精密機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)：第16章 滾動(dòng)軸承1

選擇符合工況要求的軸承軸承是標(biāo)準(zhǔn)件主要目的第11章軸承軸承功用支承軸及軸上零件并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度軸承按磨擦形式分滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承：依靠元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)零件，其相對運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦是滾動(dòng)摩擦。組成：

帶有滾道的內(nèi)圈1和外圈2；內(nèi)圈1外圈2滾動(dòng)體3保持架4滾動(dòng)體(球或滾子)3；隔開并導(dǎo)引滾動(dòng)體的保持架4。滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)11.3.1滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn)滾動(dòng)體形狀11.3.2滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn)

基本類型按滾動(dòng)體形狀分，球軸承滾子軸承圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針軸承按承力方向分向心軸承推力軸承向心推力軸承軸承

滾動(dòng)軸承使用性能1承載能力滾動(dòng)軸承的使用性能指標(biāo)力的大小力的方向結(jié)論：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。當(dāng)軸承內(nèi)徑d≤20mm時(shí)，滾子軸承和球軸承的承載能力已相差不多，優(yōu)先選用球軸承。在載荷較大或有沖擊載荷時(shí)宜采用滾子軸承（在相同外形條件下）大小方向結(jié)論：角接觸決定了軸承的受力方向。接觸角α：滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線平面之間的夾角。向心軸承推力軸承徑向接觸軸承：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(shí)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。推力軸承：公稱接觸角α=90°，只能承受軸向載荷。

極限轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承在一定載荷和潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。滾動(dòng)軸承使用性能2提高極限轉(zhuǎn)速的措施：青銅保持架等措施。改善潤滑和冷卻條件采取提高軸承精度調(diào)心軸承的外圈滾道表面是球面，能自動(dòng)補(bǔ)償兩滾道軸心線的角偏差，從而保證軸承正常工作。滾動(dòng)軸承使用性能3θ

角偏差軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會(huì)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。注意：滾針軸承和推力軸承不允許有角偏差解決方法：外圈滾道作成弧面軸承非調(diào)心軸承如何從結(jié)構(gòu)看出軸承的基本特性？看外圈滾道表面是否是球面調(diào)心性承載性承載大小看滾動(dòng)體的類形承載方向看接觸角極限轉(zhuǎn)速看滾動(dòng)體的類型，球＞滾子的看滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈是否有保持架看滾動(dòng)體與內(nèi)外圈是否有滾道國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T292-93中規(guī)定，軸承的代號用字母加數(shù)字表示，由基本代號、前置代號和后置代號三部分構(gòu)成。11.3.2滾動(dòng)軸承的代號

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

號特

殊

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

號五四三二一類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號

前置代號——表示軸承的分部件?；敬枴硎据S承的類型與尺寸等主要特征。后置代號——表示軸承的精度與材料的特征。標(biāo)準(zhǔn)情況，省略代號0001020304～96內(nèi)徑d10121517代號×5基本代號1五四三二一類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號①

常用軸承內(nèi)徑代號基本代號②尺寸系列代號尺寸系列意義：指內(nèi)徑相同時(shí)，軸承有不同的外徑（直徑系列）和不同的寬度（寬度系列）。直徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列代號：窄（0），正常（1）寬（2），“0”可省略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③類型代號用基本代號左起的第一位數(shù)字或字母表示，常用軸承有：6、7、3、5、N等類型?；敬?例

試說明軸承代號61208、7315、的含義。①61208——表示內(nèi)徑為40mm，輕直徑系列，正常寬度結(jié)構(gòu)的深溝球軸承，②7315——表示內(nèi)徑為75mm，中系列，窄寬度角接觸球軸承，深溝球軸承(6)L直線軸承推力球軸承(5)角接觸球軸承(7)圓錐滾子軸承(3)五四三二一類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號基本代號失效形式

a.失效形式滾動(dòng)軸承的受載情況分析軸向載荷Fa徑向載荷Fr滾動(dòng)體所受最大徑向載荷為由各滾動(dòng)體均勻分擔(dān)。Fmax滾動(dòng)體個(gè)數(shù)球軸承：滾子軸承：11.3.3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算Fa只由半圈滾動(dòng)體分擔(dān)。b.滾動(dòng)軸承的失效形式及準(zhǔn)則永久變形磨粒磨損、粘著磨損，

σH≤[σH]和靜強(qiáng)度，當(dāng)n>10轉(zhuǎn)/分時(shí)疲勞點(diǎn)蝕:當(dāng)n≤10轉(zhuǎn)/分靜強(qiáng)度計(jì)算小于極限轉(zhuǎn)速針對失效形式手冊給出了

基本額定靜載荷極限轉(zhuǎn)速基本額定動(dòng)載荷

11.3.4軸承壽命

滾動(dòng)軸承的壽命——單個(gè)軸承，其中一個(gè)套圈或滾動(dòng)體的材料出現(xiàn)第一個(gè)疲勞擴(kuò)展跡象前，一個(gè)套圈相對于另一個(gè)套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)?；绢~定壽命——一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中恰有90％的軸承尚未產(chǎn)生點(diǎn)蝕時(shí)的壽命，用L10(單位為百萬轉(zhuǎn)，即106r)或Lh10[單位為h(小時(shí))]表示。

L10的可靠度

R＝90％。軸承的壽命/（106r）壽命的單位：轉(zhuǎn)，或小時(shí)（一定轉(zhuǎn)速下）相同的載荷條件下

基本額定動(dòng)載荷——指L10恰為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷，用C表示。基本額定動(dòng)載荷大，意味著軸承抗點(diǎn)蝕破壞的能力較強(qiáng)基本額定壽命P－L曲線L/1061C軸承的壽命長短與其所受載荷大小有關(guān)載荷越大，壽命小時(shí)越短。此曲線表示，在可信度為90%時(shí)，軸承壽命計(jì)算

ε為壽命指數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。C為基本額定動(dòng)載荷，對向心軸承為Cr，對推力軸承為Ca，或注意：試驗(yàn)得到C值，此值可以在設(shè)計(jì)手冊中查到P是當(dāng)量載荷，是一與實(shí)際載荷作用效果相當(dāng)?shù)膹较蚧蜉S向載荷。

基本額定壽命P－L曲線L/1061C載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.2～1.8機(jī)床、車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊1.8～3.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等軸承工作溫度(℃)≤120125150175200225250300350溫度系數(shù)ft1.000.950.900.850.800.750.700.60.5沖擊和振動(dòng)條件下，載荷系數(shù)fP當(dāng)t>120℃時(shí)，溫度系數(shù)ft(ft≤l)試驗(yàn)條件與實(shí)際使用條件不同時(shí)，需對試驗(yàn)值進(jìn)行修正：可靠性壽命修正系數(shù)可靠度%9095969798991.00.620.530.440.330.21

當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算

是由軸承實(shí)際所受載荷轉(zhuǎn)換得到的與基本額定動(dòng)載荷C的確定條件及性質(zhì)相同的假想載荷。

P＝XFr＋YFaFr、Fa分別為軸承的徑向載荷及軸向載荷(N)；X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)，向心軸承的C是純徑向載荷，用Cr表示。角接觸軸承的C是所受載荷的徑向分量，也用Cr表示。

推力軸承的C是純中心軸向載荷，用Ca表示。

X、Y值

軸承類型eFa/Fr>eFa/Fr≤eXYXY深溝球軸承（6000）0.1720.190.562.30100.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.301.452.070.341.313.450.381.155.170.421.046.890.441.00

角接觸球軸承

70000C(α=15°)0.1780.380.441.47100.3570.401.400.7140.431.301.070.461.231.430.471.192.140.501.123.570.551.025.350.561.007.140.561.0070000AC(α=25°)－0.680.410.871070000B(α=40°)－1.140.350.5710圓錐滾子軸承（單列）（30000）－1.5tanα0.400.40cotα10向心軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的X、Y值(C0r是軸承的徑向額定靜載荷)向心軸承只承受徑向載荷時(shí),P＝Fr推力軸承(α=90°)，P=Fa

注意：

由于C0r是與具體軸承有關(guān)，只有型號定了才能確定，所以只有先預(yù)先軸承，確定C0r再核算所選軸承的壽命是否滿足要求的壽命。

P＝XFr＋YFa

距離a可查軸承手冊。滾動(dòng)體的載荷方向線與軸線的交點(diǎn)OP＝XFr＋YFa

角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算

a載荷計(jì)算中心(壓力中心)

支反力的作用點(diǎn):此F’表示附加軸向力Fs角接觸軸承由于接觸角的存在，在承受徑向載荷Fr作用時(shí)，會(huì)派生出內(nèi)部軸向力Fs。b內(nèi)部軸向力Fs=Fr／(2Y)Fs＝eFr角接觸球軸承（70000C）圓錐滾子軸承（30000）Fs的作用點(diǎn)及方向：自壓力中心指向遠(yuǎn)離軸承的一方。

即：沿軸線由軸承外圈的寬邊→窄邊。結(jié)論：角接觸軸承通常都是成對使用的，對稱安裝。安裝方式有正裝：兩外圈窄邊相對反裝：兩外圈寬邊相對正裝（面對面）反裝（背靠背）c.軸向載荷計(jì)算由成對使用，正向安裝的兩個(gè)向心角接觸軸承支撐的軸，共受三個(gè)軸向力：Fs1,Fs2和外部軸向力FA

。FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12把軸和內(nèi)圈視為一體，考慮軸系的軸向平衡，就可確定各軸承承受的軸向載荷。軸系有兩種受力情況：FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12⑴若FA+F2s>F1s，由于軸承1的左端已固定，軸不能向左移動(dòng)，即軸承1被壓緊，由力的平衡條件得軸承1（壓緊端）承受的軸向載荷軸承2（放松端）承受的軸向載荷⑵若FA+Fs2<Fs1，即Fs1-FA>Fs2，則軸承2被壓緊，由力的平衡條件得結(jié)論：放松端軸承的軸向載荷等于它本身的內(nèi)部軸向力，壓緊端軸承的軸向載荷等于除本身內(nèi)部軸向力外其余軸向力的代數(shù)和。軸承1（放松端）承受的軸向載荷:軸承2（壓緊端）承受的軸向載荷:FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12(a)由FA+Fs2>Fs1，軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，

Fa1=FA+Fs2=2500N

Fa2=F2s=500N答(b)由于FA+F2s<Fs1，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”，

Fa1=Fs1=3000N

Fa2=Fs1-FA=1000NFrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12若FA反向時(shí)，情況如何？請自行分析思考。例：判斷壓緊和放松軸承及各軸承軸向力的大小。選擇軸承的方法：分析軸的受力求出支反力求出派生軸向力Fs=Fr／(2Y)Fs＝eFr7000030000

根據(jù)受力情況預(yù)選軸承，以確定C0r和C根據(jù)表11-8確定X，YFrFr1Fr2Fs1Fs2FA正裝12

根據(jù)求出當(dāng)量載荷軸承的計(jì)算已知P和型號計(jì)算壽命已知壽命和載荷確定型號注意：比較計(jì)算得到的C和手冊上查到的C，只有當(dāng)手冊上的C大于計(jì)算的C時(shí)說明試選正確。例

某支承根據(jù)工作條件決定選用6300系列的深溝球軸承。軸承所受徑向載荷Fr=5500N，軸向載荷Fa=2700N，軸承轉(zhuǎn)速n=1250r/min，裝軸承處的軸徑可在50~60mm范圍內(nèi)選擇。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊、工作溫度為100℃，預(yù)期壽命Lh=5000h，試確定該軸承型號。解⑴初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

Fa/Fr=2700/5500=0.49查表11-8，深溝球軸承的最大e

值為0.44，故Fa/Fr>e，由此得X=0.56，Y

值需在已知型號后，根據(jù)

Fa/C0r的值查表才能得到，現(xiàn)暫選一近似中間值Y=1.5。則

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.5×2700=7130N⑵計(jì)算軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷為Crca查表11-9和11-12得ft=1，fP=1.2，又ε=3，需要的壽命為Lh⑶初選軸承型號查表11-16，初步選擇Cr=61800N的6310軸承，其基本額定靜負(fù)荷C0r=38000N。⑷驗(yàn)算并確定軸承型號①求e

和Y

值12.3Fa/C0r=12.3×2700/38000=0.874，在表11-8中，介于0.689~1.03之間，e在0.26~0.28之間，軸向載荷系數(shù)Y

應(yīng)在1.71~1.55之間，用線性插值法求Y

值。②計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.62×2700=7454N③驗(yàn)算6310軸承的壽命，計(jì)算出的壽命Lh即低于預(yù)期壽命。故改選6311軸承，Cr=71500N，C0r=44800N。④驗(yàn)算6311軸承的壽命求e

和Y

值12.3Fa/C0r=12.3×2700/44800=0.741，在表11-8中，介于0.689~1.03之間，e在0.26~0.28之間，軸向載荷系數(shù)Y

應(yīng)在1.71~1.55之間，用線性插值法求Y

值。滿足要求，故選擇6311軸承。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.686×2700=7632.2N驗(yàn)算6311軸承的壽命，11.3.5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

兩端固定一端固定、一端游動(dòng)組合設(shè)計(jì)軸向的固定軸承游隙的調(diào)整和預(yù)緊軸承的潤滑與密封兩端游動(dòng)兩端固定兩角接觸球軸承組合一端固定一端游動(dòng)兩深溝球軸承組合人字齒輪傳動(dòng)兩端游動(dòng)支承兩端軸承的固定均不限制軸的軸向串動(dòng)，均為游動(dòng)支承。游隙預(yù)緊方法:金屬墊片螺紋端蓋推壓軸承外圈彈簧推壓外圈不等長套筒預(yù)緊的根本途徑是：內(nèi)外圈發(fā)生軸向相對移動(dòng)注意：預(yù)緊使軸承的載荷增大，預(yù)緊量過大，軸承在工作時(shí)的磨損和發(fā)熱也大大增加，軸承壽命相應(yīng)降低45End學(xué)期總結(jié)簡支梁PABRARBABFMAFAyFAx懸臂梁TP’游動(dòng)端采用內(nèi)、外圈不可分離的軸承時(shí)，只需固定軸承內(nèi)圈，而讓外圈可以在軸承座孔內(nèi)自由游動(dòng)；當(dāng)采用內(nèi)、外圈可分離的軸承時(shí)，軸承的內(nèi)、外圈均需固定，此時(shí)靠滾子與套圈間的游動(dòng)來保證軸的自由伸縮。答(a)由于FA+F2′<F1′，軸承2被“壓