第22章 滾動軸承90

第22章滾動軸承§22-1滾動軸承的概述§22-2滾動軸承的代號§22-3滾動軸承的選擇計(jì)算§22-4滾動軸承的潤滑和密封§22-5滾動軸承的組合設(shè)計(jì)本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的重點(diǎn)：滾動軸承的類型及選擇，滾動軸承的選擇計(jì)算（包括當(dāng)量動載荷計(jì)算、壽命計(jì)算、角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算），滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本章的難點(diǎn)：角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算?！?2-1滾動軸承的概述一、滾動軸承的構(gòu)造二、滾動軸承的材料三、滾動軸承的類型四、滾動軸承的優(yōu)缺點(diǎn)五、滾動軸承類型選擇一、滾動軸承的構(gòu)造滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)。內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿著滾道滾動。保持架的作用是把滾動體均勻地隔開。滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動體的形狀1按滾動體形狀分按滾動體形狀分：球軸承、滾子軸承又可細(xì)分為：球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、球面滾子軸承二、滾動軸承的類型徑向接觸軸承：公稱接觸角α=0°，主要承受徑向載荷,可承受較小的軸向載荷。向心角接觸軸承：公稱接觸角α=0°～45°，同時承受徑向載荷和軸向載荷。推力角接觸軸承：公稱接觸角α=45°～90°，主要承受軸向載荷，可承受較小的徑向載荷。軸向接觸軸承：公稱接觸角α=90°，只能承受軸向載荷。2.按承受的載荷方向分向心軸承主要承受徑向載荷，0°≤α≤45°

推力軸承主要承受軸向載荷，45°＜α≤90°接觸角是滾動軸承的一個主要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。三、滾動軸承的材料

滾動體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，高速軸承的保持架多采用有色金屬或塑料。四、滾動軸承的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、摩擦阻力小、起動靈敏、效率高；2、對于同尺寸的軸徑，滾動軸承的寬度比滑動軸承小，即軸向結(jié)構(gòu)緊湊；3、大多數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)簡單；4、消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護(hù)，即潤滑簡便；5、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易于互換，成本低；缺點(diǎn)：1、承受沖擊載荷能力較差；2、高速重載下軸承壽命較低；3、振動及噪聲較大；4、徑向尺寸比滑動軸承大；五、滾動軸承類型選擇由于結(jié)構(gòu)的不同，各類軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說明如下：1．承載能力①在同樣外形尺寸下，滾子軸承的承載能力約為球軸承的1.5～3倍。在載荷較大或有沖擊載荷時宜采用滾子軸承。但當(dāng)軸承內(nèi)徑d≤20mm時，滾子軸承和球軸承的承載能力已相差不多，而球軸承的價(jià)格一般低于滾子軸承，故可優(yōu)先選用球軸承。②角接觸軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷。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(α＝90°)推力軸承只能承受軸向載荷。徑向接觸(α＝0°)向心軸承，當(dāng)以滾子為滾動體時，只能承受徑向載荷；當(dāng)以球?yàn)闈L動體時，因內(nèi)外滾道為較深的溝槽，除主要承受徑向載荷外，也能承受一定量的雙向軸向載荷。深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。2．極限轉(zhuǎn)速

滾動軸承在一定載荷和潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速。①球軸承的極限轉(zhuǎn)速通常比滾子軸承高，高速時應(yīng)優(yōu)先選用球軸承；②高速時應(yīng)選用同一內(nèi)徑尺寸中，外徑較小的軸承，因其離心力?。虎弁屏S承的極限轉(zhuǎn)速均很低；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高，軸向載荷不十分大時，可采用角接觸球軸承；④如果軸承極限轉(zhuǎn)速不能滿足要求，可采取提高軸承精度、適當(dāng)加大間隙、改善潤滑和冷卻條件、選用青銅保持架等措施。3．角偏差軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角θ稱為角偏差。角偏差較大時會影響軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故在這種場合應(yīng)采用調(diào)心軸承。滾針軸承對軸線偏斜最為敏感，應(yīng)盡可能避免在軸線有偏斜的情況下使用。各類軸承的允許角偏差見P350表22.2?！?2-2滾動軸承的代號滾動軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號構(gòu)成。一、基本代號二、前置代號三、后置代號前置代號基本代號后置代號

軸承的分

部件代號內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

代

號保

持

架

及

其

材

料

代

號

軸

承

材

料

代

號公

差

等

級

代

號游

隙

代

號多

軸

承

配

置

代

號其

它

代

號一二三四五類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑尺寸系列

代

號寬度或高

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號前置代號——表示軸承的分部件。基本代號——表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)。

后置代號——表示軸承的精度、材料等特征。

一、基本代號基本代號表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)。按國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的滾動軸承的基本代號，由軸承類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑尺寸系列代號構(gòu)成?；敬柖奈孱?/p>

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑尺寸系列

代

號寬

度或高

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號一◆類型代號：基本代號左起第一位為類型代號，用數(shù)字或字母表示，見表

22.2第1列?！舫叽缦盗写枺河奢S承的寬(高)度系列代號(基本代號左起第二位)和直徑系列代號(基本代號左起第三位)組合而成。向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號見表22.4。

◆內(nèi)徑尺寸系列代號：內(nèi)徑代號(基本代號左起第四、五位數(shù)字)表示軸承公稱內(nèi)徑尺寸，按表22.5的規(guī)定標(biāo)注。

6深溝球軸承L直線軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型

代號80123456寬(高)度系列代號含義特窄窄正常寬特寬

注：1.寬度系列代號為零時，不標(biāo)出(調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承除外)；個別類型寬度系列代號“1”和“2”可以省略。寬(高)度系列代號

圖示為內(nèi)徑相同，而直徑系列不同的四種軸承的對比，它們用于適應(yīng)各種不同工況的要求。直徑系列代號超特輕代號789012345含義超輕特輕輕中重特重

內(nèi)徑代號×5=內(nèi)徑，如：08表示軸承內(nèi)徑d=08×5=40mm。03020100代號17151210內(nèi)徑d數(shù)字×504~99內(nèi)徑尺寸系列代號注：內(nèi)徑小于10mm和大于495mm的軸承內(nèi)徑代號另有規(guī)定。二、前置代號前置代號用字母表示成套軸承的分部件。前置代號及其含義可參閱GB／T272—93。如：用L表示可分離軸承的可分離套圈；用K表示軸承的滾動體與保持架組件；三、后置代號后置代號——表示軸承的精度、材料等特征。后置代號用字母(或加數(shù)字)表示，置于基本代號右邊。軸承后置代號的排列順序見下表或表22.3。后置代號內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

代

號保

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材

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號特

殊

軸

承

材

料

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號公

差

等

級

代

號游

隙

代

號多

軸

承

配

置

代

號其

它

代

號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號公差等級代號游隙代號

游隙代號：C1、C2、C0、C3、C4、C5分別表示軸承徑向游隙，游隙量依次由小到大。C0為基本組游隙，常被優(yōu)先采用，可不標(biāo)出。

軸承代號示例6308：6─深溝球軸承，(0)─窄系列，3─中系列，08─內(nèi)徑d=40mm，公差等級為0級，游隙組為0組；N105/P5：N─圓柱滾子軸承，(0)─窄系列，1─特輕系列，05─內(nèi)徑d=25mm，公差等級為5級，游隙組為0組；7214AC/P42：7—角接觸球軸承；(0)—窄系列；2—輕系列；14—內(nèi)徑d=70mm；公稱接觸角α=25°；公差等級為4級；游隙組為第2組游隙C2，當(dāng)游隙與公差等級同時表示時，符號C可省略。30213：3─圓錐滾子軸承，0─窄寬度(0不可省略)，2─輕系列，13─內(nèi)徑d=65mm，公差等級為0級，游隙組為0組；6103：6─深溝球軸承，(0)─窄系列，1─特輕系列，03─內(nèi)徑d=17mm，公差等級為0級，游隙組為0組；§22.4滾動軸承的尺寸選擇一、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、滾動軸承的壽命計(jì)算三、滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算一、失效形式與計(jì)算準(zhǔn)則

滾動軸承在通過軸心線的軸向載荷Fa作用下，可認(rèn)為各滾動體所承受的載荷是相等的。當(dāng)軸承受純徑向載荷Fr作用時，并非所有滾動體都同時承受載荷。上半圈滾動體不承載，而下半圈各滾動體承受不同的載荷。處于Fr作用線最下位置的滾動體承載最大(Fmax)，而遠(yuǎn)離作用線的各滾動體，其承載逐漸減小。對于α＝0°的向心軸承：球軸承滾子軸承1．失效形式①

疲勞點(diǎn)蝕

滾動體與滾道接觸表面受變應(yīng)力。由于接觸變應(yīng)力的反復(fù)作用，首先在滾動體或滾道的表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點(diǎn)蝕。內(nèi)環(huán)上的疲勞點(diǎn)蝕陶瓷球疲勞點(diǎn)蝕鋼球疲勞點(diǎn)蝕②永久變形在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸處產(chǎn)生永久變形(滾道表面形成變形凹坑)。

③磨損、膠合、內(nèi)外圈和保持架破損等。2．設(shè)計(jì)準(zhǔn)則①對轉(zhuǎn)速n>10r/min的軸承，疲勞點(diǎn)蝕是主要失效形式，應(yīng)進(jìn)行防止疲勞點(diǎn)蝕的壽命計(jì)算；②對靜止或極慢轉(zhuǎn)速（n≤10r/min）軸承，永久變形是其主要失效形式，應(yīng)作靜強(qiáng)度計(jì)算；③對高速軸承，除進(jìn)行壽命計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行極限轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。1基本概念——壽命軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)基本額定壽命：用L10表示一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承寓意：一批軸承中有90％的壽命將比其基本額定壽命長一個軸承在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概率有90％，失效率為10％注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化比如：外載荷增大，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90％10％完好基本額定動載荷定義：規(guī)定軸承在基本額定壽命L10為106轉(zhuǎn)時，所能承受的最大載荷，用C表示即：在C的作用下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，有10％的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90％的軸承完好機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承對于具體軸承，C為定值，按手冊查取對向心軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對推力軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動載荷越大軸承的承載能力越大2壽命計(jì)算目的：根據(jù)工作條件和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的軸承尺寸載荷與額定壽命的關(guān)系曲線：PeL10=常數(shù)式中：P為當(dāng)量動載荷L10為P作用下的額定壽命e為壽命指數(shù)，球軸承e=3，滾子軸承e=10/3機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承當(dāng)載荷為額定動載荷C時：小時數(shù)表示：或：－已知軸承的C，計(jì)算額定壽命－根據(jù)預(yù)期壽命Lh′，計(jì)算所需的C′

預(yù)期壽命所需額定動載荷軸承的額定壽命：3當(dāng)量動載荷P的計(jì)算對于向心軸承，C為徑向載荷Cr對于推力軸承，C為軸向載荷Ca但軸承可能同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa為了與C在相同的條件下進(jìn)行比較，引入當(dāng)量動載荷的概念當(dāng)量動載荷：一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用P表示實(shí)際載荷的條件不同時，按確定基本額定動載荷的條件進(jìn)行換算后的載荷——即為純徑向力Pr、純軸向力Pa計(jì)算式：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承X－徑向載荷系數(shù)Y－軸向載荷系數(shù)見表22-11FaFr實(shí)際工作條件下，需引入載荷系數(shù)fP(見表22-10)修正P：4向心角接觸軸承軸向載荷Fa的計(jì)算Fr、Fa－軸承的徑向、軸向力（注意區(qū)別與軸上載荷）對純徑向軸承：P=fPFr對純軸向軸承：P=fPFa機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承Fa并不是外界的軸向作用力，而應(yīng)是軸承所受的軸向力，它應(yīng)根據(jù)整個軸上的軸向載荷(對于向心推力軸承還應(yīng)包括因徑向載荷Fr產(chǎn)生的派生軸向力FS)之間的平衡條件得出3.角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算內(nèi)部軸向力：角接觸向心軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在滾動體和滾道接觸處存在著接觸角α。當(dāng)它承受徑向載荷Fr，作用在承載區(qū)內(nèi)第i個滾動體上的法向力Fi可分解為徑向分力Fi″和軸向分力Fi′。各滾動體上所受軸向分力的和即為軸承的內(nèi)部軸向力Fs。Fs的近似值可按照P357表22.12中的公式計(jì)算求得。FsFs⑵角接觸軸承的排列方法為使S得到平衡，角接觸軸承一般成對使用正裝

－面對面安裝軸承外圈的窄邊相對，即內(nèi)部軸向力指向相對機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承反裝

－背靠背安裝兩軸承外圈的寬邊相對即派生軸向力指向相背FRFRFr1Fr2FS1FS2Fr2Fr1FS1FS2⑶角接觸軸承的軸向載荷Fa當(dāng)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＝？機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承要同時考慮軸向外載Fa和派生軸向力FS

FRFr1Fr2FS1FS2FaFaFr2Fr1FS1FS2FR軸承正裝時：圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承若FS1+Fa>FS2軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，但外圈被固定，右軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力FS2’，使軸向力平衡，使得:FRFr1Fr2FS1FS2Fa合力FS2′右軸承被壓緊,軸向力左軸承被放松,軸向力FRFr1Fr2FS1FS2Fa軸承正裝時：圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承若FS1+Fa<FS2軸向合力向右，軸有向左移動的趨勢，但外圈被固定，左軸承被壓緊，會產(chǎn)生反力FS1’，使軸向力平衡，使得:合力FS1′左軸承被壓緊,

軸向力右軸承被放松,

軸向力結(jié)論：軸承反裝時，可得到與正裝同樣的結(jié)論結(jié)論總結(jié)如下：根據(jù)排列方式判明派生軸向力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派生軸向力后其它軸向力的代數(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——軸承如圖所示，某齒輪軸選用兩個角接觸(α=25°)向心球軸承支承。已知軸承所受徑向載荷分別為Fr1=1000N，F(xiàn)r2=2060N，外加軸向力FA=880N，內(nèi)部軸向力Fs=0.68Fr。求：（1）兩軸承所受軸向載荷Fa1、Fa2。（2）兩軸承的當(dāng)量動載荷P1、P2。F2′F1′解：（1）Fs1=0.68Fr1=0.68×1000=680NFs2=0.68Fr2=0.68×2060=1400.8N

FA+Fs2=880+1400.8=2280.8N＞Fs1故軸承1Fa1=FA+Fs2=2280.8N軸承2Fa2=Fs2=1400.8N（2）軸承1Fa1/Fr1=2280.8/1000=2.28＞e

X1=0.41，Y1=0.87

P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.41×1000+0.87×2280.8=2394.296N軸承2Fa2/Fr2=1400.8/2060=0.68=e

X2=1，Y2=0

P2=X2Fr2+Y2Fa2=1×2060=2060N例2

某滾動軸承的預(yù)期壽命為，當(dāng)量動載荷為P，基本額定動載荷為C。試問：（1）若其他條件不變，而當(dāng)量動載荷由P增大到2P，其壽命有何變化？（2）若其他條件不變，而轉(zhuǎn)速由n增大到2n，其壽命又有何變化？解：設(shè)當(dāng)量動載荷由P增大到2P后的壽命為，轉(zhuǎn)速由n增大到2n后的壽命為。（1）因故（2）三、滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算滾動軸承的基本額定靜載荷：

使軸承中受載最大的滾動體與內(nèi)、外圈滾道接觸處的接觸應(yīng)力達(dá)到某一定值的載荷稱為基本額定靜載荷，用C0表示。當(dāng)量靜載荷P0：X0、Y0分別為徑向靜載荷系數(shù)及軸向靜載荷系數(shù)。靜強(qiáng)度條件：

S0為靜載荷安全系數(shù)，其取值見P359?！?2.5滾動軸承的潤滑和密封一、滾動軸承的潤滑二、滾動軸承的密封22.5.1滾動軸承的潤滑目的：

減少摩擦與磨損、吸收振動、冷卻、防銹、降低噪聲等。

潤滑劑：

潤滑油、潤滑脂。

一般情況下，滾動軸承采用潤滑脂潤滑，但在軸承附近已經(jīng)具有潤滑油源時(如變速箱內(nèi)本來就有潤滑齒輪的油)，也可采用潤滑油潤滑。具體選擇