第13章滚动轴承

第十三章滚动轴承一、概述1.组成内圈（innerrace）外圈（outerrace）滚动体（rollingelement）保持架（retainer）杜永平滚动轴承2.工作原理内圈与轴装配，随轴转动；外圈固定在轴承座上；保持架保证避免滚动体直接接触；滚动体在内外圈的滚道内滚动。杜永平滚动轴承3.滚动体的类型球（ball）圆柱滚子（cylindricalroller）圆锥滚子（taperroller）螺旋滚子（helicalroller）球面滚子（sphericalroller）滚针（rollerneedle）杜永平滚动轴承4.材料强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造保持架用软钢冲压而成，也可以用铜GCr15GCr15SiMn工作时温度不高于120℃硬度不低于60～65HRC滚动轴承材料新发展：陶瓷杜永平滚动轴承摩擦系数比滑动轴承小、稳定；轴向结构比滑动轴承小，紧凑；运转精度高；消耗润滑剂少，易于维护；某些类型轴承可同时承受径向和轴向载荷；对轴的材料和热处理要求不高；承受冲击载荷的能力差；轴承不能剖分；高速时噪声大；寿命较低。5.特点杜永平滚动轴承二、轴承类型、代号及选择1.类型①按所承受的外载荷分向心轴承主要承受径向载荷的轴承；②按结构形式的不同分推力轴承只能承受轴向载荷的轴承；向心推力轴承能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承。调心球轴承调心滚子轴承圆锥滚子轴承推力球轴承深沟球轴承角接触球轴承圆柱滚子轴承滚针轴承……杜永平滚动轴承调心球轴承双列角接触球轴承调心滚子轴承杜永平滚动轴承圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承四列圆锥滚子轴承杜永平滚动轴承推力球轴承单向推力球轴承双向推力球轴承深沟球轴承角接触球轴承不可分离型可分离型双半内圈角接触球轴承杜永平滚动轴承圆柱滚子轴承内圈无挡边外圈无挡边内圈有挡边内圈有平挡环双列圆柱滚子四列圆柱滚子杜永平滚动轴承滚针轴承推力滚子轴承杜永平滚动轴承③直线轴承内径小于10mm的滚动轴承，最小内径大约为0.6mm用于微型电机、导航仪器、电讯设备、自控仪表、医疗机械、录音机、VCD机等领域④微型轴承杜永平滚动轴承五四三二一2.代号①基本代号内径尺寸代号00—10mm01—12mm02—15mm03—17mm04及以上＝代号×5直径系列代号7、8、9、0、1、2、3、4、5轴承外径依次增大0、1——特轻系列2——轻系列3——中系列4——重系列宽度系列代号8、0、1、2、3、4、5、6

轴承宽度依次增大轴承的类型代号0—双列角接触球轴承1—调心球轴承2—调心滚子轴承3—圆锥滚子轴承4—双列深沟球轴承5—推力球轴承6—深沟球轴承7—角接触球轴承8—推力圆柱滚子球轴承9—推力圆锥滚子球轴承N—圆柱滚子轴承NA—滚针轴承杜永平滚动轴承②后置代号内部结构代号角接触球轴承（7类）接触角α：C：

15°AC：25°B：40°圆锥滚子轴承（3类）B：27°～30°公差等级代号2、4、5、6、6x、0依次由高到低用／P2；／P4；／P5；／P6；／P6x；／P0表示杜永平滚动轴承游隙代号1、2、0、3、4、5保持架及其材料代号F——钢铁类实体保持架F1—碳钢F3—球墨铸铁F4—粉末冶金Q——青铜实体保持架Q1—铝铁锰青铜Q4—铝青铜径向游隙依次由小到大M——黄铜实体保持架W——焊接保持架E——磷化处理保持架用／C1；／C2；／C0；／C3；／C4；／C5表示杜永平滚动轴承配置代号轴承数目代号排列代号D—两套轴承T—三套轴承Q—四套轴承P—五套轴承S—六套轴承B—背对背F—面对面T—串联杜永平滚动轴承③前置代号L—可分离轴承的内圈或外圈R—不带可分离内圈或外圈的轴承标注举例：7210AC／P4内径50mm轻系列角接触球轴承正常宽接触角α＝25°4级公差0组游隙杜永平滚动轴承6322M／C2内径110mm中系列深沟球轴承正常宽黄铜实体保持架0级公差2组游隙3415B内径75mm重系列圆锥滚子轴承正常宽接触角α＝27°～30°普通级公差0组游隙杜永平滚动轴承3.滚动轴承类型的选择选择原则转速n高、载荷小、要求旋转精度高时，宜选用球轴承；有冲击载荷的地方，宜选用螺旋滚子轴承；纯径向载荷，可选用深沟球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承；有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承、小接触角球轴承、圆锥滚子轴承；不大的纯轴向载荷，可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷，可选用推力滚子轴承；杜永平滚动轴承轴向载荷和径向载荷都较大时，可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合；对轴的中心线或轴承座中心线不重合、轴的刚度小会发生弯曲变形时，宜选用调心球轴承、调心滚子轴承；对于工作时温差较大的，由于热胀冷缩的影响，会引起轴承的轴向游动，宜选用无档边的短圆柱滚子轴承、滚针轴承；轴承座没有剖分面时，优先选用内外圈可分离的轴承；考虑经济性，球轴承比滚子轴承便宜。杜永平滚动轴承三、滚动轴承的载荷分析1.元件上的载荷分布2.元件上载荷及应力的变化变形载荷固定套圈转动套圈和滚动体杜永平滚动轴承3.轴向载荷对载荷分布的影响角接触轴承在径向力Fr作用下，在滚动体接触线的法线方向产生FNi'杜永平滚动轴承①只有一个滚动体受载时②有多个滚动体受载时杜永平滚动轴承说明：角接触轴承必须在FNi和Fdi的联合作用下工作，为了保持较多的滚动体受载，应使Fa＞Frtanα；

当Fa≈1.25Frtanα时，约有半数的滚动体同时受载；当Fa≈1.7Frtanα时，全部滚动体开始同时受载。杜永平滚动轴承四、滚动轴承的寿命计算1.失效形式及计算准则点蚀：滚动体或内外滚道上产生麻点状剥落坑。计算准则：寿命计算杜永平滚动轴承塑性变形：在静载荷和冲击载荷作用下，滚动体或内外滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑。计算准则：静强度计算。磨损：粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。计算准则：校验极限转速。杜永平滚动轴承2.额定寿命和额定动载荷寿命轴承元件之一出现疲劳点蚀时的转数或工作小时数。额定寿命一批轴承中，10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（106为单位）或工作小时数。用L10表示杜永平滚动轴承基本额定动载荷轴承寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值。用C表示向心轴承，指纯径向载荷Cr；推力轴承，指纯轴向载荷Ca；角接触轴承，指使套圈产生纯径向位移的径向载荷分量。杜永平滚动轴承3.寿命计算ε

——寿命指数球轴承，

ε＝3滚子轴承，ε＝10／3ft

——温度系数低于125℃，ft＝1超过125℃，ft查表13—4106转杜永平滚动轴承4.当量动载荷当量动载荷寿命计算时，把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的载荷用P表示纯径向载荷：P＝Fr纯轴向载荷：P＝Fa径向载荷＋轴向载荷：P＝XFr＋YFa杜永平滚动轴承考虑冲击力、不平衡作用力、惯性力、轴挠曲或轴承座变形产生的附加力P＝fP（XFr＋YFa）fP——载荷系数（查表13—6）X——径向载荷系数（查表13—5）Y——轴向载荷系数（查表13—5）杜永平滚动轴承5.角接触轴承Fr与Fa的计算（1）径向力派生轴向力（2）轴向力杜永平滚动轴承Fae＋Fd2＝Fd1Fa1＝Fa2＝Fae＋Fd2＝Fd1Fae＋Fd2＞Fd1轴承1被压紧：Fa1＝Fae＋Fd2轴承2被放松：Fa2＝Fd2派生轴向力的方向与外加轴向力方向一致的轴承为2号轴承轴承1被放松：Fa1＝Fd1

轴承2被压紧：Fa2＝Fae－Fd1Fae＋Fd2＜Fd1杜永平滚动轴承确定哪个轴承被“放松”、哪个轴承被“压紧”被“放松”轴承：其内部派生轴向力就是该轴承的轴向力。被“压紧”轴承：除本身内部派生轴向力以外所有外部轴向力的代数和就是该轴承的轴向力。总结杜永平滚动轴承要求轴承转动平稳的，S0取大值，以避免局部塑性变形量过大；要求轴承转动平稳性不高的，S0取小值，以发挥最大的静载能力。6.滚动轴承的静载荷基本额定静载荷受载最大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（C0a或C0r）表示P0——当量静载荷P0＝X0Fr＋Y0Fa

X0——当量静载荷的径向载荷系数Y0——当量静载荷的轴向载荷系数静强度

C0≥S0P0

S0——静强度安全系数，查表13—8杜永平滚动轴承五、轴承的组合设计1.保证支承部位的刚性和同心度杜永平滚动轴承2.轴承的配置双支点各单向固定杜永平滚动轴承一个支点双向固定，另一个支点游动适用于：支承跨度大于350mm，且工作温度变化较大的场合游动支承用内外圈非分离型轴承，只要固定内圈游动支承用内外圈可分离型轴承，内外圈都要固定杜永平滚动轴承轴向载荷较大时，固定端可用向心轴承与推力轴承组合在一起的结构人字齿轮本身的轴向限位作用，设计成只保证一根轴相对机座固定，而另一根轴的两个轴承都必须是游动的。两端游动支承杜永平滚动轴承3.滚动轴承的轴向紧固（1）内圈紧固的常用方法弹性挡圈用于轴向力不大及转速不高场合杜永平滚动轴承螺钉固定的轴端档圈用于高转速下承受大轴向力的场合杜永平滚动轴承圆螺母和止动垫圈用于转速高、承受较大轴向力的场合杜永平滚动轴承轴肩定位杜永平滚动轴承套筒定位杜永平滚动轴承（2）外圈紧固的常用方法弹性挡圈用于轴向力不大且需要减小尺寸的场合杜永平滚动轴承轴用弹性档圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固用于带有止动槽的轴承，外壳不便设凸肩且外壳为剖分式结构杜永平滚动轴承轴承盖紧固用于高转速及很大轴向力的场合杜永平滚动轴承用于轴承转速高、轴向载荷大，而不适于使用轴承盖紧固的场合螺纹环紧固杜永平滚动轴承4.轴承游隙的调整端盖下的垫片来调整用圆螺母调整螺纹处有应力集中，对轴强度有削弱杜永平滚动轴承用套筒（杯）与外壳之间的垫片调整杜永平滚动轴承5.滚动轴承的配合平均内径和外径的公差，统一规定用上偏差为零、下偏差为负值的分布杜永平滚动轴承轴承内孔与轴的配合采用基孔制轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制杜永平滚动轴承①工作载荷方向不变时，转动圈紧于不动圈；②转速越高，载荷越大，振动越强烈时应选越紧的配合；③当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时，应选较紧配合；④对开式外壳与轴承外圈宜采用较松的配合；⑤作轴向游动的轴承外圈与支承的外壳孔宜采用较松的配合；⑥温度变化大，考虑轴承各部分的温差和热传导方向，防止内圈与轴松动，外圈与座孔卡死。配合的选用原则杜永平滚动轴承6.滚动轴承预紧提高轴承的旋转精度，增加轴承装置刚性，减小机器工作时轴的振动夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈；弹簧预紧；杜永平滚动轴承夹紧一对磨窄的外圈而预紧；反装时磨窄内圈而预紧一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧；杜永平滚动轴承六、轴承的润滑与密封润滑的目的：1.润滑脂降低摩擦阻力，散热，降低接触应力，吸振，防锈。适用场合适用于dn值较小的场合不便经常加润滑油的地方主要性能指标针入度滴点选择dn值大、载荷小时，应选择针入度较大的润滑脂；反之，选择针入度较小的润滑脂。润滑装置杜永平滚动轴承2.润滑油主要性能指标粘度选择转速越高，选用粘度越低的润滑油；载荷越大，选用粘度越高的润滑油。润滑方式油浴润滑不适合于高速