滚动轴承基础知识

赵章立滚动轴承基础知识第1页，共48页。目录1概述2滚动轴承结构、类型及特点3滚动轴承的选型与计算4滚动轴承的组合设计5滚动轴承的拆装6轴承润滑7轴承失效分析8滚动轴承的代用第2页，共48页。1概述1.1轴承作用轴承主要有两方面的作用：支撑轴和轴上的零件，保持轴的旋转精度；减少转子在旋转过程中的摩擦和磨损。轴承要起到上述的作用，必须满足一下要求：具有足够的强度和刚度，能承担一定的载荷。具有较小的摩擦力矩，是回转件转动灵活。具有一定的支撑精度，保证被支撑件的安装精度。第3页，共48页。1.2轴承的分类轴承——支承轴的部件。向心轴承——主要承受径向载荷；推力轴承——主要承受轴向载荷；向心推力轴承——主要承受径向载荷、也可承受较大的轴向载荷；推力向心轴承——主要承受轴向载荷、也可承受较大的径向载荷。轴承根据承受载荷的方向分：按摩擦性质分：滑动轴承滚动轴承轴承1概述第4页，共48页。一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成；其作用为：内圈通常与轴紧密配合，并一起旋转；外圈通常与轴承座成过渡配合，主要起支撑的作用；滚动体借助保持架均匀地排列在内圈和外圈的沟道中，它的形状、大小和数量直接影响轴承承载负荷的能力及使用性能；保持架除能将滚动体均匀的分隔开外，还起引导滚动体旋转及改善轴承内部润滑性能等作用；2.1滚动轴承基本结构内圈、外圈、滚动体和保持架通常称为轴承的四大件；对于密封轴承，再加上润滑剂和密封圈称为六大件。2滚动轴承结构类型及特点与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、起动快、效率高、润滑和维护方便等优点，在你机械系统中广泛使用。常用的滚动轴承已经标准化，设计时只需按工作条件选择轴承的类型和型号，合理解决安装、固定、调整、润滑和密封等问题。第5页，共48页。2滚动轴承结构类型及特点2.2滚动轴承分类滚动轴承球轴承滚子轴承深沟球轴承角接触球轴承调心球轴承推力球轴承推力角接触球轴承圆柱滚子轴承滚针轴承圆锥滚子轴承调心滚子轴承推力圆柱滚子轴承推力滚针轴承推力圆锥滚子轴承推力调心滚子轴承第6页，共48页。2.3各种滚动轴承的特点特点：转速高精度高噪声、振动小主要承受径向载荷也能承受一定轴向载荷制造简单，成本低7.承受冲击载荷能力差，适用于高速场合，特点：转速高精度高噪声、振动小可同时承受径向和轴向载荷通常成对使用，对称安装，适用于转速高，同时受径向和轴向载荷的场合深沟球轴承角接触球轴承特点：转速比相同外形尺寸的球轴承低精度较高噪声、振动较小主要承受径向载荷内外圈均带挡边的可以承受较小的轴向载荷6.适用于刚度大且轴孔对中好的场合圆柱滚子轴承2滚动轴承结构类型及特点2.3各种滚动轴承的特点第7页，共48页。特点：转速低、耐冲击、耐振动具有自动调心功能，即内圈轴线相对外圈轴线有较大倾斜时（一般在3度以内）仍能正常运转主要承受很大的径向载荷也能承受较小的轴向载荷4.适用于多支点轴，弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支撑2.3各种滚动轴承的特点调心滚子轴承特点：转速较高能承受较高的径向载荷（比径向尺寸相同的其他轴承的径向载荷大）不能承受轴向载荷刚性较高5.常用于转速较低，载荷较大，或径向尺寸受限制场合滚针轴承2滚动轴承结构类型及特点第8页，共48页。调心球轴承特点：转速较高具有自动调心功能刚性差，耐冲击、振动能力差推力球轴承特点：转速低只能承受单面轴向载荷轴圈和座圈不能倾斜4.高速时，离心力大，滚动体与保持架磨损发热严重，寿命低。双列推力球球轴承特点：转速低能承受双面轴向载荷轴圈和座圈不能倾斜2滚动轴承结构类型及特点2.3各种滚动轴承的特点第9页，共48页。双列向心推力球轴承特点：转速高，精度高有一定刚性，不耐冲击能承受双面轴向载荷轴圈和座圈不能倾斜双列角接触球轴承特点：转速高，精度高有一定刚性，不耐冲击相当两套角接触球轴承背对背安装双列圆柱滚子轴承特点：转速高，精度高刚性大，耐冲击、振动3.不能承受轴向载荷2滚动轴承结构类型及特点2.3各种滚动轴承的特点第10页，共48页。2.4滚动轴承基本代号前置代号基本代号后置代号字母字母和数字XXXXX字母和数字类型代号宽度代号直径代号内径代号成套轴承的分部分内部结构改变密封防尘与外部形状变化保持架结构材料改变及轴承材料改变公差等级和游隙其他2滚动轴承结构类型及特点滚动轴承类型很多，每种类型都有不同的结构、尺寸、公差等级和技术要求。GB规定的轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号组成。基本代号是轴承代号的核心。轴承代号构成第11页，共48页。2滚动轴承结构类型及特点滚动轴承类型代号轴承类型代号轴承类型代号双列角接触球轴承0深沟球轴承6调心球轴承1角接触球轴承7调心（推力调心）滚子轴承2推力圆柱滚子轴承8圆锥滚子轴承3推力圆锥滚子轴承9双列深沟球轴承4圆柱滚子轴承N推力球轴承5滚针轴承NA滚动轴承类型代号第12页，共48页。2滚动轴承结构类型及特点滚动轴承尺寸系列代号直径系列代号向心轴承推力轴承宽度系列代号高度系列代号801234567912尺寸系列代号71737808182838485868909192939495969000102030405060709010101112131415161719111282021222324252627292122238303132333739313234042474941424595滚动轴承尺寸系列代号第13页，共48页。滚动轴承内径系列代号2滚动轴承结构类型及特点轴承公称内径内径代号示例0.6～10（小数）用公称内径毫米数直接表示，在其与尺寸系列代号间用“/”分开深沟球轴承618/2.5d=2.5mm1～9（整数）用公称内径毫米数直接表示，对深沟球轴承及角接触球轴承7、8、9直径系列，内径与尺寸系列代号之间用“/”分开深沟球轴承625618/5d=5mm10～171012151700010203深沟球轴承6200d=10mm20～480（22、28、32除外）公称内径除以5的商数，商数为个位数，需在商数左边加“0”，如08调心滚子轴承22208d=40mmd»500及22、28、32用公称内径毫米数直接表示，但与尺寸系列之间用“/”分开调心滚子轴承230/500d=500mm滚动轴承内径系列代号第14页，共48页。2.5滚动轴承前、后置代号说明2滚动轴承结构类型及特点后置代号组12345678含义内部结构密封与防尘圈保持架及材料轴承材料公差等级游隙配置其他轴承后置代号：用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等。后置代号排列顺序如下所示：轴承前置代号：用字母表示轴承的分部件。如用L表示可分离轴承的可分离内圈或外圈K表示滚动体和保持架组件等。滚动轴承后置代号排列顺序公差等级P2P4P5P6XP6P0第15页，共48页。3滚动轴承的选型与计算3.1影响轴承承载能力的参数游隙内、外滚道与滚动体之间的间隙称为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量。游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。UrUr径向游隙轴向游隙内径(mm)C1C2C0C3C4C5超过到最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大2.5100721382314292037101809318112518332545第16页，共48页。极限转速滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。转速过高会产生高温，润滑失效产生破坏。偏位角安装误差或轴的变形等都会引起轴承内外圈中心线轴承中心线相对倾斜，其倾斜角δ称为偏位角。接触角由轴承结构类型所决定的接触角称为公称接触角。3.1影响轴承承载能力的参数3滚动轴承的选型与计算第17页，共48页。3滚动轴承的选型与计算3.2轴承选型需考虑的因素载荷条件转速条件支撑限位要求调心性能经济性轴承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。如轴承只受径向载荷，可选6类、N类或者NA类轴承；只受轴向载荷可选5类，当径向轴向均受力时一般选7类；若径向载荷大，轴向载荷小，也可选6类；若轴向载荷很大，径向载荷下时可选2类；也可径向、止推轴承联合使用分担径向轴向载荷。选择轴承类型时应注意其允许的极限转速nlim。球轴承的极限转速高于滚子轴承，一般转速较高、载荷较小、旋转精度较高时选用球轴承；转速较大或有冲击时选用滚子轴承；但转速较高，轴向载荷不大时可用7类轴承代替5类轴承使用。能承受双向轴向载荷的轴承，可以做双向固定支撑用。只承受单向载荷的轴承可以做单向限位支撑。轴承工作时，若轴受力后挠曲变形较大，或轴孔轴线不重合及加工、安装误差的影响等，都会造成轴承内外圈轴线发生偏斜，这是就要用调心轴承。N类和NA类轴承调心性能最差。在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。选择轴承时首先要了解设备的性能，再根据具体的工作条件及各类轴承的性能选择合适的轴承。第18页，共48页。3滚动轴承的选型与计算3.2滚动轴承的计算滚动轴承失效形式及计算准则滚动轴承的失效有疲劳点蚀和塑性变形的正常失效和维护保养不善引起的磨损、胶合、内外圈和保持架破损、锈蚀等不正常失效。疲劳点蚀：滚动体进入承载区，在内外圈及滚动体表面产生接触应力，一段时间后发生点蚀。通常在安装、维护保养良好条件下，疲劳点蚀是主要失效形式。塑性变形：低速重载的轴承在大的静载荷和冲击载荷作用下，会发生塑性变形，使轴承产生剧烈振动和噪声，使轴承失效。

在实际中大多数轴承是由于维护保养不良而失效的。在选择轴承的型号时，应针对轴承的主要失效形式进行必要的计算。计算准则如下：一般工作条件的回转轴承：针对疲劳点蚀进行计算，必要时进行静强度校核；低速重载、或受冲击载荷轴承：针对塑性变形进行计算；高速轴承：针对磨损、烧伤等进行寿命计算，同时还需校核极限转速。第19页，共48页。3滚动轴承的选型与计算3.2滚动轴承的计算滚动轴承的寿命计算基本概念：滚动轴承的寿命：一批相同的轴承，在相同的条件下运转，90%的轴承在疲劳点蚀前能够达到或超过的总转数L10（以106转为单位）或一定转速下的工作小时数L10h。基本额定动载荷：能使轴承的基本额定寿命达到106转时轴承所能承受的载荷，用字母C表示。当量动载荷：工作实际载荷通过一定的换算关系转换成的与基本额定动载荷条件相当的载荷值,

用字母P表示。基本公式：轴承寿命计算公式：ε为寿命指数，球轴承为3，

滚子轴承为10/3.若工作温度高则基本额定动载荷需乘以修正系数ft。当量动载荷计算：P=fp（XFr+YFa）X、Y为径向、轴向动载荷系数，Fr、Fa为径向、轴向动载荷fp为载荷系数（设备运转对轴承的影响）判断系数：e=Fa/Fr。计算时根据e的大小确定X、Y值。第20页，共48页。3.2滚动轴承的计算滚动轴承静强度和极限转速计算3滚动轴承的选型与计算滚动轴承静强度计算：对于工作于静止状态，缓慢摆动或者极低转速转动及载荷变动较大的轴承，为防止滚动体和滚道接触处发生过大的塑性变形，应按基本额定静载荷选择轴承。基本额定静载荷是指受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。用C0表示。按基本额定静载荷选择轴承的公式为：C0≥S0P0.C0为基本额定静载荷；S0静强度安全系数P0当量静载荷。滚动轴承极限转速计算：转速过高，摩擦面间产生高温，破坏润滑膜，使轴承摩擦磨损增大，易发生胶合。转速高，离心力大，使保持架过快的磨损或断裂。滚动轴承的极限转速指在一定载荷和润滑条件下轴承允许的最高转速。极限转速与轴承类型尺寸、载荷大小方向、润滑条件、轴承精度、游隙、保持架结构等因素的影响。nmax≤f1f2nlim

f1=P/C（载荷系数）f2=e=Fa/Fr第21页，共48页。4滚动轴承的组合设计4.1轴承组的轴向固定设计使用轴承时，除了要正确选用轴承的型号和尺寸外，还要正确、合理的对轴承的组合进行设计，即对轴承的轴向固定方式，轴承与轴上 其他零件的配合，轴承的拆装，轴承的密封润滑设计等。滚动轴承的轴向固定第22页，共48页。4滚动轴承的组合设计滚动轴承组的轴向固定两端固定式：特点：结构简单，调整间隙方便，适用于温度变化不大的短轴。第23页，共48页。4滚动轴承的组合设计滚动轴承组的轴向固定一端固定、一端游动式：特点：适用于轴较长，或工作温度较高时，轴的热伸长量较大的情况。第24页，共48页。4滚动轴承的组合设计滚动轴承组的轴向固定两端游动式：特点：适用于轴左右两端都可以移动的情况。第25页，共48页。4滚动轴承的组合设计4.2轴承组合的调整滚动轴承间隙的调整第26页，共48页。轴系位置的调整4滚动轴承的组合设计第27页，共48页。4滚动轴承的组合设计4.2轴承的预紧轴承的预紧就是在安装轴承时使其受到一定的轴向力，以消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生弹性预变形。预紧的目的在于提高轴承的刚度、旋转精度和延长轴承的寿命。轴承预紧对游隙固定的轴承来说是对的，但对游隙可变的轴承来讲会引起：摩擦增大、润滑性能降低和温升增大。第28页，共48页。5滚动轴承的拆装轴承的安装要在干燥、清洁的环境下进行。安装前准备工作：根据不同的轴承类型、尺寸和使用要求，选择正确的安装方法；准备好所必须的部件、工具及设备；准备好所有需要的零件，并在安装前进行彻底清洗；按图纸对所有需要安装的零件的形状尺寸和精度进行检查。

在安装轴承的准备工作没有做好前，禁止拆开轴承的包装，以免轴承污染。5.1轴承的安装圆柱孔轴承的安装：圆柱孔轴承的安装一般有压入法和加热法两种方式对于过盈配合的小型轴承，采用机械或液压式压入法；对于直径较大或过盈量大的轴承，可采用加热法。加热法可分为油浴加热和电感应加热第29页，共48页。5滚动轴承的拆装圆锥孔轴承的安装：

内孔为圆锥孔的轴承，总是以过盈配合来安装的。圆柱轴：用推卸套和螺钉或者以紧定螺钉和螺母进行安装锥形轴：紧定螺母直接安装第30页，共48页。5.2轴承的拆卸5滚动轴承的拆装当维修设备时，有时需要拆下轴承，当轴承损坏时，更需要拆下轴承进行更换。因此如何采取安全有效的拆装方法是很重要的。若轴承拆卸后还要使用，则不允许通过滚动体传力，否则会使滚动体、保持架、滚到损伤。对非分离型轴承一般先从较松的配合面将轴承拆下，然后再将轴承从紧配合面拆下。也可采用专门的拆卸器拆卸轴承。双拉杆拆卸器三拉杆拆卸器第31页，共48页。对可分离型轴承，如单列圆柱滚子轴承，外圈、保持架和滚动体为一体，与内圈可分离内圈一般和轴采用紧配合，直接拆卸较为困难，强行拆卸可能会造成轴和轴承内圈损坏，这是我们可以选用轴承感应加热器加热内圈，在内圈处于热膨胀状态下进行拆卸。拆卸小型锥孔轴承比较简单。转松螺母，用锤子敲打垫块即可拆卸拧开拧紧螺母即可拆卸5滚动轴承的拆装第32页，共48页。5滚动轴承的拆装锥孔轴承在拆卸困难的情况下，可以再螺母圆周上设定螺钉孔，靠顶压螺钉来拉拔推卸套拆锥孔轴承。拆卸大型锥孔轴承往往用油压的方法使轴承内圈膨胀来拆卸。第33页，共48页。5滚动轴承的拆装5.3轴承错误安装的危害

轴承安装不当会使轴承提前损坏或者是在中早期失效。轴与轴承内孔配合过松轴与轴承内孔配合过松会使轴承走内圈，即轴与轴承孔发生相对滑动。走内圈会产生大量的热，使轴承因发热而损坏。一般由于轴承内圈端面与轴肩接触面积小，散热困难，温度很高，使轴承内圈端面产生热裂纹，热裂纹延伸出现断裂。走内圈还会使轴与轴承发生蠕变，出现粘连现象。轴承外圈与孔配合过松轴承外圈与孔配合过松会出现走外圈现象，即轴承外圈与孔发生相对滑动。外圈与孔发生滑动产生大量摩擦热使得轴承因发热而损坏。轴承“走内圈”轴承“走外圈”第34页，共48页。用铁锤直接敲击轴承安装安装内圈（或外圈）过盈配合的轴承，禁止用铁锤直接敲击内圈（或外圈）的端面，这样很容易把挡边敲坏。通过滚动体传递安装力安装内圈过盈配合禁止通过外圈和滚动体将力传给内圈，这样会把轴承滚道和滚动体损坏，使轴承在运转时产生异响并提前损坏。5滚动轴承的拆装第35页，共48页。5滚动轴承的拆装轴承安装时加热温度过高安装轴承内孔时，当加热温度超过轴承材料的相变温度时，轴承金相组织发生变化，轴承内孔变大，不能回复原先的尺寸，将会使安装好的轴承走内圈。安装不到位轴承安装不到位，将会使轴承单面受力，受力一侧的滚道和滚子率先损坏。第36页，共48页。6轴承的润滑润滑的目的：润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小；轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。轴承常用的润滑剂有油润滑和脂润滑两类。在特殊条件下润滑油和润滑脂的使用受限制时，采用固体润滑。润滑介质的选用主要根据轴承的dn值来确定。脂润滑主要用于转速较低的轴承。润滑脂能承受较大的载荷，不易流失，便于密封和维护，一次加脂可以维持较长的时间。滚动轴承中润滑脂的加入量一般为轴承和轴承壳体的1/3—1/2.过多或造成摩擦增大，温度升高。一般速度较高的轴承采用油润滑。油润滑摩擦力小，散热效果好，但供油和密封装置较复杂。6.1润滑剂的选择第37页，共48页。6轴承的润滑润滑剂选用的原则第38页，共48页。润滑脂和润滑油润滑性能的比较6轴承的润滑第39页，共48页。6轴承的润滑6.2润滑方式的选择脂润滑第40页，共48页。6.2轴承密封的设计6轴承的润滑为了保证良好地润滑条件和正常的工作环境，滚动轴承需要设置密封装置，其主要的作用是防止润滑剂流失和灰尘、水分及其他杂物入侵轴承。密封装置一般可以分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封接触式密封的密封件与配合件直接接触，工作中摩擦发热较大，多用于线速度较低的场合，常用的接触式密封有毡圈密封和密封圈密封。毡圈密封主要用于脂润滑，工作环境比较干净的轴承密封。密封圈密封既可以用于脂润滑也可以用于油润滑，结构简单，密封可靠。第41页，共48页。非接触式密封非接触式密封与零件没有直接接触，不受速度的限制。沟槽式密封：结构简单，用于低速干净场合。迷宫式密封：对油润滑、脂润滑均可，环境较脏时使用比较可靠，可用于较高速的场合。甩油环密封：用于油润滑，常和沟槽式密封配合使用。6轴承的润滑第42页，共48页。7轴承的失效分析轴承属于精密零件，因而在使用时要求有相当地慎重态度，即变是使用了高性能的轴承，如果使用不当，也不能达到预期的性能效果，而且容易使轴承损坏。所以，使用轴承应注意以下事项：

一、保持轴承及其周围环境的清洁即使肉眼看不见的微笑灰尘进入轴承，也会增加轴承的磨损，振动和噪声。

二、使用安装时要认真仔细不允许强力冲压，不允许用锤直接敲击轴承，不允许通过滚动体传递压力。

三、使用合适、准确的安装工具尽量使用专用工具，极力避免使用布类和短纤维之类的东西。

四、防止轴承的锈蚀直接用手拿取轴承时，要充分洗去手上的汗液，并涂以优质矿物油后再进行操作，在雨季和夏季尤其要注意防锈。在某种特殊的操作条件下，轴承可以获得较长于传统计算的寿命，特别是在轻负荷的情况下。这些特殊的操作条件就是，当滚动面(轨道及滚动件)被一润滑油膜有效地分隔及限制污染物所可能导致的表面破坏。事实上，在理想的条件下，所谓永久轴承寿命是可能的。轴承失效类型及原因对策第43页，共48页。8滚动轴承的代用代用基础：滚动轴承有这么一个特点：同一类型的轴承内径相同时，伴随着直径系列的递增，其外径和宽度也相应增大，轴承的额定动载荷和额定静载荷也随着提高；外径尺寸相同时，随着直径系列的递增，其内径却随着变小，宽度相应增大，轴承额定动载荷和超定静载荷也相应增大。对同一内径，可找到多种外径和宽度不同的轴承；而对同一外径，又可找到多种内径和宽度不同的轴承。对于同一内径和外径还可找到不同宽度的轴承。代用原则：

1承载性能的匹配：根据轴承资料查出原使用轴承的额定动载荷C值及额定静载荷C0值，但额定动载荷C值的大小并不是衡量轴承使用寿命的唯一标准，如发现所代用轴承的额定动载荷C值比原使用轴承小时，则应综合考虑轴承的其它技术特性和主机维修次数的增加以及经济成本的问题，或从润滑角度采取相应的有效措施来延长轴承的实际使用寿命，以满足代用的合理性。

2极限转速的匹配：代用的轴承每分钟允许的极限转速应等于或高于原配轴承在机械设备中工作时的实际转速。

3尺寸的匹配：代用轴承的尺寸要与原配轴承尺寸相同，不能改变与轴承外圈配合的壳体孔尺寸，或与轴承内圈配合的轴颈尺寸。

4公差等级、游隙及加工件精度匹配：代用轴承的公差等级应等于或高于原配轴承，游隙应相同，避免安装后使机械设备精度受到影响。采用镶套法进行轴承代用时，要保证套的内、外圆柱而的同轴度，并应在加工套时正确选择公差配合。8.1轴承代用基础和原则第44页，共48页。1直接代用当所选代用轴承，不论是同一类型或非同一类型，只要其内、外径和宽度尺寸及技术性能完全相同，不需任何修改加工，即可安装代用。2加垫代用当所选代用轴承的内径、外径与原配轴承相同，而宽度与代用轴承相比较小时，可采用加垫代用。垫的内径与轴颈采用松动配合，外径相当于轴承内圈的外径，且两端面应平行。安装时，垫靠轴肩安装，外面安装代用轴承。3以宽代窄代用当有的轴承找不到尺寸相近的代用轴承，而轴向安装位置又不受限制时，可以较宽轴承代替较窄轴承使用。宽度大的轴承由于额定动载荷C和额定静载荷C0都高于原轴承，代用后将使其工