軸承的選用與常識版

1、軸承的選用與常識滾動軸承的要點(diǎn)滾動軸承是一種精密的機(jī)械支承元件，軸承用戶深切希望裝在主機(jī)上的軸承能夠在預(yù)定的使用期內(nèi)不致?lián)p壞并保持其動態(tài)性能，但客觀事實(shí)有時(shí)并非盡如人意，突發(fā)的軸承失效事故會給用戶造成重大損失。通過大量的滾動軸承失效分析研究表明，軸承短壽或過早的喪失精度，有的是由于材料缺陷或制造不當(dāng)所致， 但在相當(dāng)大的程度上是由于沒有嚴(yán)格按照軸承使用要求進(jìn)行安裝、維護(hù)，或者是軸承選型不當(dāng)或?qū)嶋H載荷超過軸承本身的額定載荷等原因造成軸承的非正常損壞，例如，軸承零件的疲勞剝落在很大程度上就是因?yàn)闈櫥椭谢煊须s質(zhì)引起的?？梢姡雽?shí)現(xiàn)滾動軸承具有更長的壽命和精度保持期，除要求軸承制造廠家提高產(chǎn)品質(zhì)量外

2、，軸承用戶也必須用科學(xué)的方法和程序使用軸承，否則，再好的軸承也會在惡劣的隨意的使用條件下夭折。第一章滾動軸承的選擇和代用1. 選擇的方法和步驟能否正確選用滾動軸承，對主機(jī)能否獲得良好的工作性能，延長使用壽命；對企業(yè)能否縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用，提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計(jì)制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動軸承時(shí)都必須高度重視。一般來說，選擇軸承的步驟可能概括為：根據(jù)軸承工作條件 ( 包括載荷方向及載荷類型、轉(zhuǎn)速、潤滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等) ，選擇軸承基本類型、公差等級和游隙；根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計(jì)算

3、確定軸承型號，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號，再驗(yàn)算壽命；驗(yàn)算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良壽命和載荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級和游隙工求的最終方案。2. 類型選擇各類滾動軸承具有不同的特性，適用于各種機(jī)械的不同使用情況。選擇軸承類型時(shí)，通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下： 對承受推力載荷時(shí)選用推力軸承、角接觸軸承，對高速應(yīng)用場合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時(shí)，則選用滾子軸承。 總之，選用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選用合適的類型。軸承所占機(jī)械的空間和位置：在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸

4、選擇滾動軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當(dāng)軸承在機(jī)器的直徑方向受到限制時(shí)，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當(dāng)軸承在機(jī)器的軸向位置受到限制時(shí)，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)：載荷是選用軸承的最主要因素。 滾子軸承用于承受較重的載荷， 球軸承用于承受較輕的或中等載荷， 滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動載荷。 在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力球軸承； 承受較大的純軸向載荷時(shí)，可選用推力滾子軸承。當(dāng)軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時(shí)，一般選用

5、角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。軸承的調(diào)心性能：當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不同，有角度誤差，或因軸的兩支軸承間距較大而軸的剛性較小，容易受力彎曲或傾斜時(shí)，可選用具有良好調(diào)心性能的調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承，以及外球軸承。此類軸承在軸稍微傾斜或彎曲情況下，能保持正常工作。軸承調(diào)心性能的好壞，與其允許的不同軸度有關(guān)，不同軸度值愈大，調(diào)心性能愈好。軸承的剛性：軸承的剛性，是指軸承產(chǎn)生單位變形所需力之大小。滾動軸承的彈性變形很小，在大多數(shù)機(jī)械中可以不必考慮，但在某些機(jī)械中，如機(jī)床主軸，軸承剛性則是一個(gè)重要因素，一般應(yīng)選用圓柱和圓錐滾子軸承。因?yàn)檫@兩類軸承在承受載荷時(shí)，其滾動體與滾道屬于點(diǎn)接觸，剛性較差。另外，各

6、類軸承還可以通過預(yù)緊，達(dá)到增大支承剛性的目的。如角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，為防止軸的振動，增加支承剛性，往往在安裝時(shí)預(yù)先施加一定的軸向力，使其相互壓緊。這里特別指出：預(yù)緊量不可過大。過大時(shí)，將使軸承摩擦增大，溫升增高，影響軸承使用壽命。軸承的轉(zhuǎn)速：每一個(gè)軸承型號都有其自身的極限轉(zhuǎn)速，它是由諸如尺寸、類型及結(jié)構(gòu)等物理特性所決定的，極限轉(zhuǎn)速是指軸承的最高工作轉(zhuǎn)速( 通常用 r min) ，超過這一極限會導(dǎo)致軸承溫度升高，潤滑劑干枯，甚至使軸承卡死。用節(jié)圓直徑 D乘以軸旋轉(zhuǎn)速度 ( 單位 r/min) 得出一極限轉(zhuǎn)速因素 (DN)，DN在選擇軸承類型和尺寸時(shí)十分重要。 大多數(shù)軸承制造廠家的產(chǎn)品目錄

7、都提供其產(chǎn)品的極限轉(zhuǎn)速值，實(shí)踐證明，在低于極限轉(zhuǎn)速90%的狀態(tài)下工作是比較好的。潤滑方式的影響：脂潤滑軸承的極限轉(zhuǎn)速比油潤滑軸承的極限轉(zhuǎn)速低，軸承的供油方式對可達(dá)到的極限轉(zhuǎn)速有影響。必須注意，對脂潤滑軸承，其極限轉(zhuǎn)速一般僅是該軸承采用一個(gè)高質(zhì)量的重復(fù)循環(huán)油系統(tǒng)時(shí)的極限轉(zhuǎn)速的 80%，但對油霧潤滑系統(tǒng)，其極限轉(zhuǎn)速一般比相同的基本潤滑系統(tǒng)高50%。保持架的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也影響軸承的極限轉(zhuǎn)速， 因?yàn)闈L動體與保持架表面是滑動接觸，用比較貴的、設(shè)計(jì)合理的、以高質(zhì)量和低摩擦材料制成的保持架，不僅可將滾動體隔開來，而且有助于維持滑動接觸區(qū)的潤滑油膜。但象沖壓保持架之類價(jià)格低廉的保持架，通常只能使?jié)L動體保持分離。

8、因此，它們存在著易出事故和令人苦惱的滑動接觸，從而導(dǎo)致更低的極限轉(zhuǎn)速。一般來說 在較高轉(zhuǎn)速的工作場合下，宜選用深溝球軸承、角接觸軸承、圓柱滾子軸承；在較低轉(zhuǎn)速工作場合下，可選用圓錐滾子軸承。 圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，一般約為深溝球軸承的 65%，圓柱滾子軸承的 70%，角接觸球軸承的 60%。推力球軸承的極限轉(zhuǎn)速低，只能用于較低轉(zhuǎn)速的場合。對于同一類軸承，尺寸愈小，允許轉(zhuǎn)速愈高。在選用軸承時(shí)，應(yīng)注意要使實(shí)際轉(zhuǎn)速低于極限轉(zhuǎn)速。軸承游動和軸向位移：通常情況下，一個(gè)軸用兩個(gè)軸承相隔一定的距離給予支承。為了適應(yīng)軸和外殼不同程度的熱漲影響，安裝時(shí)應(yīng)將一個(gè)軸承在軸向固定，另一個(gè)軸承使之在軸上可以游動( 即

9、游動支承 ) ，以防止因軸的伸長或收縮引起的卡死現(xiàn)象。 游動支承通常選用內(nèi)圈或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承 ( 原 2000 型、32000 型) 和滾針軸承 ，這主要是此類軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)允許軸與外殼有適當(dāng)軸向位移的緣故。此時(shí)，內(nèi)圈與軸，外圈與外殼孔可采用緊配合。當(dāng)采用不可分離型軸承做游動支承時(shí)， 如深溝球軸承、調(diào)心滾子軸承，在安裝中必須允許外圈與外殼孔，或內(nèi)圈與軸采用較松配合，使之軸向可自由游動。圓錐滾子軸承、 調(diào)心滾子軸承和深溝球軸承基本上屬于定位型， 當(dāng)用作非定位時(shí)則采用松配合安裝。所有推力滾子軸承均屬定位型軸承。便利于軸承的安裝和拆卸： 選用軸承類型時(shí)，對軸承安裝拆卸是否方便，亦必須考慮周全

10、，特別是對大型和特大型軸承的安裝和拆卸尤為重要。一般的外圈可分離的角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承和滾針軸承，安裝拆卸比較方便，它們的內(nèi)圈和外圈可分別裝于軸上或殼體孔內(nèi)。此外，內(nèi)徑帶圓錐孔的，帶緊定套的調(diào)心滾子軸承、雙列圓柱滾子軸承和調(diào)心球軸承，也比較容易安裝拆卸。除上述因素外，還應(yīng)考慮軸承的工作環(huán)境溫度、 軸承密封及對摩擦力矩、振動、噪聲等的特殊要求。1. 游隙選擇游隙是滾動軸承能否正常工作的一個(gè)重要因素，分為軸向游隙和徑向游隙。選擇適當(dāng)?shù)挠蜗?，可使載荷在軸承滾動體之間合理分布；可限制軸( 或外殼 ) 的軸向和徑向位移，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度；能使軸承在規(guī)定的溫度下正常工作；減少振動和噪聲

11、，有利于提高軸承的壽命。因此。在選用軸承時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)妮S承游隙。選擇軸承游隙時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1. 軸承的工作條件，如載荷、溫度、轉(zhuǎn)速等；2. 對軸承使用性能的要求 ( 旋轉(zhuǎn)精度、摩擦力矩、振動、噪聲 ) ；3. 軸承與軸和外殼孔為過盈配合時(shí)導(dǎo)致軸承游隙減??；4. 軸承工作時(shí)，內(nèi)外套圈的溫度差導(dǎo)致軸承游隙減??；5. 因軸和外殼材料的膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致軸承游隙減小或增大。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn) ，球軸承最適宜的工作游隙為近于零； 滾子軸承應(yīng)保持有少量的工作游隙。 在要求支承剛性良好的部件中，軸承允許有一定數(shù)值的預(yù)緊力。這里特別指出，所謂工作游隙，是指軸承在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的游隙。還有一種游隙叫原始

12、游隙，是指軸承未安裝前的游隙。原始游隙大于安裝游隙。我們對游隙的選擇，主要是選擇合適的工作游隙。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的游隙值分為三組：有基本組 (0 組) 、小游隙輔助組 (1 、2組) 和大游隙輔助組 (3 、4、5 組) 。選擇時(shí)，在正常工作條件下，宜優(yōu)先選用基本組，便可使軸承得到合適的工作游隙。當(dāng)基本組不能滿足使用要求時(shí)，則應(yīng)選用輔助組游隙。大游隙輔助組適用于軸承與軸和外殼孔采用過盈配合，軸承內(nèi)外圈溫差較大，深溝球軸承需要承受較大軸向負(fù)荷或需改善調(diào)心性能，心及要求提高極限轉(zhuǎn)速和降低軸承摩擦力矩等場合；小游隙輔助組適用于要求較高的旋轉(zhuǎn)精度、需嚴(yán)格控制外殼孔的軸向位移，以及需減少振動和噪聲的場合。各

13、類軸承的徑向游隙見國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2. 公差等級選擇軸承的公等級，主要是根據(jù)軸對支承的旋轉(zhuǎn)精度要求來確定的。一般情況下，例如具有大嚙合公差的正齒輪減速器，可用PO級軸承，但某些對旋轉(zhuǎn)精度有嚴(yán)格要求或轉(zhuǎn)速很高的軸，如高精度、小跳動的機(jī)床主軸則選用高于 PO級的軸承。采用公差等級高的軸承時(shí)， 其軸的外殼的制造公差應(yīng)與軸承公差等級相適應(yīng)，并應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。3. 壽命和可靠性的計(jì)算要求的使用壽命 L 是按照期望設(shè)備能工作的總累計(jì)時(shí)間來確定的， 常用單位是工作小時(shí)數(shù)，壽命的計(jì)算也可用軸承總的轉(zhuǎn)數(shù)表示，在計(jì)算使用壽命過程中，各種工作狀態(tài)都必須考慮。設(shè)備工作是八小時(shí)一班制或工作日制？它是否整天連續(xù)使用

14、？它是否頻繁啟?；蛞坏﹩泳烷L期工作？維修費(fèi)用、概率壽命及報(bào)廢也必須加以考慮，是設(shè)備長期使用后更換還是定期修理 ( 包括更換軸承 ) 費(fèi)用上更節(jié)省？當(dāng)然，在決定所要求的壽命 L 時(shí)，軸承的可靠性是一個(gè)主要考慮因素， 在軸承工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的可靠性水平通常規(guī)定為 90%，那就是說，以大量在相同應(yīng)用場合下工作的軸承中，有 90%的軸承在達(dá)到所選定的軸承工作壽命 (L 壽命 ) 時(shí)仍保持完好，如果要求失效率低，則要求的壽命 L 需加修正。提高軸承可靠性，使其比 90%的可靠性更高，可用降低 10%失效率標(biāo)準(zhǔn)軸承的使用壽命來解決。換言之，如果想獲得更高的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)軸承的壽命必須降低。例如：對一個(gè)可靠性為

15、96%的軸承，必須定義軸承壽命為 L，而不是 L。在不增大軸承尺寸的情況下，你必須把原 L 軸承壽命降低。在后面我們將給出給定軸承的設(shè)計(jì)動態(tài)承載能力，它是速度、軸承實(shí)際載荷及設(shè)計(jì)壽命的函數(shù)。在給定的應(yīng)用場合下，速度和實(shí)際載荷是給定的，因此動態(tài)承載能力是設(shè)計(jì)壽命的函數(shù)。為了把可靠性提高到 96%，你可加大軸承的外形尺寸，從而達(dá)到工作可靠性為 90%時(shí)的同樣水平，也就是說你可以提高其動態(tài)承載能力，使它高于 90%的可靠性所需要的值，這就需選擇一個(gè)更大的軸承。例如，如果你要求軸承的居載能力失效率為 4%，工作壽命超過 1000 小時(shí)，為實(shí)現(xiàn)這些要求， 表上給出的壽命修正百分比為正常 L 軸承壽命的

16、53%。用所要求的壽命除以修正百分比，這樣可得 L 為：1000/0 。53=1887(h) 。這個(gè)結(jié)果表明：為得到 96%可靠性所要求 1000 小時(shí)壽命，對應(yīng) 90%可靠性的軸承壽命把它引入動態(tài)承載能力方程用以計(jì)算軸承尺寸是有價(jià)值的。4. 載荷和當(dāng)量載荷的計(jì)算為了確定滿足要求的軸承額定載荷， 必須考慮到設(shè)備所要承受的所有的力，以及在其給定周期每個(gè)力作用在軸承上的相應(yīng)時(shí)間。軸承所經(jīng)受的各種情況或工作條件可以列成表格形式。注意，此處軸承載荷單位用 N，轉(zhuǎn)速單位用 r/min ，在軸承預(yù)定的壽命時(shí)間內(nèi)每種情況的有效作用時(shí)間百分比表達(dá)。這些可簡化成當(dāng)量載荷 P，然后，每種情況用適當(dāng)?shù)姆匠虂頉Q定當(dāng)量

17、載荷。需特別注意，軸承承受重載荷，但不運(yùn)動這樣的工作條件格外危險(xiǎn)，因?yàn)樵跐L動體和套圈上容量形成微小壓痕，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，就象汽車輪胎滾過坑洼一樣。這種象洼坑一樣的小壓痕在工作過程中能夠很快發(fā)展成點(diǎn)蝕，從而導(dǎo)致軸承失效。另一個(gè)極端條件恰好相反，即高速但承受載荷甚小。此時(shí)若不施加預(yù)載荷，滾動體在滾道上滑動很大，這會導(dǎo)致快速過熱、潤滑劑分解破壞以及永久性損傷。在軸承選擇中經(jīng)常被忽略考慮的一個(gè)重要載荷就是設(shè)備本身產(chǎn)生的徑向力和軸向力。 齒輪的重量和其他零部件的張力甚至軸的重量級都是應(yīng)加入總載荷的重要的力。5. 確定需要的額定載荷容量6. 外形限制對要求的額定載荷一旦確定了最終值， 你必須考慮軸承安裝所需的外形尺寸，包括這里所考慮的軸承的安裝及固定。以及與具有所要求額定載荷的