第11章-滾動(dòng)軸承

第11章滾動(dòng)軸承Rolling-contactBearings教學(xué)內(nèi)容§11-1

滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和特點(diǎn)§11-2

滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇§11-3

滾動(dòng)軸承代號(hào)§11-4

滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則§11-5

滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算§11-6

滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算§11-7

滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速§11-9減速器輸出軸部件設(shè)計(jì)§11-8

滾動(dòng)軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的（例如：轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪與軸）。滾動(dòng)軸承在減速器中的應(yīng)用滾動(dòng)軸承在海上鉆井平臺(tái)上的應(yīng)用11.1概述HistoryReconstructionofOldBearingSlidingorRollingBearingsSlidingbearings:slidingfrictionμRollingbearings:rollingfrictionμ§13-1滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和類(lèi)型軸承的作用：用來(lái)支承軸。按摩擦性質(zhì)的不同分為：滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承：§11.1滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和特點(diǎn)一、滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和材料滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，主要掌握合理選擇合理使用1.構(gòu)造內(nèi)圈外圈滾動(dòng)體保持架(各類(lèi)滾動(dòng)體)保持架：滾動(dòng)體：外圈：內(nèi)圈：裝在軸上。裝在軸承座孔中。在兩套圈之間滾動(dòng)并傳遞載荷。將滾動(dòng)體均勻隔開(kāi)。

滾動(dòng)體分為：球滾子：圓柱形、圓錐形、滾針、鼓形等滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1．起動(dòng)靈敏，效率高

2．軸向尺寸緊湊

3．旋轉(zhuǎn)精度高

4．已標(biāo)準(zhǔn)化，成批生產(chǎn)，設(shè)計(jì)、使用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便缺點(diǎn)：1．振動(dòng)噪音大

2．徑向尺寸大

3．不能剖分

4.抗沖擊能力差，高速重載下壽命低§11.1滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和特點(diǎn)構(gòu)造和類(lèi)型3－接觸角◆按可承受的載荷方向不同，滾動(dòng)軸承分為三類(lèi)：

能同時(shí)承受徑向力和較大的軸向力

主要用來(lái)承受軸向力主要用來(lái)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α：滾動(dòng)體的載荷方向線(xiàn)與軸承徑向平面之間的夾角。α↑，承受軸向力的能力↑。11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇◆按結(jié)構(gòu)形式不同，標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承分為13類(lèi)，最常用的有六類(lèi):構(gòu)造和類(lèi)型4深溝球軸承（6）圓柱滾子軸承（N、NU）推力球軸承（5）角接觸球軸承（7）圓錐滾子軸承（3）調(diào)心球軸承（1）更多的滾動(dòng)軸承虛擬現(xiàn)實(shí)中的滾動(dòng)軸承調(diào)心滾子軸承（2）滾針軸承（NA)向心角接觸軸承徑向接觸軸承推力滾子軸承（8）軸向接觸軸承類(lèi)型代號(hào)成對(duì)使用，反向安裝11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇深溝球軸承11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇構(gòu)造和類(lèi)型511.2.2滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇選擇軸承類(lèi)型時(shí)主要考慮以下問(wèn)題：1）載荷方向；當(dāng)FA很大時(shí)，選6（N）＋5（8）組合使用。當(dāng)FA較小時(shí)，可選6類(lèi)。只受FR時(shí)，選徑向接觸軸承（1、2、6、N）。只受FA時(shí)，選軸向接觸軸承（5、8）或選（7、3）類(lèi)。同時(shí)受FR和

FA時(shí)，選向心角接觸軸承（7、3）。2）載荷大小；載荷大或有沖擊振動(dòng)時(shí)，宜選滾子軸承。3）轉(zhuǎn)速高低；轉(zhuǎn)速高或要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)，宜選球軸承。軸向接觸軸承不適宜高轉(zhuǎn)速，可用6或7類(lèi)代替。4）調(diào)心要求；軸的剛度低、軸承座孔的同軸度低或多支點(diǎn)軸，選調(diào)心軸承。5）經(jīng)濟(jì)性；精度高的價(jià)格高，滾子軸承比球軸承價(jià)格高。11.2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和選擇舉例：1）直齒圓柱齒輪軸：2）斜齒輪、錐齒輪、蝸輪軸：3）懸臂圓錐齒輪軸：4）蝸桿軸：分別承受Fa、Fr5）滑輪軸：4類(lèi)：雙列深溝球軸承（∵軸較長(zhǎng)）§11.3滾動(dòng)軸承的代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)

軸承組件（表13－4）內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號(hào)密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

代

號(hào)保

持

架

及

其

材

料

代

號(hào)特

殊

軸

承

材

料

代

號(hào)公

差

等

級(jí)

代

號(hào)游

隙

代

號(hào)承

配

置

代

號(hào)其

它

代

號(hào)×××××類(lèi)

型

代

號(hào)尺寸系

列代號(hào)內(nèi)

徑

代

號(hào)寬

度

系

列

代

號(hào)直

徑

系

列

代

號(hào)滾動(dòng)軸承代號(hào)構(gòu)成：一、基本代號(hào)用代號(hào)表示軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類(lèi)型、精度等內(nèi)容，并打印在軸承上?！魞?nèi)徑代號(hào)：代號(hào)0001020304～96內(nèi)徑d10121517代號(hào)×5（見(jiàn)表11.4）代號(hào)2◆類(lèi)型代號(hào)：常用軸承有：6、7、3、5、N等類(lèi)型，詳見(jiàn)表11.1?！艄畹燃?jí)代號(hào)：分為/P0

、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五級(jí)。游隙分為：/C1、/C2、0

、/C3、/C4、/C5共六個(gè)組別。滾動(dòng)軸承的代號(hào)低級(jí)

高級(jí)

游隙值：小

大

◆尺寸系列代號(hào)：直徑系列代號(hào)：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列為正常寬度時(shí)，代號(hào)為“0”，省略不標(biāo)。尺寸系列：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）。0級(jí)省略

0組省略。二、后置代號(hào)（見(jiàn)表11.3）◆

游隙代號(hào)：游隙：指一個(gè)套圈相對(duì)于另一個(gè)套圈，沿徑向或沿軸向，從一個(gè)極限位置到另一個(gè)極限位置的移動(dòng)量。（見(jiàn)表11.6）代號(hào)36308：深溝球軸承，3─中系列，內(nèi)徑d=40mm，公差為0級(jí)，游隙為0組；N105/P53：圓柱滾子軸承，1─特輕系列，內(nèi)徑d=20mm，公差為5級(jí)，游隙為3組；7214AC/P4：7─角接觸球軸承，2─輕系列，內(nèi)徑d=70mm，公差為4級(jí)，游隙為0組，公稱(chēng)接觸角α=15°；30213：圓錐滾子軸承，2─輕系列，內(nèi)徑d=65mm，公差為0級(jí)，游隙為0組；注：遇到看不懂的代號(hào)時(shí)，查閱GB/T272-93?！魞?nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；（見(jiàn)表11.5）◆配置代號(hào)：（見(jiàn)表11.7）/DB：背對(duì)背安裝（反裝）/DF：面對(duì)面安裝（正裝）滾動(dòng)軸承的代號(hào)/DT：串聯(lián)安裝（同向）§11.4滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則滾動(dòng)軸承工作時(shí)，在FR

作用下通常只有半圈滾動(dòng)體受載。工作時(shí)，軸承中各個(gè)元件所受載荷及應(yīng)力是變化的。滾動(dòng)軸承的載荷分布11.4.1滾動(dòng)軸承的失效形式點(diǎn)蝕膠合斷裂磨損塑性變形工作情況2計(jì)算準(zhǔn)則：1.轉(zhuǎn)速較高的軸承，主要失效形式為“點(diǎn)蝕”，需進(jìn)行壽命計(jì)算。2.轉(zhuǎn)速很低或擺動(dòng)的軸承，主要失效形式為塑性變形，需計(jì)算靜強(qiáng)度。3.高轉(zhuǎn)速軸承，主要失效形式為粘著磨損，需校核極限轉(zhuǎn)速。§11.4滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則§13-4滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算11.5.1基本公式（幾個(gè)概念）

1）滾動(dòng)軸承的壽命：是指軸承中的滾動(dòng)體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，兩套圈的相對(duì)總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。

軸承壽命的離散性是相當(dāng)大的（見(jiàn)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(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或Lh10表示。

3）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。軸承的壽命/（106r）

L10的可靠度R＝90％。

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。§11.5滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算211.5.2當(dāng)量動(dòng)載荷當(dāng)量動(dòng)載荷：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，用FP

表示。

軸承壽命計(jì)算式中：FP－當(dāng)量動(dòng)載荷；n－軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）；ε－壽命指數(shù)，球軸承：ε

＝3；滾子軸承：ε

＝10/3。（11.1）

常以設(shè)備的中修期或大修期作為軸承的設(shè)計(jì)壽命。

各類(lèi)機(jī)器中軸承的預(yù)期壽命參見(jiàn)表11.1滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算fp

—載荷性質(zhì)系數(shù)，用于計(jì)入沖擊、振動(dòng)對(duì)載荷的影響。滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)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11.12）當(dāng)量動(dòng)載荷11.5.3向心角接觸軸承的軸向載荷計(jì)算aFRFnio1.載荷計(jì)算中心

滾動(dòng)體的載荷方向線(xiàn)與軸線(xiàn)的交點(diǎn)o

即為軸承的載荷計(jì)算中心（支反力的作用點(diǎn)）。

距離a可查軸承手冊(cè)。2.內(nèi)部軸向力在徑向力FR作用下，各受載滾動(dòng)體的軸向分力Fsi之和，即為軸承的內(nèi)部軸向力Fs。滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算圓錐滾子軸承（30000）角接觸球軸承（70000）Fs＝eFRFs=FR／(2Y)內(nèi)部軸向力Fs與徑向力FR成正比：見(jiàn)表（11.13）。

Fs的方向：沿軸線(xiàn)由軸承外圈的寬邊→窄邊。3.軸向載荷計(jì)算正裝反裝滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算5FrFR1FR2Fs1Fs2Fx正裝詳細(xì)分析

由成對(duì)使用，反向安裝的兩個(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

Fx。

已知三個(gè)軸向力的大小和方向時(shí)，可按下列方法計(jì)算軸承的軸向載荷FA。

2）比較自身的內(nèi)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(jì)算另一軸承的內(nèi)部軸向力與外部軸向力Fx的合力；

就某一個(gè)軸承而言：（Fx與Fs2同向取“+”；反向取“－”）（Fx與Fs1同向取“+”；反向取“－”）即：12滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算61）根據(jù)三個(gè)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(nèi)部軸向力；3）被“壓緊”軸承的FA等與除自身內(nèi)部軸向力以外，其余各軸向力之和。

當(dāng)Fs2＋Fx＜Fs1時(shí)，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”。則，F(xiàn)A2＝Fs2＋Fx

，F(xiàn)A1＝Fs1向心推力軸承的軸向載荷FA也可按下述方法計(jì)算：當(dāng)Fs2＋Fx＞Fs1時(shí)，F(xiàn)A1＝Fs2＋FxFA1＝Fs1當(dāng)Fs2＋Fx＜Fs1時(shí)，當(dāng)Fs1－Fx＞Fs2時(shí)，F(xiàn)A2＝Fs1－FxFA2＝Fs2當(dāng)Fs1－Fx＜Fs2時(shí)，對(duì)軸承1：對(duì)軸承2：例如：例如：滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算同一支點(diǎn)成對(duì)安裝同型號(hào)向心角接觸軸承的計(jì)算

此種情況按雙列軸承計(jì)算，雙列軸承的基本額定動(dòng)載荷CΣ

和基本額定靜載荷C0Σ

為根據(jù)單個(gè)軸承的C和C0計(jì)算：

角接觸球軸承：

圓錐滾子軸承：其他情況下滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算不穩(wěn)定載荷下的軸承壽命計(jì)算

將不穩(wěn)定的載荷和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)化成平均當(dāng)量動(dòng)載荷和平均轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行計(jì)算。

系數(shù)X、Y－按雙列軸承選取。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(jī)器中的軸承，往往對(duì)可靠度有更高的要求。某個(gè)可靠度下的壽命：式中：γ－可靠度系數(shù)。可靠度（%）909596979899γ1.00.620.530.440.30.21可靠度系數(shù)γ(GB/T6391-1995)其他情況下滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承尺寸的選擇滾動(dòng)軸承尺寸的選擇11.5.4滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算程序框圖§13-5滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算§11.6滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于轉(zhuǎn)速很低或緩慢擺動(dòng)的軸承，為防止塑性變形失效，需計(jì)算軸承的靜強(qiáng)度。當(dāng)量靜載荷FP0FP0=X0FR+Y0FA式中：X0、Y0－為靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷系數(shù)。

基本額定靜載荷C0－使軸承中受載最大滾動(dòng)體的接觸應(yīng)力達(dá)到下列規(guī)定值的載荷（球軸承：4200MPa；調(diào)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(jì)算的FP0＜FR，取FP0＝FR。靜強(qiáng)度條件為：式中：S0－靜強(qiáng)度安全系數(shù)。FP0≤§11.7滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速：在一定載荷和潤(rùn)滑條件下，軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速。軸承樣本和手冊(cè)中，列出了特定條件下的極限轉(zhuǎn)速

nlim。（FP≤0.1C，潤(rùn)滑與冷卻條件正常）實(shí)際工作條件下的極限轉(zhuǎn)速：nmax＝f1f2nlim

式中：f1－載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對(duì)極限轉(zhuǎn)速的影響。f2－載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對(duì)極限轉(zhuǎn)速的影響。

軸承的組合設(shè)計(jì)實(shí)際上就是如何在機(jī)器中合理的使用軸承。組合設(shè)計(jì)中主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：11.8.1滾動(dòng)軸承軸系的固定

通過(guò)軸承與軸和軸承座之間的聯(lián)接固定，使軸系在機(jī)器中有確定的位置。

§11.8滾動(dòng)軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要求：1）使軸上的載荷能可靠的傳到機(jī)架上去，防止軸沿軸向串動(dòng)。2）受熱膨脹時(shí)，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(gè)方向的串動(dòng)，另一端軸承的固定限制另一方向的串動(dòng)，兩端軸承的固定共同限制軸的雙向串動(dòng)。對(duì)于深溝球軸承，應(yīng)留熱補(bǔ)償間隙Δ＝0.25～0.4mm(圖11.12)調(diào)整墊片組合設(shè)計(jì)2

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整容易，適用于溫度變化不大的短軸。2.一端固定一端游動(dòng)支承(圖11.13)

一端軸承的固定即限制軸的雙向串動(dòng)；另一端軸承不固定，為游動(dòng)支承。

特點(diǎn)：軸的位置準(zhǔn)確，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適用于溫度變化大的長(zhǎng)軸。3.兩端游動(dòng)支承(圖11.14)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。

例如：人字齒圓柱齒輪傳動(dòng)中的小齒輪軸必須采用兩端游動(dòng)支承。但大齒輪的軸向位置必須固定。11.8.2滾動(dòng)軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整1.軸系軸向位置的調(diào)整目的：使軸上零件有準(zhǔn)確的位置。例如：蝸輪的中間平面應(yīng)通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)；兩個(gè)錐齒輪的錐頂要重合。(圖11.16)滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)徑向位置由中心距保證軸向位置用墊片調(diào)整蝸輪位置調(diào)整組合設(shè)計(jì)31.軸承游隙的調(diào)整(圖11.15)游隙的大小直接影響軸的旋轉(zhuǎn)精度、軸承的載荷分布以及軸承的壽命等。

徑向接觸軸承的游隙是在制造時(shí)保證的；圓錐滾子軸承的游隙是在安裝時(shí)保證的。滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)組合設(shè)計(jì)4滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)11.8.3滾動(dòng)軸承的配合滾動(dòng)軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。內(nèi)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。轉(zhuǎn)動(dòng)套圈的配合應(yīng)緊一些，不動(dòng)套圈的配合應(yīng)松一些。轉(zhuǎn)速高、載荷大、振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，配合應(yīng)緊；游動(dòng)套圈配合應(yīng)松。配合標(biāo)注：內(nèi)圈與軸：只標(biāo)注軸外圈與孔：只標(biāo)注孔組合設(shè)計(jì)511.8.4滾動(dòng)軸承的安裝與拆卸裝拆滾動(dòng)軸承時(shí)，不能通過(guò)滾動(dòng)體來(lái)傳力，以免造成滾道或滾動(dòng)體的損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時(shí)以使用專(zhuān)門(mén)的工具為宜。更多圖片錯(cuò)誤的施力正確的施力配合過(guò)盈量小的中、小型軸承可用手錘打入或壓力機(jī)壓入；配合過(guò)盈量大的軸承常用溫差法裝配。滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)注意：內(nèi)、外環(huán)用不同工具注意：h≥1/4外環(huán)厚度設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云h1h1外圈：應(yīng)留拆卸高度，或留螺孔。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云§13-8滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封1）滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑1．潤(rùn)滑的主要作用

降低摩擦，減少磨損；

油潤(rùn)滑可以到起散熱、冷卻作用；

滾動(dòng)體與滾道之間形成的油膜，可以起緩沖、吸振作用；

軸承零件表面覆蓋一層潤(rùn)滑劑，可以起防銹作用。通常根據(jù)dn值選擇潤(rùn)滑方式，各類(lèi)潤(rùn)滑方式的dn值見(jiàn)表12－15。2．潤(rùn)滑方式的選擇§11.8.5滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封常用