解潤滑劑的性能特點(diǎn)和供給方式，根據(jù)滾動(dòng)軸承的工況和使用要求等，正確選用合適的潤滑劑和供給方式。

滾動(dòng)軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。此外，也有使用固體潤滑劑潤滑的。潤滑方式的選擇與軸承的速度有關(guān)，一般用滾動(dòng)軸承的dn值(d為滾動(dòng)軸承內(nèi)徑，單位為mm；n為軸承轉(zhuǎn)速，單位為r/min)表示軸承的速度大小。適用于脂潤滑和油潤滑的dn界限值見表14-15。

1.脂潤滑

脂潤滑的優(yōu)點(diǎn)是：潤滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，能防止灰塵等雜物侵入軸承內(nèi)部，對(duì)密封要求不高，一次加脂可以維持相當(dāng)長的一段時(shí)間。其缺點(diǎn)是：摩擦損失大，散熱效果差。

對(duì)于那些不便經(jīng)常添加潤滑劑的地方，或那些不允許潤滑油流失而致污染產(chǎn)品的工業(yè)機(jī)械來說，這種潤滑方式十分適宜。但它只適用于較低的dn值。使用時(shí)，潤滑脂的填充量要適中，一般為軸承內(nèi)部空間容積的1/3～2/3。潤滑脂的主要性能指標(biāo)為錐入度和滴點(diǎn)。軸承的dn值大、載荷小時(shí)，應(yīng)選錐入度較大的潤滑脂；反之，應(yīng)選用錐入度較小的潤滑脂。此外，軸承的工作溫度應(yīng)比潤滑脂的滴點(diǎn)低，對(duì)于礦物油潤滑脂，應(yīng)低10～20℃；對(duì)于合成潤滑脂，應(yīng)低20～30℃。圖14-29潤滑油粘度選擇

2.油潤滑

在高速高溫的條件下，通常采用油潤滑。采用脂潤滑的軸承，如果設(shè)計(jì)上方便，有時(shí)也可用油潤滑，如封閉式齒輪箱中軸承的潤滑。油潤滑的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，潤滑可靠，攪動(dòng)損失小，并具有冷卻作用和清潔作用。其缺點(diǎn)是：對(duì)密封和供油要求較高。

潤滑油的主要性能指標(biāo)是粘度。轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)選用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的潤滑油。根據(jù)工作溫度及dn值，參考圖14-29,可選出潤滑油應(yīng)具有的粘度值，然后按粘度值從潤滑油產(chǎn)品目錄中選出相應(yīng)的潤滑油牌號(hào)。常用的油潤滑方法有以下幾種。

1)油浴潤滑

油浴潤滑是普遍采用而又簡單的方法，多用于低、中速軸承，如圖14-30所示。油面在靜止時(shí)，不應(yīng)低于軸承滾動(dòng)體的中心。軸承轉(zhuǎn)速高時(shí)，攪動(dòng)損失大，會(huì)引起油液和軸承溫升大。圖14-30油浴潤滑

2)滴油潤滑

滴油潤滑的滴油量可控制，多用于需要定量供油、轉(zhuǎn)速較高的小型球軸承。為使滴油通暢，常使用粘度較小的全損耗系統(tǒng)用油L-AN15。

3)飛濺潤滑

在閉式傳動(dòng)裝置中，常利用旋轉(zhuǎn)零件(齒輪、曲拐、濺油盤等)的轉(zhuǎn)動(dòng)把潤滑齒輪的油甩到四周壁面上，然后通過適當(dāng)?shù)臏喜郯延鸵胼S承中去，這種方法叫做飛濺潤滑。這類潤滑方法廣泛用于汽車變速箱、差動(dòng)齒輪裝置等。

4)噴油潤滑

噴油潤滑用于高速旋轉(zhuǎn)，載荷大，要求潤滑可靠的軸承。它是利用油泵將潤滑油增壓，通過油管或機(jī)殼內(nèi)特制的油孔，經(jīng)噴嘴將潤滑油對(duì)準(zhǔn)軸承內(nèi)圈與滾動(dòng)體間的位置噴射潤滑軸承，如圖14-31所示。圖14-31噴油潤滑

5)油霧潤滑

油霧潤滑是使?jié)櫥驮谟挽F發(fā)生器中變成油霧，將低壓油霧送入高速旋轉(zhuǎn)的軸承，起潤滑、冷卻作用。但潤滑軸承的油霧，可能部分地隨空氣飄散，要污染環(huán)境。故在必要時(shí)，宜用油氣分離器來收集油霧，或者采用通風(fēng)裝置來排除廢氣。這種潤滑常用于機(jī)床的高速主軸、高速旋轉(zhuǎn)泵等支承軸承的潤滑。

6)油—?dú)鉂櫥?/p>

近年來，出現(xiàn)一種新的油潤滑技術(shù)，即油—?dú)鉂櫥Ｋ詨嚎s空氣為動(dòng)力將潤滑油油滴沿管路輸送給軸承，不受潤滑油粘度值的限制，從而克服了油霧潤滑中所存在高粘度潤滑油無法霧化、廢油霧對(duì)環(huán)境造成污染、油霧量調(diào)節(jié)困難等缺點(diǎn)。

3.固體潤滑

固體潤滑劑常采用的材料有石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯、尼龍、鉛等。固體潤滑主要用于極低溫、高溫、高(強(qiáng))輻射、太空、真空等特殊工況條件，或不允許污染、不易維護(hù)、無法供油的場合中工作的軸承。常用的固體潤滑方法有：

(1)用粘接劑將固體潤滑劑粘接在滾道和保持架上；

(2)把固體潤滑劑加入工程塑料和粉末冶金材料中，制成有自潤滑性能的軸承零件；

(3)用電鍍、高頻濺射、離子鍍層、化學(xué)沉積等技術(shù)使固體潤滑劑或軟金屬(金、銀、銦、鉛等)在軸承零件摩擦表面形成一層均勻致密的薄膜。14.6.3滾動(dòng)軸承的密封

軸承密封裝置的主要作用是為了防止內(nèi)部潤滑劑流失，并防止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承而設(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。

1.接觸式密封

接觸式密封是在軸承蓋內(nèi)放置由毛氈、橡膠、皮革、軟木等軟材料制成的密封件，直接與轉(zhuǎn)動(dòng)軸接觸達(dá)到密封作用。這種密封形式多用于轉(zhuǎn)速不高的情況下。與密封件接觸處軸的硬度應(yīng)在40HRC以上，表面粗糙度Ra在0.0004~0.0016之間，以防止軸及密封件過快的磨損。接觸式密封常用的結(jié)構(gòu)形式有以下幾種。

1)氈圈油封

圖14-32所示的密封件是用細(xì)毛氈制成的環(huán)形氈圈標(biāo)準(zhǔn)件。在軸承蓋上開出梯形槽，將氈圈嵌入梯形槽中以與軸密切接觸。這種密封主要用于脂潤滑的場合，它的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但摩擦較大，密封壓緊力較小，且不易調(diào)節(jié)，只用于滑動(dòng)速度小于4～5m/s的場合。與氈圈油封相接觸的軸表面如經(jīng)過拋光且毛氈質(zhì)量高時(shí)，滑動(dòng)速度可達(dá)7～8m/s。圖14-32氈圈油封密封

2)唇形密封圈

在軸承蓋的孔內(nèi)，放置一個(gè)用耐油橡膠制的唇形密封圈，依靠橡膠的彈力和環(huán)形螺旋彈簧壓緊在密封圈的唇部，使唇部與軸密切接觸，以便起到密封作用。有的唇形密封圈還帶有一個(gè)金屬外殼，可與端蓋較精確地裝配。如果密封的目的主要是為了封油，密封唇應(yīng)朝內(nèi)(對(duì)著軸承)安裝；如果主要是為了防止外界雜質(zhì)的浸入，則密封唇應(yīng)朝外(背對(duì)著軸承)安裝，如圖14-33(a)所示；如果兩個(gè)作用都要有，最好放置兩個(gè)唇形密封圈且密封唇方向相反，如圖14-33(b)所示。這種密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于更換，密封可靠，可用于接觸面滑動(dòng)速度小于10m／s(軸頸是精車的)或小于15m／s(軸頸是磨光的)的油潤滑或脂潤滑處。圖14-33唇形密封圈密封

3)密封環(huán)

密封環(huán)是一種帶有缺口的環(huán)狀密封件。把它放置在套筒的環(huán)槽內(nèi)，套筒便與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，密封環(huán)靠缺口被壓攏后所具有的彈性而抵緊在靜止件的內(nèi)孔壁上，即可起到密封的作用，如圖14-34所示。各個(gè)接觸表面均需經(jīng)硬化處理并磨光。密封環(huán)用含鉻的耐磨鑄鐵制造，可用于滑動(dòng)速度小于100m／s之處。在滑動(dòng)速度為60～80m／s范圍內(nèi)，也可以用錫青銅制造密封環(huán)。圖14-34密封環(huán)密封

2.非接觸式密封

非接觸式密封形式?jīng)]有與軸接觸摩擦的情況，故多用于速度較高的軸承結(jié)構(gòu)中。常用的非接觸式密封有以下幾種。

1)隙縫式密封

非接觸式密封最簡單的結(jié)構(gòu)形式是在軸和軸承蓋的通孔壁之間留出半徑間隙約為0.1～0.3mm的隙縫，即隙縫式密封，如圖14-35所示。這對(duì)使用脂潤滑的軸承來說，已具有一定的密封效果。如果在軸承蓋的通孔內(nèi)車出環(huán)形槽(見圖14-35(b))，在槽中填以潤滑脂，可以提高密封效果。圖14-35隙縫式密封

2)甩油式密封

油潤滑時(shí)，可在軸上開出溝槽(見圖14-36(a))或裝上一個(gè)油環(huán)(見圖14-36(b))，借助于離心力將沿軸表面欲向外流失的油沿徑向甩掉，再經(jīng)過集結(jié)后流回油池；也可以在緊貼軸承處裝一甩油環(huán)，在軸上車有螺旋式送油槽(圖14-36(c))，借助于螺旋的輸送作用可有效地防止油外流，但這時(shí)軸必須只按一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。這種密封形式在停車后便失去密封效果，故常和其他形式的密封聯(lián)合使用。圖

14-36甩油密封

3)迷宮式密封

迷宮式密封是指由旋轉(zhuǎn)的軸和固定的密封件之間構(gòu)成的隙縫是曲折的。根據(jù)部件的結(jié)構(gòu)，迷宮的布置可以是徑向的(見圖14-37(a))，也可以是軸向的(見圖14-37(b))。采用軸向迷宮密封時(shí)，端蓋應(yīng)為剖分式。在隙縫中填入潤滑脂，可增加密封效果。當(dāng)軸因溫度變化而伸縮或采用調(diào)心軸承作支承時(shí)，都有使旋轉(zhuǎn)件與固定件相接觸的可能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。圖

14-37迷宮密封迷宮式密封用于脂潤滑和油潤滑時(shí)都有效。特別是當(dāng)環(huán)境比較臟和比較潮濕時(shí)，采用迷宮式密封是相當(dāng)可靠的。

在重要的機(jī)器中，為了獲得可靠的密封效果，常將多種密封形式合理地組合使用。例如迷宮式加氈圈式(見圖14-38(a))、迷宮式加隙縫式(見圖14-38(b))的組合等。圖

14-38組合密封

例14-1

如圖14-39所示，某軸軸頸直徑d＝35mm,轉(zhuǎn)速n=480r/min，兩支承上的徑向載荷Fr1＝1500N，F(xiàn)r2＝1000N，軸向外載荷FA＝600N。載荷有輕微振動(dòng)，軸承工作溫度

t＜100℃，要求軸承壽命Lh＝10000h。試選擇軸承型號(hào)。圖

14-39例14-1圖

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，但相對(duì)于徑向載荷較小，故選用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格較低的深溝球軸承。

2.求當(dāng)量動(dòng)載荷

由于軸承型號(hào)未定，C、C0、Fa/C0、e、X、Y等值都無法確定，必須試算。通常先試選軸承型號(hào)。

按d＝35mm試選深溝球軸承6307，查設(shè)計(jì)手冊，

C＝25800N，C0=17800N。

軸承1的徑向載荷比軸承2大，兩軸承用雙固定式結(jié)構(gòu)，軸向力FA全部由軸承1承受，即Fa1＝FA，故只計(jì)算軸承1的當(dāng)量動(dòng)載荷即可。

Fa1/C0＝600/17800＝0.0337，由表14-11可知介于0.028~0.056之間，對(duì)應(yīng)的e＝0.22~0.26。因Fa1/Fr1＝600/1500＝0.4＞e，則X＝0.56，Y介于1.99~1.77之間，由線性插值可得

載荷有輕微振動(dòng)，查表14-12，fP＝1.2。則

P1＝fP(XFr1＋YFa1)＝1.2×(0.56×1500＋1.933×600)＝2400N

3.求軸承應(yīng)具有的徑向額定動(dòng)載荷并選擇軸承型號(hào)軸承工作溫度t＜100℃，查表14-10，ft＝1。又ε＝3，則

它比所選軸承的徑向額定動(dòng)載荷(C＝25800N)小得多，顯然過于保守。故改選6207軸承重復(fù)上述計(jì)算。選6207型軸承，C＝19800N，C0＝13500N，F(xiàn)a1/C0＝600/13500＝0.044，同樣由表14-11可知介于0.028~0.056之間，對(duì)應(yīng)的e＝0.22~0.26