滾動軸承選擇與壽命校核計算

1、§9-1概述滾動軸承依靠其主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動或擺動零件，其相對運動表面間的摩擦是滾動摩擦。 圖9-1滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖9-1所示，它由下列零件組成：(1)帶有滾道的內(nèi)圈1和外圈2；(2)滾動體(球或滾子)3；(3)隔開并導(dǎo)引滾動體的保持架4。有些軸承可以少用一個套圈(內(nèi)圈或外圈)，或者內(nèi)、外兩個套圈都不用，滾動體直接沿滾道滾動。內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在軸承座中。通常內(nèi)圈隨軸回轉(zhuǎn)，外圈固定，但也有外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉(zhuǎn)的場合。常用的滾動體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子等幾種，如圖9-2所示。軸承內(nèi)、外圈上的滾

2、道，有限制滾動體側(cè)向位移的作用。圖9-2常用的滾動體與滑動軸承相比，滾動軸承的主要優(yōu)點為：1、摩擦力矩和發(fā)熱較小。在通常的速度范圍內(nèi)，摩擦力矩很少隨速度而改變。起動轉(zhuǎn)矩比滑動軸承要低得多(比后者小8090%)；2、維護比較方便，潤滑劑消耗較小；3、軸承單位寬度的承載能力較大；4、大大地減少有色金屬的消耗。滾動軸承的缺點是：徑向外廓尺寸比滑動軸承大；接觸應(yīng)力高，承受沖擊載荷能力較差，高速重負(fù)荷下壽命較低；小批生產(chǎn)特殊的滾動軸承時成本較高；減振能力比滑動軸承低。 §9-2滾動軸承的主要類型及其代號一、滾動軸承的主要類型、性能與特點按滾動體的形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承。按接觸角的

3、大小和所能承受載荷的方向，軸承可分為：1、向心軸承：公稱接觸角：0°45°，向心軸承又可細(xì)分為：A、徑向接觸軸承：0°，只能承受徑向載荷(如圓柱滾子軸承)，或主要用于承受徑向載荷，但也能承受少量的軸向載荷(如深溝球軸承)；B、向心角接觸軸承：0°<45°，能同時承受徑向載荷和單向的軸向載荷(如角接觸球軸承及圓錐滾子軸承)。2、推力軸承：公稱接觸角：45°<90°，推力軸承又可細(xì)分為：A、軸向接觸軸承：90°，只用于承受軸向載荷；B、推力角接觸軸承：45°<<90°主要承受

4、大的軸向載荷，也能承受不大的徑向載荷。按自動調(diào)心性能，軸承可分為自動調(diào)心軸承和非自動調(diào)心軸承。滾子軸承的類型很多，現(xiàn)將最常用的幾種滾動軸承的性能和特點作一簡要介紹，其他的見表9-1中。1、圓錐滾子軸承（圖93a）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、軸的剛性較好的場合。軸承類型結(jié)構(gòu)簡圖、承載方向類型代號尺寸系列代號組合代號特性雙列角接觸球軸承(0)(0)32333233同時能承受徑向載荷和雙向的軸向載荷、它比角接觸球軸承具有較大的承載能力，調(diào)心球軸承1(1)1(1)(0)222(0)323 122

5、21323主要承受徑向載荷，也可同時承受少量的雙向軸向載荷。外圈滾道為球面，具有自動調(diào)心性能。 內(nèi)外圈軸線相對偏斜允許 2°3°，適用于多支軸，彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承。調(diào)心滾子軸承222222221322233031324041213222223230231232240241用于承受徑向載荷，其承載能力比調(diào)心球軸承約大一倍，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°，適用于多支點軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承推力調(diào)心滾子軸承222929394292293294可以承受很大的軸向載荷

6、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，常用于水輪機軸和起重機轉(zhuǎn)盤等圓錐滾子軸承333333333302031320222329303132302303313320322323329330331332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。雙列深溝球軸承44(2)2(2)34243主要承受徑向載荷，也能承受一定的雙向軸向載荷它比深溝球軸承具有較大承載能力推力球軸承單向5555111213145115

7、12513514推力球軸承的套圈與滾動體多半是可分離的。單向推力球軸承只能承受單向軸向載荷，兩個圈的內(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)速較低的埸合。雙向555222324522523524雙向推力軸承可承受雙向軸向載荷，中間圈為緊圈，與軸配合，另兩圈為松圈。 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。深溝球軸承666616666617371819(0)0(1)0(0)2(0)3(0)461763761861916060626364主要承受徑向載荷，也可同時承受少量雙向軸向

8、載荷，工作時內(nèi)外圈軸線允許偏斜816。 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。但承受沖擊負(fù)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。角接觸球軸承777719(1)0(0)2(0)3(0)471970727374能同時承受徑向載荷與單向的軸向載荷，公稱接觸角有15°、25°、40°三種。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。推力圓柱滾子軸承881112811812能承受很大的單向軸向載荷，但不能承受徑向載荷，它比推力球軸承承載能力要大；套圈也分緊圈和松圈。

9、其極限轉(zhuǎn)速很低，故適用于低速重載的場合。圓柱滾子軸承外圈無擋力圓柱滾子軸承NNNNNN10(0)222(0)323(0)4N10N2N22N3N23N4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大，極限轉(zhuǎn)速較高。雙列圓柱滾子軸承NN30NN30對軸的偏斜敏感，允許外圈與內(nèi)圈的偏斜度較?。?4)，故只能用于剛性較大的軸上，并要求支承座孔很好地對中。雙列圓柱滾子軸承比單列軸承承受載荷的能力更高。滾針軸承NANANA484969NA48NA49NA69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，且徑向承受載荷能力很大，價格低廉。缺

10、點是不能承受軸向負(fù)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。四點接觸球軸承QJQJ(0)2(0)3QJ2QJ3它是雙半內(nèi)圈單列向心推力球軸承，能承受徑向載荷及任一方向的軸向載荷。球和滾道四點接觸，與其他球軸承比較，當(dāng)徑向游隙相同時軸向游隙較小。圖9-3a圓錐滾子軸承2、深溝球軸承（圖93b）圖9-3b深溝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816。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。3、推力球軸

11、承（圖93c、d）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。圖9-3c單向推力球軸承圖9-3d雙向推力球軸承4、圓柱滾子軸承（圖93e）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，極限轉(zhuǎn)速較高。圖9

12、-3e圓柱滾子軸承5、調(diào)心球軸承（圖93f）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°，適用于多支點軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承。圖9-3f調(diào)心球軸承6、滾針軸承（圖93g、h）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，價格低廉。缺點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。圖9-3g滾針軸承圖9-3h滾針6、推力調(diào)心滾子軸承（圖93i）可以承受很大的軸向載荷和一定的徑

13、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，常用于水輪機軸和起重機轉(zhuǎn)盤等。圖9-3i推力調(diào)心滾子軸承7、角接觸球軸承（圖93j）能同時承受徑向載荷與單向的軸向載荷，公稱接觸角有15°、25°、40°三種。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。圖9-3j角接觸球軸承二、滾動軸承的代號滾動軸承代號由基本代號、前置代號和后置代號組成，用字母和數(shù)字等表示。軸承代號的構(gòu)成見表9-2。表9-2滾動軸承代號的組成前置代號基本代號后置代號

14、成套軸承分部件五四三二一內(nèi)部結(jié)構(gòu) 密封與防塵套圈變型保持架及其材料軸承材料公差等級游隙配置其他類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號寬度或高度系列代號直徑系列代號注：、基本代號下面的一至五表示代號自右向左的位置序數(shù)； 、配置代號如：/DB表示兩軸承背對背安裝(圖9-8b)，/DF表示兩軸承面對面安裝(圖9-8a)。1、基本代號由軸承內(nèi)徑代號和組合代號組成(組合代號由軸承類型代號和尺寸系列代號組成)，用來表明軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列(或高度系列)和類型，一般用五位數(shù)字或數(shù)字和英文字母表示，現(xiàn)分述如下：(1)軸承內(nèi)徑用基本代號右起第一、二位數(shù)字表示，如表9-3。表9-3滾動軸承的內(nèi)徑代號內(nèi)徑尺寸/mm

15、代號表示舉例第二位第一位代號內(nèi)徑尺寸/mm1012151700123深溝球軸承62001020480(5的倍數(shù))*內(nèi)徑/5的商*調(diào)心滾子軸承232084022、28、32及500以上/內(nèi)徑*調(diào)心滾子軸承230/500深溝球軸承62/2250022注：1、*內(nèi)徑為22、28、32mm的除外；軸承內(nèi)徑小于10mm的軸承代號見軸承手冊。2、*公稱內(nèi)徑除以5的商數(shù)。商數(shù)為個位數(shù)時，需在商數(shù)左邊加"0"；3、*用公稱內(nèi)徑(mm)直接表示，但在與尺寸系列之間用"/"分開(2)軸承的直徑系列(即結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化系列)用基本代號右起第三位數(shù)

16、字表示，見表9-2。(3)軸承的寬度系列(即結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑和直徑系列都相同的軸承，在寬(或高)度方面的變化系列)用基本代號右起第四位數(shù)字表示。當(dāng)寬度系列為0系列(窄系列)時，或?qū)挾认盗袨?系列(正常系列)時，對多數(shù)軸承在代號中可不標(biāo)出寬度系列代號0(或1)，但對于調(diào)心滾子軸承(2類)，圓錐滾子軸承(3類)和推力球軸承(5類)，寬度系列(或高度系列)代號0或1應(yīng)標(biāo)出。直徑系列代號和寬度系列代號統(tǒng)稱為尺寸系列代號。見表9-4。表9-4軸承尺寸系列代號表示法直徑系列代號向心軸承推力軸承寬度系列代號高度系列代號窄0正常1寬2特寬3特寬4特寬5特寬6特低7低9正常1正常2超特輕7超輕8超輕9特輕0特輕1輕2

17、中3重40809000102030417181910111213282920212223243738393031323348494041425859505152686960616263707172737490919293941011121314222324(4)軸承類型代號用基本代號右起第五位數(shù)字表示(對圓柱滾子軸承和滾針軸承等類型代號用字母表示)，其表示方法見表9-1。2、前置代號用于表示軸承的分部件，用字母表示。如用L表示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。例如 LNU 207，K81107。3、后置代號是用字母和數(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

18、號的內(nèi)容很多，下面介紹幾個常用的代號。內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號是表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母緊跟著基本代號表示。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。軸承的公差等級分為2級、4級、5級、6級、6x級和0級，共6個級別，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(biāo)出。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(biāo)出，其余的游隙組

19、別在軸承代號中分別用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。實際應(yīng)用的滾動軸承類型是很多的，相應(yīng)的軸承代號也是比較復(fù)雜的。關(guān)于滾動軸承詳細(xì)的代號方法可查閱GB/T27293。§9-3滾動軸承的選擇由于滾動軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的外購件，因而，在機械設(shè)計中，設(shè)計滾動軸承部件時，只需：1、正確選擇出能滿足約束條件的滾動軸承，包括：合理選擇軸承和校核所選出的軸承是否能滿足強度、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟等方面的約束；2、進行滾動軸承部件的組合設(shè)計滾動軸承的選擇包括：合理選擇軸承的類型、尺寸系列、內(nèi)徑以及諸如公差等級、特殊結(jié)構(gòu)等。一、類型選擇選用滾動軸承時，首先是選擇滾動軸承的類型。選擇軸承的類型，應(yīng)考慮軸承

20、的工作條件、各類軸承的特點、價格等因素。和一般的零件設(shè)計一樣，軸承類型選擇的方案也不是唯一的，可以有多種選擇方案，選擇時，應(yīng)首先提出多種可行方案，經(jīng)深入分析比較后，再決定選用一種較優(yōu)的軸承類型。一般，選擇滾動軸承時應(yīng)考慮的問題主要有：1、軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)。這是選擇軸承類型的主要依據(jù)。(1)載荷的大小與性質(zhì)通常，由于球軸承主要元件間的接觸是點接觸，適合于中小載荷及載荷波動較小的場合工作；滾子軸承主要元件間的接觸是線接觸，宜用于承受較大的載荷；(2)載荷方向若軸承承受純軸向載荷，一般選用推力軸承；若所承受的純軸向載荷較小，可選用推力球軸承；若所承受的純軸向載荷較大，可選用推力滾子軸承

21、；若軸承承受純徑向載荷， 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的同時，還承受不大的軸向載荷時，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，當(dāng)軸向載荷較大時，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。2、軸承的轉(zhuǎn)速通常，轉(zhuǎn)速較高，載荷較小或要求旋轉(zhuǎn)精度較高時，宜選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低，載荷較大或有沖擊載荷時，宜選用滾子軸承。 推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低。工作轉(zhuǎn)速較高時，若軸向載荷不很大，可采用角接觸球軸承承受軸向載荷。3、軸承的調(diào)心性能當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或

22、因軸受力彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生偏斜。這時，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。對于支點跨距大、軸的彎曲變形大或多支點軸，也可考慮選用調(diào)心軸承。圓柱滾子軸承，滾針軸承以及圓錐滾子軸承對角度偏差敏感，宜用于軸承與座孔能保證同心、軸的剛度較高的地方。值得注意的是，各類軸承內(nèi)圈軸線相對外圈軸線的傾斜角度是有限制的，超過限制角度，會使軸承壽命降低。4、軸承的安裝和拆卸當(dāng)軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承(如圓柱滾子軸承，滾針軸承、圓錐滾子軸承等)。當(dāng)軸承在長軸上安裝時，為了便于裝拆，可以選用其內(nèi)圈孔為1:12的圓錐孔的軸承。5、

23、經(jīng)濟性要求一般，深溝球軸承價格最低，滾子軸承比球軸承價格高。軸承精度愈高，則價格愈高。選擇軸承時，必須詳細(xì)了解各類軸承的價格，在滿足使用要求的前提下，盡可能的降低成本。二、尺寸系列、內(nèi)徑等的選擇尺寸系列包括直徑系列和寬（高）度系列。選擇軸承的尺寸系列時，主要考慮軸承承受載荷的大小，此外，也要考慮結(jié)構(gòu)的要求。就直徑系列而言，載荷很小時，一般可以選擇超輕或特輕系列；載荷很大時，可考慮選擇重系列；一般情況下，可先選用輕系列或中系列，待校核后再根據(jù)具體情況進行調(diào)整。對于寬度系，一般情況下可選用正常系列，若結(jié)構(gòu)上有特殊要求時，可根據(jù)具體情況選用其它系列。 軸承內(nèi)徑的大小與軸頸直徑有關(guān)，一般可根據(jù)軸頸直徑

24、初步確定。公差等級，若無特殊要求，一般選用0級，若有特殊要求，可根據(jù)具體情況選用不同的公差等級。由于設(shè)計問題的復(fù)雜性，軸承的選擇不應(yīng)指望一次成功，必須在選擇、校核乃至結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程中，反復(fù)分析、比較和修改，才能選擇出符合設(shè)計要求的較好的§9-4滾動軸承的工作情況及設(shè)計約束所選出的軸承，是否能滿足設(shè)計約束，是不是最優(yōu)的選擇方案，還需要作進一步的檢驗(或稱校核)。為此，必須了解軸承工作時其有關(guān)元件所受的載荷和應(yīng)力的情況和應(yīng)滿足的設(shè)計約束。這是進行校核時應(yīng)首先考慮的問題。一、滾動軸承工作時軸承元件上的載荷分布圖9-4向心軸承中徑向載荷的分布外載荷作用于軸承上是通過滾動體由一個套圈傳遞給另

25、一個套圈的。滾動軸承的載荷分布（圖94）與各個滾動體在接觸處的彈性變形有關(guān)。如圖9-5所示，軸承承受載荷時，滾動體沿接觸角的方向傳力，其中，徑向分力與之間形成夾角(載荷角)。當(dāng)不超過某一定值時，只有部分滾道承受載荷，每個滾動體所承受載荷的大小，取決于接觸處的彈性變形。根據(jù)赫茲公式，得點接觸(例如各種球軸承)時的載荷分布為 線接觸(例如單列圓錐滾子軸承)時的載荷分布為圖9-5單列角接觸球軸承的載荷分布式中：為在位置處的滾動體載荷；為最大滾動體載荷；為在位置處的滾動體位移；為最大位移，如圖9-4所示。根據(jù)滾動體受力與外載荷平衡的條件，可求得到與徑向力及軸向力之間的關(guān)系。若所考察的軸承為半周承受載荷

26、，可求得點接觸時：線接觸時：式中：Z為全部滾動體數(shù)目。軸承方案。二、軸承工作時元件上載荷及應(yīng)力的變化對于工作時旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈上任一點a(圖9-4)，在承受載荷區(qū)內(nèi)，每次與滾動體接觸就受載荷一次，因此旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上a點的載荷及應(yīng)力是周期性變化的。如圖9-6a所示。對于固定的外圈，各點所受載荷隨位置不同而大小不同，對位于承受載荷區(qū)內(nèi)的任一點b(圖9-4)，當(dāng)每一個滾動體滾過便受載荷一次，而所受載荷的最大值是不變的，承受穩(wěn)定的脈動載荷。如圖9-6b所示。滾動體工作時，有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)，因而，其上任一點所受的載荷和應(yīng)力也是變化的，其變化規(guī)律與內(nèi)圈相似，只是變化頻率增加，如圖9-6c所示。綜上所述，滾動軸承各元件

27、上所受的應(yīng)力，都是按脈動循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。圖9-6滾動軸承各元件中應(yīng)力變化情況三、滾動軸承失效形式和設(shè)計約束滾動軸承常見的失效形式主要有：1、疲勞點蝕 實踐證明，有適當(dāng)?shù)臐櫥兔芊?，安裝和維護條件正常時，絕大多數(shù)軸承由于滾動體沿著套圈滾動，在相互接觸的物體表層內(nèi)產(chǎn)生變化的接觸應(yīng)力，經(jīng)過一定次數(shù)循環(huán)后，此應(yīng)力就導(dǎo)致表層下不深處形成的微觀裂縫。微觀裂縫被滲入其中的潤滑油擠裂而引起點蝕。2、塑性變形 在過大的靜載荷和沖擊載荷作用下，滾動體或套圈滾道上出現(xiàn)不均勻的塑性變形凹坑。這種情況多發(fā)生在轉(zhuǎn)速極低或擺動的軸承。3、磨粒磨損、粘著磨損 滾動軸承在密封不可靠以及多塵的運轉(zhuǎn)條件下工作時，易發(fā)生磨粒磨損

28、。通常在滾動體與套圈之間，特別是滾動體與保持架之間有滑動摩擦，如果潤滑不好，發(fā)熱嚴(yán)重時，可能使?jié)L動體回火，甚至產(chǎn)生膠合磨損。轉(zhuǎn)速越高、磨損越嚴(yán)重。另外由于不正常的安裝、拆卸及操作也會引起軸承元件破裂等損壞，這是應(yīng)該避免的。校核時需要滿足的設(shè)計約束主要是避免軸承失效，以保證軸承能在規(guī)定的期限內(nèi)正常工作。一般，軸承在不同工況下其主要失效形式不同。對于中速運轉(zhuǎn)的軸承，其主要失效形式是疲勞點蝕，設(shè)計約束是保證軸承具有足夠的疲勞壽命，應(yīng)按疲勞壽命進行校核計算；對于高速軸承，由于發(fā)熱大，常產(chǎn)生過度磨損和燒傷，設(shè)計約束除保證軸承具有足夠的疲勞壽命之外，還應(yīng)限制其轉(zhuǎn)速不超過極限值，即除進行壽命計算外，還要校核

29、其極限轉(zhuǎn)速；對于不轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速極低的軸承，其主要的失效形式是產(chǎn)生過大的塑性變形，設(shè)計約束是要防止產(chǎn)生過大的塑性變形，需要進行靜強度的校核計算。此外，軸承組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計要合理，要保證充分的潤滑和可靠的密封，這對提高軸承的壽命和保證正常工作是非常重要的。 §9-5滾動軸承的校核計算(一)滾動軸承疲勞壽命的校核計算一、基本額定壽命和基本額定動載荷所謂軸承壽命，對于單個滾動軸承來說，是指其中一個套圈或滾動體材料首次出現(xiàn)疲勞點蝕之前，一套圈相對于另一套圈所能運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。由于對同一批軸承(結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、熱處理以及加工等完全相同)，在完全相同的工作條件下進行壽命實驗，滾動軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散

30、的，所以只能用基本額定壽命作為選擇軸承的標(biāo)準(zhǔn)?；绢~定壽命：是指一批相同的軸承，在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中90%的軸承在發(fā)生疲勞點蝕以前能運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)(以轉(zhuǎn)為單位)或在一定轉(zhuǎn)速下所能運轉(zhuǎn)的總工作小時數(shù)。基本額定動載荷C：當(dāng)軸承的基本額定壽命為轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值。基本額定動載荷，對向心軸承，指的是純徑向載荷，并稱為徑向基本額定動載荷，用表示；對推力軸承，指的是純軸向載荷，并稱為軸向基本額定動載荷，用表示；對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，指的是使套圈間只產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。不同型號的軸承有不同的基本額定動載荷值，它表征了不同型號軸承承載能力的大小。二、滾動軸承疲勞壽命計算的基本公式圖

31、9-7軸承的載荷-壽命曲線圖9-7是軸承的載荷-壽命曲線，它表示了載荷P與基本額定壽命之間的關(guān)系。此曲線用公式表示為：(轉(zhuǎn)) (9-1)式中：P 為當(dāng)量動載荷(N)； 為壽命指數(shù)，對于球軸承 3；對于滾子軸承 10/3。實際計算時，常用小時數(shù)表示軸承壽命為：(h)(9-2)式中：n為代表軸承的轉(zhuǎn)速(r/min)。溫度的變化通常會對軸承元件材料產(chǎn)生影響，軸承硬度將要降低，承載能力下降。所以需引入溫度系數(shù) ft (見表9-5)，對壽命計算公式進行修正：(轉(zhuǎn))(9-3)(h)(9-4)表9-5溫度系數(shù) ft軸承工作溫度()120125150175200225250300350溫度系數(shù)ft1.000.

32、950.900.850.800.750.700.60.5疲勞壽命校核計算應(yīng)滿足的約束條件為'式中：' 為軸承預(yù)期計算壽命，列于表9-6，可供參考。如果當(dāng)量動載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，預(yù)期計算壽命' 也已被選定，則可從公式(9-5)中計算出軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷' 值，從而可根據(jù)' 值選用所需軸承的型號：(9-5)表9-6推薦的軸承預(yù)期計算壽命機器類型預(yù)期計算壽命 （h）不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備，如閘門開閉裝置等3003000短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動機械等30008000間斷使用的機械，中斷使用后果嚴(yán)重，如發(fā)動機輔助設(shè)計、流水作業(yè)

33、線自動傳送裝置、長降機、車間吊車、不常使用的機床等800012000每日8小時工作的機械（利用率較高），如一般的齒輪傳動、某些固定電動機等1200020000每日8小時工作的機械（利用率不高），如金屬切削機床、連續(xù)使用的起重機、木材加工機械、印刷機械等200003000024小時連續(xù)工作的機械，如礦山升降機、紡織機械、泵、電機等400006000024小時連續(xù)工作的機械，中斷使用后果嚴(yán)重。如纖維生產(chǎn)或造紙設(shè)備、發(fā)電站主電機、礦井水泵、船舶漿軸等100000200000三、滾動軸承的當(dāng)量動載荷滾動軸承的基本額定動載荷對于向心軸承，是指內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)、外圈靜止時的徑向載荷，對向心推力軸承，是使?jié)L道半圈受

34、載的載荷的徑向分量。對于推力軸承，基本額定動載荷是中心軸向載荷。因此，必須將工作中的實際載荷換算為與基本額定動載荷條件相同的當(dāng)量動載后才能進行計算。換算后的當(dāng)量動載荷是一個假想的載荷，用符號表示。在當(dāng)量動載荷作用下的軸承壽命與工作中的實際載荷作用下的壽命相等。在不變的徑向和軸向載荷作用下，當(dāng)量動載荷的計算公式是：(9-6a)式中：為軸承所受的徑向載荷(N)，即軸承實際載荷的徑向分量；為軸承所受的軸向載荷(N)，即軸承實際載荷的軸向分量；為徑向載荷系數(shù)，將實際徑向載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷的修正系數(shù)，見表9-7；為軸向載荷系數(shù)，將實際軸向載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷的修正系數(shù)，見表9-7。表9-7當(dāng)量動載荷的

35、X、Y系數(shù)軸 承 類 型相對軸向載荷判斷系數(shù)e名 稱代 號XYXY雙列角接觸球軸承0000010.780.631.240.8調(diào)心球軸承100001(Y1)0.65(Y2)(e)調(diào)心滾子軸承200001(Y1)0.67(Y2)(e)推力調(diào)心滾子軸承2900011.211.2圓錐滾子軸承30000100.4(Y)(e)雙列圓錐滾子軸承3500001 (Y1)0.67 (Y2) (e)深溝球軸承600000.1720.3450.6891.0301.3802.0703.4505.1706.890100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.000.190.220.26

36、0.280.300.340.380.420.44角 接 觸球 軸承70000C=15°0.0150.0290.0580.0870.1200.1700.2900.4400.580100.441.471.401.301.231.191.121.021.001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.5670000AC =25°100.410.870.6870000B =40°100.350.571.14 注：1） f 與軸承零件的幾何尺寸、制造精度及材料性質(zhì)相關(guān)的系數(shù) 2）C0是軸承基本額定靜載荷；是接觸角。 3）表中括號內(nèi)的

37、系數(shù)Y、Y1、Y2 和 e 的詳值應(yīng)查軸承手冊，對不同型號的軸承，有不同的值。 4）深溝球軸承的X、Y 值僅適用于0組游隙的軸承，對應(yīng)其它軸承組的X、Y 值可查軸承手冊。 5）對于深溝球軸承，先根據(jù)算得的相對軸向載荷的值查出對應(yīng)的 e 值，然后再得出相應(yīng)的X、Y 值。 對于表中為列出的Fa/C0值，可按線性插值法求出相應(yīng)的 e、X、Y 值。 6）兩套相同的角接觸球軸承可在同一支點上“背對背”、“面對面”或“串聯(lián)”安裝作為一個整體使用， 這種軸承可由生產(chǎn)廠選配組合成套提供，其基本額定動載荷及X、Y 系數(shù)可查軸承手冊。對于只能承受純徑向載荷的向心圓柱滾子軸承、滾針軸承、螺旋滾子軸承：(9-6b)對

38、于只能承受純軸向載荷的推力軸承：(9-6c)根據(jù)軸承的實際工作情況，還需引入載荷系數(shù)(表9-8)對其進行修正，修正后的當(dāng)量動載荷應(yīng)按下面的公式進行計算：()(9-7a) (9-7b) (9-7c)表9-8載荷系數(shù) f p 載荷性質(zhì)f p舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機、汽輪機、通風(fēng)機、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等強大沖擊1.83.0破碎機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等在表9-7中，e為軸向載荷影響系數(shù)或稱判別系數(shù)：當(dāng)時，表示軸向載荷的影響較大，計算當(dāng)量動載荷時必須考慮的作用，此時：()當(dāng)時，表示軸向載荷的影響較小，計算當(dāng)

39、量動載荷時可忽略，此時：注意：1、在式9-7中，是軸承所受的徑向載荷，通常為軸承水平面徑向支反力與垂直面徑向支反力的矢量和；2、對于深溝球軸承，其軸向載荷由外界作用在軸上的軸向力決定，所指向的軸承，其所承受的軸向力為外界作用在軸上的軸向力()，另一軸承所承受的軸向力為零；對于角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，其軸向力由外界的總軸向作用力與各軸承因徑向載荷產(chǎn)生的派生軸向力S之間的平衡條件得出四、角接觸球軸承與圓錐滾子軸承的軸向載荷的計算。角接觸球軸承和圓錐滾子軸承承受純徑向載荷時，要產(chǎn)生派生的軸向力，圖9-7所示為兩種不同安裝方式時，由純徑向載荷產(chǎn)生派生軸向力的情況。其中：a)為正裝(或稱為"

40、;面對面"安裝，這種安裝方式可以使支點中心靠近)(圖9-8a)；b)為反裝(或稱"背靠背"安裝，支點中心距離加長)(圖9-8b)。安裝方式不同時，所產(chǎn)生的派生軸向力的方向也不同，但其方向總是由軸承寬度中點指向載荷中心的。(a)正裝(b)反裝圖9-8角接觸球軸承軸向載荷分析角接觸球軸承及圓錐滾子軸承的派生軸向力的大小按表9-9計算。但計算支反力時，若兩軸承支點間的距離不是很小，為簡便起見，可以軸承寬度中點作為支反力的作用點，這樣處理，誤差不大。表9-9約有半數(shù)滾動體接觸時派生軸向力S 的計算公式圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(a =15°)70000

41、AC(a =25°)70000B(a =40°)S=Fr/(2Y)S=0.5FrS=0.7FrS=1.1Fr注： Y 是對應(yīng)于表9-7中Fa/Fr>e時的Y 值。圖9-9所示為一成對安裝的向心角接觸軸承(可以是角接觸球軸承或圓錐滾子軸承)，及分別為作用于軸上的徑向外載荷及軸向外載荷。兩軸承所受的徑向載荷為及，相應(yīng)的派生軸向力為及。圖9-9向心角接觸軸承的軸向載荷取軸和軸承內(nèi)圈為分離體，當(dāng)軸處于平衡狀態(tài)時，應(yīng)滿足：+=如果+>，如圖9-10所示，則軸有右移的趨勢，此時右邊軸承被"壓緊"，左邊軸承被"放松"。但實際上軸并沒有移

42、動。因此，根據(jù)力的平衡關(guān)系，作用在軸承的外圈上的力應(yīng)是'，且有：+='故' +圖9-10軸向力示意圖(S1+FA>S2時)作用在軸承上的總的軸向力為：' +(9-8a)作用在軸承上的軸向力為(即軸承1只受其自身的派生軸向力)：=(9-8b)如果+<(見圖9-11)。此時軸有左移的趨勢，軸承被"壓緊"，軸承被"放松"，為了保持軸的平衡，在軸承的外圈上必有一個平衡力' 作用，作與上述同樣的分析，得作用在軸承及軸承上的軸向力分別為：圖9-11軸向力示意圖(S1+FA<S2時)(9-9a)(9-9b)綜上

43、可知，計算角接觸球軸承和圓錐滾子軸承所受軸向力的方法可歸結(jié)為：(1) 根據(jù)軸承的安裝方式及軸承類型，確定軸承派生軸向力、的方向、大??；(2) 確定軸上的軸向外載荷的方向、大小(即所有外部軸向載荷的代數(shù)和)；(3) 判明軸上全部軸向載荷(包括外載荷和軸承的派生軸向載荷)的合力指向；根據(jù)軸承的安裝形式，找出被"壓緊"的軸承及被"放松"的軸承；(4) 被"壓緊"軸承的軸向載荷等于除本身派生軸向載荷以外的其它所有軸向載荷的代數(shù)和(即另一個軸承的派生軸向載荷與外載荷的代數(shù)和)；(5) 被"放松"軸承的軸向載荷等于軸承自身的派

44、生軸向載荷。(二)極限轉(zhuǎn)速校核滾動軸承轉(zhuǎn)速過高，會使摩擦表面間產(chǎn)生很高的溫度，影響潤滑劑的性能，破壞油膜，從而導(dǎo)致滾動體回火或元件膠合失效。因此，對于高速滾動軸承，除應(yīng)滿足疲勞壽命約束外，還應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速的約束，其約束條件為式中：為滾動軸承的最大工作轉(zhuǎn)速；為滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速。滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速值已列入軸承樣本中，在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和手冊可以查到。但這個轉(zhuǎn)速是指負(fù)荷不太大（P0.1C，C為基本額定動載荷），冷卻條件正常，且軸承公差等級為0級時的最大允許轉(zhuǎn)速。當(dāng)軸承在重負(fù)荷(P>0.1C)下工作時，接觸應(yīng)力將增大；向心軸承受軸向力作用時，將使受載滾動體增加，增大軸承接觸表面間的摩擦，使?jié)櫥瑧B(tài)變壞。這時

45、，要用負(fù)荷系數(shù) f1 和負(fù)荷分布系數(shù) f2 對手冊中的極限轉(zhuǎn)速值進行修正。這樣，滾動軸承極限轉(zhuǎn)速的約束條件為： f1f2式中：f1、f2的值可從圖9-12中查得。(a)載荷系數(shù)(b)載荷分配系數(shù)圖9-12載荷系數(shù)和載荷分配系數(shù)(三)靜強度校核由于不轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速極低的軸承，其主要的失效形式是產(chǎn)生過大的塑性變形，因此，靜強度的校核的目的是要防止軸承元件產(chǎn)生過大的塑性變形。其約束強度條件為或式中：S0為軸承靜強度安全系數(shù)，其值見表9-10；為徑向額定靜載荷。它是在最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與下列計算接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)膹较蜢o載荷：對調(diào)心球軸承為4600MPa；對所有其它的向心球軸承為4200MPa

46、；對所有向心滾子軸承為4000MPa。對單列角接觸球軸承，其徑向額定靜載荷是指使軸承套圈間僅產(chǎn)生相對純徑向位移的載荷的徑向分量。為軸向額定靜載荷。它是在最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與下列計算接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)闹行妮S向靜載荷：對推力球軸承為4200MPa；對所有推力滾子軸承為4000MPa。為徑向當(dāng)量靜載荷。它是指最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與實際載荷條件下相同接觸應(yīng)力的徑向靜載荷。為軸向當(dāng)量靜載荷。它是指最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與實際載荷條件下相同接觸應(yīng)力的軸向靜載荷。、 可從有關(guān)設(shè)計手冊中查到。、可分別按下面的公式進行計算。(1)對深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心球軸承

47、：(取上兩式計算值較大者)(2)向心球軸承和0°的向心滾子軸承：0°；(取上兩式計算值較大者)a0°(且僅承受徑向載荷的向心滾子軸承)；(3)a90°的推力軸承：(4)90°的推力軸承：2.3tga對于雙向軸承，此公式適用于徑向載荷與軸向載荷之比為任意值的情況。對于單向軸承，當(dāng)/0.44ctga時，該公式是可靠的。當(dāng)/大至0.67ctga時，該公式仍可給出滿意的值。式中：和分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值見表9-11。為軸承徑向載荷即軸承實際載荷的徑向分量(N)；為軸承軸向載荷即軸承實際載荷的軸向分量(N)；a 為接觸角。表9

48、-10靜載荷安全系數(shù)軸承使用性況使用要求、負(fù)荷性質(zhì)及使用場合旋轉(zhuǎn)軸承對旋轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要求較高，或受強大沖擊負(fù)荷一般情況對旋轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要求較低，沒有沖擊或振動1.22.50.81.20.50.8在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或擺動軸承水壩門裝置吊橋附加動載荷較小的大型起重機吊鉤附加動載荷很大的小型裝卸起重機吊鉤1.01.51.01.6各種使用場合下的推力調(diào)心滾子軸承2表9-11系數(shù)和的值軸承類型單列向心球軸承雙列向心球軸承0°的向心滾子軸承深溝球軸承0.60.50.60.50.510.22ctga0.44ctga角接觸球軸承a(°)152025303540450.50.50.5

49、0.50.50.50.50.460.420.380.330.290.260.2211111110.920.840.760.660.580.520.44圓錐滾子軸承0.50.22ctga10.44ctga調(diào)心球軸承(0°)0.50.22ctga10.44ctga注：對于兩套相同的單列深溝球軸承以"背對背"或“面對面”安裝(成對安裝)在同一軸上作為一個支承整體運轉(zhuǎn)情況下，計算其徑向當(dāng)量靜載荷時用雙列軸承的和值，以和為作用在該支承上的總載荷。對于中間接觸的值，用線性內(nèi)插法求得。例題例9-1 如下圖所示，軸上正裝一對圓錐滾子軸承，型號為30305，已知兩軸承的徑向載荷分別為R1=2500N，R2=5000N，外加軸向力FA=2000N，該軸承在常溫下工作，預(yù)期工作壽命為 ' =2000小時，載荷系數(shù)fp=1.5，轉(zhuǎn)速n=1000 r/min。試校核該對軸承是否滿足壽命要求。軸承部件受載示意圖解：在本例中，軸承的徑向載荷Fr用R 表示，軸向載荷Fa用A 表示。查軸承手冊得30305型軸承基本額定動載荷Cr=44800N，e=0.30，Y = 2。1、計算兩軸承的派生軸向力S由表9-9查得，圓錐滾子軸承的派生軸向力為S=R/(2Y)，則 ，方向向右，方向向左2、計算兩軸承的軸向載荷A1、A2S2+FA=1250+2000