第十二章 滾動軸承,12-1 滾動軸承的構造和類型,12-2 滾動軸承的代號,12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則,12-4 滾動軸承的壽命計算,12-5 滾動軸承的靜強度計算,12-6 滾動軸承的極限轉速,12-7 滾動軸承的組合設計,12-8 滾動軸承的潤滑與密封,主講：胡昌軍,12-1 滾動軸承的構造和類型,滑動軸承概述1,軸承的作用： 用來支承軸。,按摩擦性質的不同分為：,滑動軸承,滾動軸承：,12-1 滾動軸承的構造和類型,一、滾動軸承的構造和材料,滾動軸承是標準件，主要掌握,裝在軸上。,裝在軸承座孔中。,在兩套圈之間滾動并傳遞載荷。,將滾動體均勻隔開。,滾動軸承的特點：旋轉精度高、啟動力矩小、是標準件，選用方便。,實際中應用非常廣泛。,1. 構造,(各類滾動體),滾動軸承的構造和類型,2. 材料,內、外套圈和滾動體：,用滾動軸承鋼（GCr15、GCr15SiMn等）制造。淬火后表面硬度可達5866HRC。,保持架：,用比較軟的低碳鋼、銅合金、鋁或塑料制造。,二、滾動軸承的類型,運轉靈活，但承載能力低。,承載能力高，運轉不如球軸承靈活。,調心軸承：,允許內外圈偏轉角較大的軸承。,可分離型軸承：具有可分離部件的軸承。,構造和類型1,構造和類型2,接觸角, 按可承受的載荷方向不同，滾動軸承分為三類：,能同時承受徑向力和較大的軸向力,主要用來承受軸向力,主要用來承受徑向力,徑向接觸軸承,向心角接觸軸承,軸向接觸軸承,接觸角：滾動體的載荷方向線與軸承徑向平面之間的夾角。,，承受軸向力的能力。,滾動軸承的構造和類型,滾動軸承的構造和類型,1. 徑向接觸軸承,主要有：深溝球軸承（6） 、調心球軸承（1） 、調心滾子軸承（2） 、圓柱滾子軸承（N、NU）和滾針軸承（NA)等。,各類軸承的性能、特點見表121。,深溝球軸承（6）,圓柱滾子軸承（N、NU）,調心球軸承（1）,構造和類型3,構造和類型4,推力球軸承（5）,角接觸球軸承（7）,圓錐滾子軸承（3）,更多的滾動軸承,虛擬現(xiàn)實中的滾動軸承,滾動軸承的構造和類型,2. 向心角接觸軸承,主要有兩種：角接觸球軸承（7）和圓錐滾子軸承（3） 。,單個向心角接觸軸承只能承受一個方向的軸向力，限制軸一個方向的軸向移動。,通常，成對使用，反向安裝。,2. 軸向接觸軸承,常用的有：推力球軸承（5）和推力圓柱滾子軸承（8）。,構造和類型5,三、滾動軸承類型的選擇,選擇軸承類型時主要考慮以下問題：,1）載荷方向；,當FA很大時，選 6（N）5（8）組合使用。,當FA較小時，可選 6類。,滾動軸承的構造和類型,12-2 滾動軸承的代號,12-2 滾動軸承的代號,滾動軸承代號構成：,一、基本代號,用代號表示軸承的結構、尺寸、類型、精度等內容，并打印在軸承上。,2）內徑代號：,（見表124）,1）類型代號： 見表121。常用 6、7、3、5、N等類型，,代號2,1）公差等級代號：,分為 /P0 、/P6 (/P6x) 、 /P5 、/P4 、 /P2 共五級。,游隙分為： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 共六個組別。,滾動軸承的代號,3）尺寸系列代號,直徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。,寬度系列為正常寬度時，代號為“0”，省略不標。,尺寸系列：指內徑相同時，軸承有不同的外徑 （稱為直徑系列）和不同的寬度（稱為寬度系列）。,二、后置代號,（見表123）,2）游隙代號：,游隙：指一個套圈相對于另一個套圈，沿徑向或沿軸向，從一個極限位置到另一個極限位置的移動量。,（見表126）,代號3,3）內部結構代號：,（見表125）,4）配置代號：,滾動軸承的代號,滾動軸承的代號,6308：,深溝球軸承，3中系列，內徑d=40mm， 公差為0級，游隙為0組；,N105/P53：,圓柱滾子軸承，1特輕系列，內徑d=20mm，公差為5級，游隙為3組；,7214AC/P4：,7角接觸球軸承，2輕系列，內徑d=70mm，公差為4級，游隙為0組，公稱接觸角=15；,30213：,圓錐滾子軸承，2輕系列，內徑d=65mm，公差為0級，游隙為0組；,注：遇到看不懂的代號時，查閱GB/T272-93。,例：,代號4,12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則,12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則,滾動軸承工作時，在 FR 作用下通常只有半圈滾動體受載。,工作時，軸承中各個元件所受載荷及應力是變化的。,詳細分析,球軸承：,滾子軸承：,滾動體所受最大載荷為：,一、滾動軸承的載荷分布,二、滾動軸承的失效形式和計算準則,主要失效形式有：,1）疲勞點蝕： 是最常見的失效形式。,滾動體和套圈滾道承受循環(huán)接觸應力。,點蝕使軸承產生振動和噪音而失效。,失效形式和計算準則,2）塑性變形：,對于轉速很低或間歇擺動的軸承，會因過大的載荷或沖擊載荷，使?jié)L動體或內、外圈滾道產生塑性變形，形成不均勻的凹坑。,3）磨粒磨損、粘著磨損（膠合）,多塵條件下工作的軸承，易產生磨粒磨損。,潤滑不良的高速軸承，易產生粘 著磨損（膠合） 。,更多的失效,磨損,膠合,計算準則：,1）轉速較高的軸承，主要失效形式為“點蝕”，需進行壽命計算。,2）轉速很低或擺動的軸承，主要失效形式為塑性變形，需計算靜強度。,3）高轉速軸承，主要失效形式為粘著磨損，需校核極限轉速。,滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則,12-4 滾動軸承的壽命計算,一、基本概念,1）滾動軸承的壽命：是指軸承中的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點蝕之前，兩套圈的相對總轉數(shù)或在一定轉速下的運轉小時數(shù)。,軸承壽命的離散性是相當大的（見右圖）。,2）基本額定壽命：指一批相同的軸承，在相同的條件下運轉，其中恰有90的軸承尚未產生點蝕時的壽命，用 L10 或 Lh10表示。,3）基本額定動載荷： 指L10恰為 106 轉時，軸承所能承受的最大載荷，用 C 表示。,軸承的壽命/（106r）,L10 的可靠度 R90。,徑向接觸軸承的 C 是徑向載荷，用 Cr表示。,向心角接觸軸承的 C 是所受載荷的徑向分量，也用 Cr 表示。,軸向接觸軸承的 C 是中心軸向載荷，用 Ca表示。,12-4 滾動軸承的壽命計算,滾動軸承的壽命計算2,二、軸承壽命計算,（124）,常以設備的中修期或大修期作為軸承的設計壽命。,各類機器中軸承的預期壽命參見表129,滾動軸承的壽命計算,fT溫度系數(shù)，用于計入溫度對C值的影響，查表127；,fP載荷性質系數(shù)，用于計入沖擊、振動對載荷的影響，表128。,所選軸承的基本額定動載荷應不小于下式計算的C值。,（125）,滾動軸承的壽命計算3,式中：FR 、FA 分別為軸承承受的徑向載荷和軸向載荷；,X 、Y 分別為軸承的徑向載荷系數(shù)與軸向載荷系數(shù) (查表1210）,四、向心角接觸軸承的軸向載荷計算,o,1. 載荷計算中心,滾動體的載荷方向線與軸線的交點 o 即為軸承的載荷計算中心（支反力的作用點）。,距離 a 可查軸承手冊。,2. 內部軸向力,在徑向力FR作用下，產生內部軸向力 Fs。,滾動軸承的壽命計算,三、當量動載荷,是由軸承實際所受載荷轉換得到的與基本額定動載荷 C 的確定條件及性質相同的假想載荷，用 FP 表示。,滾動軸承的壽命計算4,內部軸向力 Fs與徑向力 FR 成正比。,見表（1211）。,Fs的方向：沿軸線由軸承外圈的寬邊窄邊。,3. 軸向載荷計算,正裝,反裝,滾動軸承的壽命計算,滾動軸承的壽命計算5,正裝,詳細分析,由成對使用，反向安裝的兩個向心角接觸軸承支撐的軸，共受三個軸向力：Fs1、Fs2 和外部軸向力 Fx 。,已知三個軸向力的大小和方向時，可按下列方法計算軸承的軸向載荷 FA。,1,2,滾動軸承的壽命計算,1）根據(jù)三個軸向力的合力方向，判斷軸承的 “放松”、“壓緊”狀態(tài) ；,2）被“放松”軸承的 FA 等與自身的內部軸向力；,3）被“壓緊”軸承的 FA 等與除自身內部軸向力以外，其余各軸向力的代數(shù)和。,當Fs2FxFs1時，軸承 2 被“壓緊” ，軸承 1 被“放松” 。,則,例如：,FA1Fs1,FA2Fs1Fx,滾動軸承的壽命計算6,向心推力軸承的軸向載荷FA也可按下述方法計算：,滾動軸承的壽命計算,2）比較自身的內部軸向力與該合力的大小，較大者為該軸承的軸向載荷。,1）按代數(shù)值計算另一軸承的內部軸向力與外部軸向力Fx的合力；,就某一個軸承而言：,（Fx 與Fs2同向取“+”；反向取“”）,（Fx 與Fs1同向取“+”；反向取“”）,即：,當Fs2FxFs1時，,FA1Fs2Fx,FA1Fs1,當Fs2FxFs1時，,當Fs1FxFs2時，,FA2Fs1Fx,FA2Fs2,當Fs1FxFs2時，,對軸承1：,對軸承2：,例如：,滾動軸承的壽命計算7,五、同一支點成對安裝同型號向心角接觸軸承的計算,此種情況按雙列軸承計算，雙列軸承的基本額定動載荷 C 和基本額定靜載荷 C0 為根據(jù)單個軸承的 C 和 C0 計算：,角接觸球軸承：,圓錐滾子軸承：,滾動軸承的壽命計算,六、不穩(wěn)定載荷下的軸承壽命計算,將不穩(wěn)定的載荷和轉速，轉化成平均當量動載荷和平均轉速后，進行計算。公式見P280。,系數(shù) X、Y按雙列軸承選取。,滾動軸承的壽命計算8,七、不同可靠度的軸承壽命,基本額定壽命Lh10的可靠度為90%。但是，重要機器中的軸承，往往對可靠度有更高的要求。,某個可靠度下的壽命：,式中：可靠性系數(shù)，見表1212。,可靠性系數(shù) (GB/T6391-1995),滾動軸承的壽命計算,12-5 滾動軸承的靜強度計算,12-5 滾動軸承的靜強度計算,對于轉速很低或緩慢擺動的軸承，為防止塑性變形失效，需計算軸承的靜強度。,當量靜載荷 FP0,FP0 = X0FR+Y0FA,式中：X0、Y0為靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷系數(shù)，查表1213。,基本額定靜載荷 C0使軸承中受載最大滾動體的接觸應力達到下列規(guī)定值的載荷（球軸承：4200MPa；調心軸承：4600MPa； 滾子軸承：4000MPa）。,徑向接觸軸承的 C0 是徑向載荷。,向心角接觸軸承的 C0 是所受載荷的徑向分量。,軸向接觸軸承的 C0 是中心軸向載荷。,注：如計算的 FP0FR，取FP0FR。,靜強度條件為：,式中：S0靜強度安全系數(shù)，查表1214。,FP0 ,12-6 滾動軸承的極限轉速,12-6 滾動軸承的極限轉速,極限轉速：在一定載荷和潤滑條件下，軸承所允許的最高轉速。,軸承樣本和手冊中，列出了特定條件下的極限轉速 nlim。,實際工作條件下的極限轉速： nmax f1 f2 nlim,式中：f1載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對極限轉速的影響，見圖1214。,f2載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對極限轉速的影 響，見圖1215。,滾動軸承尺寸的選擇,滾動軸承尺寸的選擇,滾動軸承尺寸選擇的過程,確定軸承所承受的FR與FA,計算軸承應滿足的基本額定動載荷,12-7 滾動軸承的組合設計,軸承的組合設計實際上就是如何在機器中合理的使用軸承。組合設計中主要應考慮以下幾個方面的問題：,一、滾動軸承軸系的固定,通過軸承與軸和軸承座之間的聯(lián)接固定，使軸系在機器中有確定的位置。,12-7 滾動軸承的組合設計,要求：1）使軸上的載荷能可靠的傳到機架上去，防止軸沿軸向串動。,2）受熱膨脹時，軸能自由伸縮。,典型的軸系固定方法主要有三種：,1. 兩端固定支承,一端軸承的固定只限制軸沿一個方向的串動，另一端軸承的固定限制另一方向的串動，兩端軸承的固定共同限制軸的雙向串動。,(圖12-18),組合設計2,滾動軸承的組合設計,對于深溝球軸承，應留熱補償間隙 0.250.4mm,特點：結構簡單，安裝調整容易，適用于溫度變化不大的短軸。,2. 一端固定一端游動支承,(圖12-19),一端軸承的固定即限制軸的雙向串動；另一端軸承不固定，為游動支承。,特點：軸的位置準確，但結構較復雜，適用于溫度變化大的長軸。,滾動軸承的組合設計,組合設計3,組合設計4,3. 兩端游動支承,(圖12-20),兩端軸承的固定均不限制軸的軸向串動，均為游動支承。,例如：人字齒圓柱齒輪傳動中的小齒輪軸必須采用兩端游動支承。但大齒輪的軸向位置必須固定。,二、滾動軸承組合結構的調整,1. 軸系軸向位置的調整,目的：使軸上零件有準確的位置。,例如：蝸輪的中間平面應通過蝸桿軸線；兩個錐齒輪的錐頂要重合。,(圖12-21),滾動軸承的組合設計,2. 軸承游隙的調整,(圖1221、1222),游隙大小直接影響軸的旋轉精度、軸承的載荷分布以及壽命等。,圓錐滾子軸承的游隙是在安裝時保證的。,組合設計5,徑向接觸軸承的游隙是在制造時保證的。,滾動軸承的組合設計,組合設計6,三、滾動軸承的預緊,更多說明,預緊：用某種方法使軸承中產生并保持一定的軸向力，以消除軸承的游隙。,目的：提高軸承的旋轉精度，提高軸承裝置的剛度、減小軸的振動。,方法：,(圖12-23),1）磨窄內圈或外圈，安裝時在磨窄的套圈外側施加軸向力。,2）采用襯墊。,(圖12-24),3）內、外圈加長度不同的間隔套或用墊片預緊。,(圖12-25),4）加彈簧。,(圖12-26),滾動軸承的組合設計,四、滾動軸承的配合,滾動軸承的配合是指內圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。,內圈孔與軸的配合為基孔制，外圈與軸承座孔的配合為基軸制。,詳細說明,轉動套圈的配合應緊一些，不動套圈的配合應松一些。,轉速高、載荷大、振動強烈時，配合應緊；游動套圈配合應松。,五、滾動軸承的安裝與拆卸,裝拆滾動軸承時，不能通過滾動體來傳力，以免造成滾道或滾動體的損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時以使用專門的工具為宜。,更多圖片,配合過盈量小的中、小型軸承可用手錘打入或壓力機壓入；,(圖12-27),(圖12-28),滾動軸承的組合設計,組合設計7,組合設計8,錯誤的施力,正確的施力,配合過盈量大的軸承常用溫差法裝配。,滾動軸承的組合設計,滾動軸承的安裝尺寸與拆卸,拆卸槽,12-8 滾動軸承的潤滑與密封,一、滾動軸承的潤滑,1