第16章 滾動(dòng)軸承

基本要求第16章滾動(dòng)軸承1.了解滾動(dòng)軸承的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和類型。2.了解滾動(dòng)軸承的代號(hào)規(guī)定，能識(shí)別一般代號(hào)。3.了解滾動(dòng)軸承的失效形式，能根據(jù)失效作出正確分析。4.能根據(jù)使用要求正確選用滾動(dòng)軸承。5.工作能力計(jì)算。6.能根據(jù)使用要求正確的作出滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)（滾動(dòng)軸承裝置的設(shè)計(jì)：安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等）。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，無(wú)需設(shè)計(jì)，而是如何選用。重點(diǎn)：軸承的代號(hào)及壽命計(jì)算、滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算。概述一.滾動(dòng)軸承的構(gòu)造與材料構(gòu)成：內(nèi)圈+外圈+滾動(dòng)體+保持架保持架外圈內(nèi)圈滾動(dòng)體保持架保持架：將滾動(dòng)體均勻隔開。一般用低碳鋼板沖壓制成，高速時(shí)多采用有色金屬（銅合金）或工程塑料等整體式保持架。內(nèi)外圈和滾動(dòng)體：采用軸承鋼（如GCr15）制造，并經(jīng)淬火處理和精磨、拋光。具有高硬度（HRC61～65）、高接觸疲勞強(qiáng)度，良好的耐磨性和沖擊韌性。材料：二.滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)1.摩阻小、效率高，起動(dòng)靈敏；2.運(yùn)轉(zhuǎn)精度高（可通過預(yù)緊消除間隙）；3.軸向尺寸較?。?.組合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于使用維護(hù)；5.潤(rùn)滑方便，易互換，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；6.抗沖擊能力較差；7.振動(dòng)及噪音較大；8.高速重載下壽命較低；9.徑向尺寸較大。三.應(yīng)用范圍一般尺寸、中速、中載的一般工作條件下和運(yùn)動(dòng)機(jī)械中?！?6-1滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn)一.滾動(dòng)軸承的主要類型：1.按滾動(dòng)體分：球軸承－滾子軸承－圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、滾針2.按承載方向分：向心軸承、推力軸承3.按軸承可否調(diào)心：調(diào)心軸承、非調(diào)心軸承承載不如滾子軸承，但價(jià)格相對(duì)便宜(α－滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角。α↑→軸向承載能力↑)1.承載能力

：二.幾點(diǎn)說(shuō)明：考慮載荷大小滾子軸承－線接觸，可承受較大載荷球軸承－點(diǎn)接觸，承受較小或中等載荷考慮載荷方向角接觸向心軸承（0°＜α＜45°）－以承受徑向載荷為主角接觸推力軸承（45°＜α＜90°）－以承受軸向載荷為主軸向接觸推力軸承（α＝90°）－只能承受軸向載荷徑向接觸向心軸承（α＝0°）－滾子軸承－只能承受徑向載荷；球軸承－主要承受徑向載荷，還能承受一定量的雙向軸向載荷。向心軸承：主要承受徑向載荷Fr推力軸承：只能承受軸向載荷Fa

向心推力軸承：Fr+Fa

深溝球軸承（6）推力球軸承（5）

角接觸球軸承（7）圓錐滾子軸承（3）圓柱滾子軸承（N）調(diào)心球軸承（1）2.極限轉(zhuǎn)速：在一定的載荷和潤(rùn)滑條件下，軸承允許的最高轉(zhuǎn)速。

在同等精度下，點(diǎn)接觸軸承的摩擦阻力較線接觸軸承小，因而球軸承的極限轉(zhuǎn)速比滾子軸承高一些。3.角偏差（調(diào)心性能）：

在同等精度下，點(diǎn)接觸的軸承較線接觸的軸承的調(diào)心性能好。

由于制造、安裝或軸的變形，引起軸承內(nèi)外圈軸線發(fā)生相對(duì)傾斜，其傾斜角稱角偏差。提高極限轉(zhuǎn)速的措施：↑精度、↑間隙、改善潤(rùn)滑和冷卻條件、采用青銅保持架

滾動(dòng)軸承的尺寸選擇★軸承內(nèi)徑與軸頸直徑相等★直徑系列載荷很小特輕系列一般情況輕或中系列校核計(jì)算選擇軸承類型★寬度系列一般選正常系列代號(hào)012寬度窄正常寬代號(hào)0、1234直徑特輕輕中重載荷很大重系列§16-2滾動(dòng)軸承的代號(hào)

滾動(dòng)軸承類型繁多，各類型中又有不同結(jié)構(gòu)、尺寸和精度等，為便于組織生產(chǎn)及選用，國(guó)標(biāo)對(duì)滾動(dòng)軸承的代號(hào)作了具體規(guī)定?；敬?hào)前置代號(hào)后置代號(hào)（□或加×）╳╳╳╳╳內(nèi)徑尺寸系列代號(hào)=內(nèi)徑/5(20～495mm)d<20mm時(shí)：0001020310121517尺寸系列代號(hào)直徑系列代號(hào)寬(高)度系列代號(hào)□類型代號(hào)其它代號(hào)游隙代號(hào)特殊軸承材料代號(hào)密封與防塵結(jié)構(gòu)代號(hào)保持架及其材料代號(hào)公差等級(jí)代號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)□軸承分部件代號(hào)注：□－字母；×－數(shù)字。直徑系列變化：基本代號(hào)注：2、3類軸承寬度系列代號(hào)為0時(shí)，不省略。有時(shí)寬度代號(hào)為1、2時(shí)也被省略。前置代號(hào)

用于表示軸承的分部件，用字母表示。代號(hào)7890123456寬度系列－－特窄－－窄正常寬特寬直徑系列超特輕超輕特輕輕中重－－－－－表16－4尺寸系列代號(hào)

軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)N207E加強(qiáng)型E32310B接觸角α加大B圓錐滾子軸承7210B7210AC7005Cα=40°α=25°α=15°BACC角接觸球軸承實(shí)例含義代號(hào)軸承類型后置代號(hào)/P2/P4/P5/P6/P6x省略代號(hào)6206/P26206/P46206/P56206/P630321/P6x6206示例2級(jí)4級(jí)5級(jí)6級(jí)6x級(jí)0級(jí)公差等級(jí)公差等級(jí)代號(hào)（等級(jí)：低高）（0級(jí)－普通級(jí)；6x級(jí)－僅用于3類軸承）游隙代號(hào)：C1、C2、C0、C3、C4、C5（徑向游隙量↑）。

C0為基本組游隙，優(yōu)先采用，但不標(biāo)出。72206C/P52軸承內(nèi)徑d=6×5＝30mm直徑系列代號(hào)，2（輕）系列寬度系列代號(hào)，2（寬）系列類型代號(hào)

角接觸球軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)α＝15°

公差等級(jí)代號(hào)5級(jí)游隙代號(hào)第2組游隙C2（游隙與公差同時(shí)表示時(shí)，符號(hào)C省略）6308軸承內(nèi)徑d=8×5＝40mm直徑系列代號(hào)，3（中）系列寬度系列代號(hào)，0（窄）系列，省略類型代號(hào)

深溝球軸承

公差等級(jí)代號(hào)，0級(jí)，省略

游隙代號(hào)基本組游隙C0，省略§16-3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算一.失效形式：假設(shè)內(nèi)外圈不變形，則內(nèi)圈沿Fr方向下移一距離δ。載荷軸向力由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)受載滾動(dòng)體的數(shù)目游隙彈性變形量影響受最大徑向載荷的滾動(dòng)體承載為：徑向載荷一般承載區(qū)≤180上半圈滾動(dòng)體不承載，下半圈滾動(dòng)體承受不同的載荷。（z－滾動(dòng)體數(shù)目）失效形式1.疲勞破壞（點(diǎn)蝕）滾動(dòng)體與滾道接觸表面受變應(yīng)力所致。

是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。2.永久變形轉(zhuǎn)速很低或間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，承受很大靜載荷或沖擊載荷，造成滾道凹坑，引起劇烈振動(dòng)、噪聲。潤(rùn)滑、密封不良和維護(hù)、保養(yǎng)不當(dāng)可引起不正常失效：

磨損；膠合；內(nèi)外圈或保持架破損。二.軸承的壽命：套圈－軸承內(nèi)圈或外圈以及內(nèi)外圈的總稱?？煽慷萊－一組相同軸承能達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率。

軸承的一個(gè)套圈或滾動(dòng)體的材料出現(xiàn)第一個(gè)疲勞擴(kuò)展跡象前，一個(gè)套圈相對(duì)另一個(gè)套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)稱為軸承的壽命?！锘绢~定壽命：

一組同一型號(hào)軸承在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，可靠度R＝90%時(shí)，能達(dá)到或超過的壽命。（即10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，90%的軸承未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前能達(dá)到或超過的壽命。）

記為：Ｌ（106r）或Ｌh（h）。基本額定動(dòng)載荷：額定壽命為106轉(zhuǎn)時(shí)軸承所能承受的載荷。

常用字母C（Cr、Ca）表示。注意：對(duì)向心軸承，Cr－徑向基本額定動(dòng)載荷；對(duì)推力軸承，Ca－軸向基本額定動(dòng)載荷。二.軸承壽命：式中：Ｐ－當(dāng)量動(dòng)載荷；

ε－壽命指數(shù)。球軸承ε＝3；滾子軸承ε＝10/3。

ｎ－軸承轉(zhuǎn)速，r/min。考慮到：t＞100℃時(shí)，Ｃ↓，引入溫度系數(shù)ft（見表16－8）；沖擊、振動(dòng)時(shí)，Lh↓，引入載荷系數(shù)fP（見表16－9）。預(yù)期壽命：設(shè)計(jì)時(shí)給定的目標(biāo)壽命。各類機(jī)械中軸承的預(yù)期壽命參考P279表16－10?；蛉?滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算基本額定動(dòng)載荷C向心軸承Cr純徑向載荷純軸向載荷推力軸承Ca1.校核軸承壽命已知軸承型號(hào)(即C)外載軸承壽命預(yù)期壽命？？2.選擇軸承型號(hào)（即選C）已知外載預(yù)期壽命所選軸承的滿足預(yù)期壽命時(shí)軸承的滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算公式的應(yīng)用轉(zhuǎn)化當(dāng)量動(dòng)載荷Ｐ在該載荷作用下，軸承的壽命與實(shí)際復(fù)合載荷作用相同。Fa，對(duì)只承受軸向載荷的推力軸承；徑向動(dòng)載荷系數(shù)，P280表16-11軸向動(dòng)載荷系數(shù)，P280表16-111）對(duì)α＝0°的向心軸承，Y≡0；對(duì)α＝90°的推力軸承，X≡0。2）由表16-11可知，對(duì)于單列軸承，

當(dāng)Fa/Fr≤ｅ時(shí)，X≡1、Y≡0，P≡Fr。這說(shuō)明只要軸向力沒有大到一定程度，壽命計(jì)算時(shí)就可以不考慮軸向力的影響。說(shuō)明Fr，對(duì)只承受徑向載荷的向心軸承；對(duì)同時(shí)承受Fr、Fa復(fù)合載荷的向心軸承。實(shí)際工作中，軸承同時(shí)受Fr、Fa的作用三.當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算：四.角接觸向心軸承軸向載荷Fa的計(jì)算：

對(duì)于角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，在Fr的作用下，由于存在α，

法向力Fi可分解為徑向分力Fri和軸向分力Fsi。

各滾動(dòng)體所受軸向分力之和即為軸承的內(nèi)部（派生）軸向力Fs。Fs有使內(nèi)圈和滾動(dòng)體連同軸頸與外圈分離的趨勢(shì)。

由于內(nèi)部軸向力Fs欲使軸發(fā)生竄動(dòng)，應(yīng)平衡之，故7類和3類軸承通常成對(duì)使用，對(duì)稱安裝。Fs的方向始終由軸承的小口指向大口。正裝－兩外圈窄邊相對(duì)安裝。反裝－兩外圈寬邊相對(duì)安裝。1）徑向力Fr：作用點(diǎn)：大小：2）內(nèi)部軸向力Fs：70000C70000AC70000B30000Fs=eFr

Fs=0.68Fr

Fs=1.14FrFs=Fr/(2Y)

計(jì)算7類、3類軸承的軸向載荷時(shí)要同時(shí)考慮由軸承徑向載荷引起的內(nèi)部軸向力和作用于軸上的其它軸向力的合力。3）軸向載荷Fa的計(jì)算：大小：作用點(diǎn)：方向：Fr2Fr1Fs1Fs2Fr2Fs2Fr1Fs1支反力作用點(diǎn)（壓力中心）位置：精確計(jì)算時(shí)查手冊(cè)，近似計(jì)算時(shí)可取為軸承寬度中點(diǎn)。1）若FA+Fs2＞Fs1取軸和內(nèi)圈為分離體。以正裝為例。２１FAFs2Fs1V壓緊放松2）若FA+Fs2＜Fs1２１FAFs2Fs1V壓緊放松1.

“放松端”軸承的軸向載荷＝其本身內(nèi)部軸向力；2.“壓緊端”軸承的軸向載荷＝除本身內(nèi)部軸向力外，軸上其余軸向力的代數(shù)和。結(jié)論W2W1∴

Fa1＝Fs1＋W1＝FA+Fs2，F(xiàn)a2＝Fs2則FA+Fs2＝Fs1＋W1

W1＝FA+Fs2－Fs1則FA+Fs2＋W2＝Fs1

W2＝Fs1－FA－Fs2∴

Fa1＝Fs1，F(xiàn)a2＝Fs2＋W2

＝Fs1－FA計(jì)算軸承壽命的方法歸納：2）標(biāo)明各個(gè)軸向力（內(nèi)部、外部）的方向。3）根據(jù)合力，判斷軸承“放松端”和“壓緊端”。4）放松端軸承的軸向力Fa=自身的內(nèi)部軸向力；壓緊端軸承的軸向力Fa=除去自身的內(nèi)部軸向力外，其余軸向力的代數(shù)和。>1）計(jì)算徑向力、內(nèi)部軸向力；五.滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算（n≤10r/min時(shí)）

基本額定靜載荷C0：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)到一定值的載荷。

當(dāng)量靜載荷：靜強(qiáng)度安全系數(shù)

靜強(qiáng)度計(jì)算：

某深溝球軸承的預(yù)期壽命為8000小時(shí)，試計(jì)算下列三種情況下的壽命各為多少？(ε＝3)(1)當(dāng)它承受的當(dāng)量動(dòng)載荷增加一倍時(shí)；(2)當(dāng)它的轉(zhuǎn)速提高一倍時(shí)；(3)當(dāng)它的基本額定動(dòng)載荷Cr增加一倍時(shí)。例題分析2.圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個(gè)圓錐滾子軸承30205，軸上徑向載荷FR=3000N,軸向載荷FA=500N,求軸承的軸向載荷。Fr1505012FR

FA1.計(jì)算徑向力

2.計(jì)算內(nèi)部軸向力Fs查手冊(cè)Y=1.6，由表16-133.計(jì)算軸向載荷軸承1放松：Fa1=Fs1=468.75N軸承2壓緊：Fa2=FA+Fs1=968.75N解：Fr2Fs1Fs2Fr1=Fr2=

FR/2＝1500NFr1Fr2FA21§16-4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封一.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑：潤(rùn)滑的目的—減摩(磨)、降溫、防銹、吸振。當(dāng)采用潤(rùn)滑脂時(shí)，還有密封作用。2.潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑。根據(jù)速度因數(shù)d·n值選取。當(dāng)d·n＜（1.5～2）105

mm·r/min時(shí)，采用脂潤(rùn)滑，超過此范圍宜采用油潤(rùn)滑。3.潤(rùn)滑方法：

浸油潤(rùn)滑滴油潤(rùn)滑飛濺潤(rùn)滑高速時(shí)噴油、噴霧潤(rùn)滑二.滾動(dòng)軸承的密封：1.密封的目的—防塵、阻止?jié)櫥瑒┝魇А?.密封方式：接觸式密封

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠，但適應(yīng)的轉(zhuǎn)速不大，通常軸頸的表面粗糙度值要求較小。毛氈圈密封－脂潤(rùn)滑，v45m/s，t≤90℃

（唇形）密封圈密封－脂或油潤(rùn)滑，v7m/s，t＝－40～100℃非接觸式密封無(wú)磨損，適應(yīng)的轉(zhuǎn)速可以很大，對(duì)軸頸的加工精度要求也低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些結(jié)構(gòu)要求剖分結(jié)構(gòu)，應(yīng)用不如接觸密封廣泛。間隙密封－脂潤(rùn)滑，間隙0.1～0.3mm迷宮式密封－脂或油潤(rùn)滑，效果可靠。有徑向、軸向兩種。組合密封如毛氈＋迷宮密封，效果很可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜?！?6-5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

除正確選擇軸承類型和型號(hào)外，還必須合理設(shè)計(jì)軸承的組合結(jié)構(gòu)，才能保證軸承和軸系的正常工作。軸承的組合設(shè)計(jì)主要包括：安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等。1.軸向固定2.周向固定：采用配合

軸承的固定形式滾動(dòng)軸承與軸頸和座孔的配合

滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，其內(nèi)孔與外徑配合不必標(biāo)注公差。內(nèi)圈與軸頸的配合是基孔制，外圈與座孔為基軸制。

圓柱公差中基準(zhǔn)孔的公差帶在零線之上，而軸承內(nèi)圈孔的公差帶在零線之下，所以軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基孔制同類配合要緊的多。

軸承外圈與外殼孔的配合與圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基軸制同類配合相比，配合性質(zhì)基本一致，但由于軸承外徑的公差值較小，因而配合也較緊。1）載荷的類型：擺動(dòng)載荷、定向載荷

滾動(dòng)軸承回轉(zhuǎn)套圈一般受旋轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)選緊配合，不回轉(zhuǎn)套圈受局部載荷應(yīng)選較松的配合。

當(dāng)軸承受擺動(dòng)載荷時(shí)，內(nèi)外圈均應(yīng)選較緊配合。具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

承受擺動(dòng)載荷時(shí)，特別是承受重載時(shí)，內(nèi)外圈均應(yīng)選過盈配合

承受回轉(zhuǎn)載荷的內(nèi)圈與軸應(yīng)選過渡配合，承受局部載荷的外圈一般選用較松配合重載宜緊、輕載宜松

軸承回轉(zhuǎn)時(shí)，套圈的溫度通常比相鄰零件的溫度高，應(yīng)考慮熱膨脹作用，低溫宜緊、高溫宜松

軸承旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求較高時(shí)，盡量避免采用間隙配合

如果軸或軸承箱表面形狀不規(guī)則，將導(dǎo)致軸承內(nèi)外圈的不正常變形。對(duì)開式軸承箱與軸承外圈的配合不宜采用過盈配合。當(dāng)軸承安裝于薄壁、輕合金軸承箱或空心軸上時(shí)，應(yīng)選較緊一些的配合

為了有利于裝拆，特別對(duì)于重型機(jī)械，為了縮短換軸承中停時(shí)間，常采用間隙配合，當(dāng)根據(jù)其他條件決定需用過盈配合時(shí)，可采用可分離型軸承和帶緊定套等特殊結(jié)構(gòu)的軸承

要求軸承套圈能在軸上有一定的游動(dòng)量時(shí)，通常承受固定載荷的套圈以間隙配合安裝。如果內(nèi)外圈為無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承作為游動(dòng)端時(shí)，內(nèi)外圈均可采用過盈配合2）載荷大??；3）工作溫度；4）旋轉(zhuǎn)精度；5）結(jié)構(gòu)要素；6）裝拆方便；7）軸向位移。1.兩端固定兩個(gè)軸承各限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)，合起來(lái)就限制了軸的雙向移動(dòng)。

適用于工作溫度變化不大的短軸，考慮到軸受熱伸長(zhǎng)，在軸承蓋與外圈端面間應(yīng)留出熱補(bǔ)償間隙c（0.2～0.3mm）。一.軸承的固定：2.一端固定、一端游動(dòng)：固定端承受雙向軸向載荷（內(nèi)、外圈均需固定），游動(dòng)端可作軸向游動(dòng)（不受軸向載荷，以補(bǔ)償軸的熱伸長(zhǎng)