第16章滾動軸承

機械設(shè)計基礎(chǔ)第16章滾動軸承滾動軸承是標準件，由專業(yè)軸承廠集中生產(chǎn)。組成外圈內(nèi)圈滾動體保持架16.1滾動軸承的基本類型和特點16.1.1滾動軸承的組成滾動體類型球圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針滾動軸承的主要優(yōu)點：●摩擦阻尼小，啟動靈活；●可同時承受徑向和軸向載荷，簡化了支承結(jié)構(gòu)；●徑向間隙小，還可用預(yù)緊方法消除間隙，因此回轉(zhuǎn)精度高；●互換性好，易于維護。缺點：●抗沖擊能力較差；●高速時噪聲大，壽命較低；●徑向尺寸大。16.1.2滾動軸承的特點1.按承載方向和公稱接觸角分向心軸承：0°≤α≤45°，主要承受徑向載荷；徑向接觸軸承——α＝0°的向心軸承；向心角接觸軸承——0°<α≤45°的向心軸承；16.1.3滾動軸承的基本類型推力軸承：45°<α≤90°，主要承受軸向載荷；軸向接觸軸承——α＝90°的推力軸承推力角接觸軸承——45°<α<90°的推力軸承2.按滾動體的種類可分為：球軸承和滾子軸承

前置代號

基本代號

后置代號

類型代號

尺寸系列代號

內(nèi)徑代號16.2滾動軸承的代號16.2.1代號（1）類型代號2.基本代號用數(shù)字或字母表示

1—調(diào)心球軸承

3—圓錐滾子軸承

5—推力球軸承

6—深溝球軸承

7—角接觸球軸承

N—圓柱滾子軸承1.前置代號

用字母表示成套軸承的分部件，代號和含義參閱《機械設(shè)計手冊》

（2）尺寸系列代號

同一內(nèi)徑的軸承有不同的寬度和外徑，故尺寸系列代號由軸承的寬度系列和直徑系列代號（2位數(shù)字）組成。寬度系列直徑系列0—窄

1—正常

2—寬

3、4—特寬

5、6—特寬0—特輕

1—特輕

2—輕

3—中

4—重

（3）內(nèi)徑代號

內(nèi)徑在20~495mm之間的軸承，其代號為d/5，其余見表16-5。3.后置代號

用于表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求，用字母或數(shù)字表示；如：接觸角為150、250和400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。

又如：軸承的公差等級分別為2級、4級、5級、6x級、6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、/P6x、/P6和/P0。1.根據(jù)載荷的大小及性質(zhì)載荷大或沖擊大－選滾子軸承（線接觸）；載荷小或沖擊?。x球軸承（點接觸）；16.2.2類型的選擇徑向、軸向載荷－角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3)軸向載荷不大時，可用深溝球軸承2.根據(jù)載荷的方向純徑向載荷－選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N)純軸向載荷－選推力軸承（5或8）3.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低轉(zhuǎn)速高－選球軸承；轉(zhuǎn)速低－選滾子軸承；4.根據(jù)回轉(zhuǎn)精度精度要求高－選球軸承；5.根據(jù)調(diào)心性能軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點支承

——選調(diào)心軸承（“1”類或“2”類）；各滾動體上的受力情況如何：FaFaiFaj▲當軸承僅受到純軸向力Fa

作用時：載荷由各滾動體平均分擔，即：Fai＝Faj

16.3.1向心軸承中載荷的分布16.3滾動軸承的選擇計算接觸點產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)圈下沉δ，最多只有半圈滾動體受載。承載區(qū)各滾動體的變形量不同，受載大小也不同。對于點接觸軸承：對于線接觸軸承：滾動體與套圈滾道接觸點的接觸應(yīng)力是變應(yīng)力，因此：可看成脈動循環(huán)變應(yīng)力。全部滾動體個數(shù)▲當軸承僅受到純徑向力Fr

作用時：16.3.2失效形式1.疲勞點蝕——最主要的失效形式

滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕。

防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。接觸應(yīng)力過大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。2.塑性變形——低速軸承的主要失效形式原因是載荷過大或沖擊載荷作用。3.磨損、膠合、保持架斷裂等潤滑和密封不良將導(dǎo)致磨粒磨損和粘著磨損。

使用維護不當或受到?jīng)_擊而引起套圈、保持架破裂，屬于非正常失效。16.3.3軸承壽命1.軸承壽命

軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)。2.基本額定壽命

一批相同的軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)。用L或Lh

表示。90％10％完好按額定壽命選用軸承，可靠性為90％。注意：額定壽命隨運轉(zhuǎn)條件而變化。比如：外載增大，額定壽命降低。因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。3.基本額定動載荷

規(guī)定軸承在額定壽命為106轉(zhuǎn)時，所能承受的最大載荷，稱為基本額定動載荷，用C表示。即：在C的作用下，運轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，有10％的軸承出現(xiàn)點蝕，90％的軸承完好。額定動載荷越大軸承的承載能力越大對于具體軸承，C為定值，按手冊查取。Cr

－向心軸承的基本額定動載荷，稱為徑向額定動載荷。Ca

－推力軸承的基本額定動載荷，稱為軸向額定動載荷。

當工作溫度變化（高于120℃）或材質(zhì)變化時，C值會變化，用溫度系數(shù)ft修正：對于向心軸承，C為徑向力；對于推力軸承，C為軸向力。但軸承可能同時承受徑向載荷Fr

和軸向載荷Fa。FaFr為了與C在相同的條件下進行比較，引入當量動載荷的概念。當量動載荷：一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效。用P表示。計算式：X

－徑向系數(shù)Y

－軸向系數(shù)查表16-114.當量動載荷PX、Y的作用是將Fr、Fa折合成當量動載荷。實際工作條件下，需引入載荷系數(shù)fP（表16-9）修正P：X、Y取決于：Fa/Fr和參數(shù)e。若：Fa/Fr＞e

X≠0、Y≠0若：Fa/Fr≤e

X

＝1、Y

＝0參數(shù)e根據(jù)Fa/C0確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力。基本額定靜載荷對于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：對于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：或：5.基本額定壽命計算目的—根據(jù)工作條件和設(shè)計要求，選擇合適的軸承。載荷與額定壽命的關(guān)系曲線：式中：P為當量動載荷；L為P作用下的額定壽命。ε為壽命指數(shù)，球軸承ε

＝3，滾子軸承ε

＝10/3。所以：實際計算時，常用小時數(shù)表示軸承的額定壽命：或：－已知軸承的C，計算額定壽命－根據(jù)預(yù)期壽命Lh′，計算所需的C′

當載荷為額定動載荷C時：壽命計算時，應(yīng)滿足：或：16.3.4角接觸軸承中的附加軸向力由于角接觸軸承受徑向載荷后會產(chǎn)生相應(yīng)的附加軸向力，所以應(yīng)成對使用1.角接觸軸承的內(nèi)部軸向力Fs向心角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）受純徑向載荷作用后，會產(chǎn)生內(nèi)部軸向分力Fs

。O

－支反力作用點，即法線與軸線的交點。表16-12給出了Fs

的近似計算方法。內(nèi)部軸向力：注意Fs的方向2.角接觸軸承的排列方法一般有兩種安裝形式：●

正裝－面對面安裝兩軸承外圈的窄邊相對，即內(nèi)部軸向力指向相對?！?/p>

反裝－背靠背安裝兩軸承外圈的寬邊相對，即內(nèi)部軸向力指向相背。正裝時跨距短，軸剛度大；反裝時跨距長，軸剛度??；3.角接觸軸承的軸向載荷Fa當外載既有徑向載荷又有軸向載荷時，角接觸軸承的軸向載荷Fa

＝？要同時考慮軸向外載FA和內(nèi)部軸向力

Fs。①軸承正裝●

若Fs1+FA>Fs2Fs1Fs2FAFa圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：12軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，但外圈被固定，使得

Fs2和△Fa

都是右軸承所受的力，故：使軸向力平衡，故：右軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力△Fa，而左軸承被放松，F(xiàn)r1Fr2合力即：（壓緊端）（放松端）●

若Fs1+FA<Fs2Fs1Fs2FAFa’12軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，

Fs1和△Fa′

都是左軸承所受的力，故：使軸向力平衡：故：左軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力△Fa′，而右軸承被放松，即：（壓緊端）（放松端）合力FAFa′Fs1Fs212②軸承反裝●

若Fs2+FA>Fs1軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，左軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力△Fa′，使軸向力平衡：∴（壓緊端）（放松端）FAFaFs1Fs212軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，右軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力△Fa，使軸向力平衡：●

若Fs2+FA<Fs1，（放松端）（壓緊端）∴歸納如下：根據(jù)排列方式判明內(nèi)部軸向力Fs1、Fs2的方向；判明軸向合力指向及軸可能移動的方向，分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”；“放松”端的軸向載荷等于自身的內(nèi)部軸向力，“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身內(nèi)部軸向力外其它軸向力的代數(shù)和。對于能夠承受少量軸向力而α＝0的向心軸承：（如深溝球軸承）FAFr1Fr2因為：α＝0,Fs1＝0，F(xiàn)s2＝0所以：Fa＝FA圖中：Fa1＝0Fa2＝FA16.3.5滾動軸承的靜載荷計算目的—防止軸承元件發(fā)生塑性變形針對低速或受較大沖擊載荷作用的軸承1.基本額定靜載荷C0：該性能參數(shù)——限制塑性變形的極限載荷值對向心軸承為C0r－徑向額定靜載荷對推力軸承為C0a－軸向額定靜載荷調(diào)心球軸承——4600MPa

指軸承最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起以下接觸應(yīng)力時所相當?shù)募傧霃较蜢o載荷或中心軸向靜載荷：所有其他球軸承——4200MPa所有滾子軸承——4000MPa靜強度條件

：P0

－當量靜載荷S0

－靜強度安全系數(shù)2.當量靜載荷P0

：

同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承，應(yīng)按當量靜載荷進行分析計算。α≠0的向心軸承（深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心軸承）查手冊，取大值α=0的向心軸承（圓柱滾子軸承、滾針軸承）：α=900的推力軸承（推力球軸承、推力滾子軸承）：α≠0的推力調(diào)心滾子軸承軸承，當Fr≤0.55Fa時：3.靜強度計算徑向系數(shù)軸向系數(shù)一般工作條件的軸承轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承—進行壽命計算，防止點蝕破壞—靜強度計算—按靜強度計算，防止塑性變形16.3.6滾動軸承的計算準則高速運轉(zhuǎn)的軸承—進行壽命計算—驗算極限轉(zhuǎn)速③固體潤滑劑——二硫化鉬，石墨2.潤滑劑①潤滑油——植物油，礦物油，動物油主要指標：粘度、油性、凝點、閃點、酸值等②潤滑脂——鈣基、鈉基、鋰基潤滑脂主要指標：針入度，滴點1.潤滑的目的減少摩擦磨損、冷卻、吸振、防銹16.4滾動軸承的潤滑和密封油潤滑：高速時脂潤滑：低速時。裝填量不超過軸承空間的1/3～1/2，裝脂過多，易于引起摩擦發(fā)熱，影響軸承的正常工作固體潤滑：特殊情況下（高溫、真空等）油潤滑：浸油（飛濺）潤滑滴油潤滑噴油潤滑油霧潤滑

根據(jù)速度及軸承類型選擇。3.潤滑類型密封型式接觸式密封非接觸密封★轉(zhuǎn)速不高時用接觸式密封★轉(zhuǎn)速較高時用非接觸式密封4.密封目的：防塵、防水、防止?jié)櫥瑒┝魇秩γ芊馄ね朊芊庥蜏厦芊饷詫m密封接觸式密封氈圈密封v＜5m/s，結(jié)構(gòu)簡單。壓緊力不能調(diào)整。用于脂潤滑皮碗密封v＜4m/s~12m/s，實驗方便，密封可靠。用于油潤滑非接觸密封組合設(shè)計的內(nèi)容包括：①固定②調(diào)整③配合與裝拆④潤滑與密封

組合設(shè)計合理與否將影響軸系的受力、運轉(zhuǎn)精度、軸承壽命及機器性能。重點：軸承的固定方法和調(diào)整。16.5滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計16.5.1軸承的固定

軸的支撐結(jié)構(gòu)對整個軸系起固定作用，承受軸向力，防止軸系發(fā)生軸向躥