1、第十三章 滚动轴承（一）教学要求1、 掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况2、 掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则（二）教学的重点与难点1、 滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀2、 寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计（三）教学内容131 概述滚动轴承由于是滚动摩擦，摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。一、滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成：内圈 1、外圈 2、滚动体 3（基本元件） 、保持架 4（图 13-1）一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道
2、一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。球滚珠轴承滚动体的形状 短圆柱形柱形 长圆柱形螺旋滚子 滚柱轴承圆锥滚子鼓形滚子滚针保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热（图 13-3）二、滚动轴承的材料内、外圈、滚动体；GCr15、 GCr15-SiMn 等轴承钢，热处理后硬度：HRC6065保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯三、滚动轴承的特点优点：1）f 小起动力矩小， 高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙） ；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受 Fr 和 Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）
3、缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。132 滚动轴承的类型与选择一、滚动轴承的主要类型与特点接触角 如图 13-4 所示，外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。类型按承载方向：向心轴承 ，主要承受径向载荷，可受一定 Fa，如深沟球、圆柱滚柱轴承0等，1、4、6、N、NA、2 调心滚子等推力轴承 （如图 13-4d）5（推力球） ，8（推力圆柱滚子）9向心推力轴承 ： 向心角接触轴子（0、3、7）40推力角接触轴承，2（推力调心滚子轴承）45按滚动体形
4、状：球承载能力低，极限转速高滚子承载能力高，极限转速低常用滚动轴承的类型与特性见表 131注意代号结构特点：承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等特别注意最常用几种深沟球轴承（向心球轴承）6（0）主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷，f 小精度高，结构简单，价格低，最常用。调心球轴承（111） （调心滚子（2、3） ）主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。圆柱滚子轴承N（2）只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。角接触球轴承7（6）能同时承受径向载荷和单
5、向轴向力，接触角， 越大，承载 Fa 能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。40,51圆锥滚子轴承3（7）能同时承受径向载荷和单向 Fa， 越大，承受 Fa 能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。推力球轴承5（8）单向推力球轴承 51000只能受单向 Fa；双向推力球轴承52000能承受双向 Fa。不能受 Fr，且极限 nj 转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。滚针轴承，Fr，承载能力较高高速时用深沟球轴承或角接触球轴承代替。另：注意优化选用深沟球轴承！二、滚动轴承的代号滚动轴承类型和尺
6、寸规格繁多，为便于设计和选用，标准规定了用代号表示滚动轴承的类型、尺寸、结构特点及公差等级等。国家标准：GB/T272-93（向 ISO 靠） （替代 GB272-88） ，滚动轴承代号的构成见表 13-2前置代号（字母） 基本代号（数字、字母） 后置代号（字母 +数字）五 四 三 二 一轴承分部件代号类型代号宽度系列代号直径系列代号内径代号内部结构代号密封与防尘代号保持架及材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号1、基本代号表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位（1）轴承类型基本代号右起五位用数字或字母表示（尺寸系列代号如有省略，则为第 4 位， ）或基本代号左
7、起第一位。见表 13-1，重点： 6深沟球；3圆锥滚子；5推力球；7角接触球；1调心球；N圆柱滚子。（2）尺寸系列表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。宽度系列右起第四位某些宽度系列（主要为 0 系列和和正常系列）代号可省略，详见表 13-1 中带（）的代号。直径系列右起第三位相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对比如图 13-5 所示。组合见表 13-3（3）轴承的内径基本代号右起一二位数字。a) d=10, 12, 15, 17mm 时代号 00 01 02 03b) 内径 d=20480mm，且为 5 的倍数时代号=d/5 或 d=代号5(mm)(c)
8、d500mm，及 d=22，28，32mm 时代号/内径尺寸（mm）2、前置代号表示轴承的分部件，用字母表示。L可分离轴承的可分离内圈或外圈如 LN207K轴承的滚动体与保持架组件 K81107R不带可分离内圈或外圈的轴承，如 RNU207NU表示内圈无档边的圆柱滚子轴承WS、GS分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈，如 WS81107、GS81107。3、后置代号反映轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等，共 8 组代号。（1）内部结构代号反映同一类轴承的不同内部结构例：C、AC 、B代表角接触球轴承的接触角 ， 和 ，E 代表增大承15240载能力进行结构改进的增强型等，如 7210B，7
9、210AC，NU207E（2）密封、防尘与外部形状变化代号RS一面有骨架式橡胶密封圈（接触式）RZ一面有骨架式橡胶密封圈（非接触式）Z一面有防尘盖 例：6210-2RSFS一面有毡圈密封字母前加数字 2，则说明是两面有R、N、NR 轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环，例：6210N（3）轴承的公差等级精度高 低公差等级 2 4 5 6 6X 0代号 新标准 /P2、/P4 、/P5、/P6、/P6X、/P0旧标准 B C D EX E G普通级可省略（4）轴承的径向游隙游隙 小 大游隙组别 1， 2， 0， 3， 4， 5代号 /C1、/C2 、 /C3、/C4、/C5C1、C2小
10、游隙组；0不标（基本游隙） ；C3、C4、C5 大游隙组（5）保持架代号表示保持架在标准规定的结构材料外，其他不同结构型式与材料。A、B 分别表示外圈引导和内圈引导J钢板冲压Q青铜实体M黄铜实体 保持架N工程塑料其他在配置、振动、噪声、摩擦力矩、工作温度、润滑等方面的特殊要求的代号表示见标准 GB/T272-93，或厂家的说明。例 13-1，试说明下列轴承代号的含义，见 P502三、滚动轴承类型的选择应根据轴承的工作载荷（大小、方向和性质） 、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。几条基本原则：1） n 高，载荷小，要求旋转精度高采用球轴承 n
11、 低，载荷大，或有冲击载荷时采用滚子轴承但滚子轴承对轴线偏斜较敏感。2） 主要受径向载荷 Fr 时用向心轴承主要受轴向载荷 Fa，n 不高时用推力轴承同时受 Fr 和 Fa 均较大时可采用角接触球轴承 7 类（n 较高时）或圆锥滚子轴承 3 类（n 较低时）Fr 较大，Fa 较小时深沟球Fa 较大，Fr 较小时深沟球+推力球轴承组合，或推力角接触轴承。3）要求 n120时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷 C 有所下降，引入温度系数 ft表 13-7对 C 修正，则（10 6r）)(10PCfLt（h）)(6fnth当 P、n 已知，预期寿命为 ，则要求选取的轴承的额定动
12、载荷 C 为hLN 选轴承型号和尺寸！ （13-11）10htfC不同的机械上要求的轴承寿命推荐使用期见表 13-8四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷 A 的计算。该类轴承受 R产生派生轴向力 S（表 13-4） ，要成对使用，对称安装1）派生轴向力大小方向：a)正装（面对面） ，支点跨距小，适合于传动零件位于两支承之间；b) 反装（背靠背） ，实际支距变大，适合于传动零件处于外伸端2）实际轴向载荷 A 的确定如图 13-12 所示（1）当 时12SFa轴有向左移动的趋势，使轴承 1 被“压紧” ，轴承 2 被“放松” ，压紧的轴承 1 外圈通过滚动体将对内圈和轴产生一个阻止其左移的平衡
13、力 ，使1S21SSa轴承 1 的实际轴向载荷为 2FAa轴承 2 上的轴向力，由力的平衡条件本身的派生轴向力221 Saa（2）当 时12Sa轴有右移的趋势，轴承 2 被“压紧” ，轴承 1 被“放松” ， “2”上产生一个平衡力 ，2S使 aa FSSF1212轴承 2 实际所受的轴向力为 aA1轴承 1 实际所受的轴向力，由力的平衡条件本身派生轴向力112SFFaaa最终： 使轴上的轴向载荷处于平衡，而非021aFA 021aFS结论：实际轴向力 A 的计算方法1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2） “压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其
14、他所有轴向力代数和。3） “放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力或 A=max 本身派生轴向力，除派生轴向力外轴上其他轴向载荷代数和（方向与派生轴向力相反为+ ）例 13-2：P511 页五、不稳定载荷和转速下的轴承寿命计算载荷 P 和转速 n 变化时，按疲劳损伤累积假设求出平均当量转速 nm 和平均当量动载荷 Pm求轴承寿命，没轴承的当量动载荷为：P 1、P 2、P 3、P k；转速为：n1、n 2、n 3、n k；所占时间百分比：a 1、a 2、a 3、 ak则滚动轴承的平均当量转速（13-14）kmn321平均当量动载荷 P（13-15）mkmnPaan21将式（13-14） 、 （
15、13-15）代入轴承寿命计算公式（13-10a）得（13-16） ktmth PanaPCfCfnL216 )(670)(0六、不同可靠度时滚动轴承的寿命 Ln前面公式中计算得到的轴承寿命的可靠度为 90%，而各种机械中所要求轴承的寿命的可靠度不一样，为计算不同可靠时轴承的寿命，引入寿命修正系数 a1，则（13-17）10LanL10为轴承的基本额定寿命，其可靠度为 90%a1可靠度不为 90%时，额定寿命修正系数，其值见表 13-9Ln可靠度为 1-n 时轴承的额定寿命（ h）将（13-17）代入式（13-10a）得（h） (13-18)(601PCftn给定可靠度和该可靠度下 m 轴承寿命
16、 Ln(h)时，选择轴承时所需的轴承基本额定动载荷 C 的计算式为：（13-19）/16)0(anLft135 滚动轴承的静载荷与极限转速一、滚动轴承的静载荷1、基本额定静载荷 C0取决于正常运转时轴承允许的塑性变形量即受载最大的滚动体与滚道接触处中心处引起的接触应力达到一定值（例调心球：4600Mpa；其他球轴承：4200Mpa；滚子轴承：4000Mpa ） 2、按静载选择轴承的条件：（13-20）0PSCS0轴承的静强度安全系数（表 13-10）P0轴承的当量静载荷（假想载荷） 。在当量载荷作用下轴承的塑性变形量与实际载荷作用下轴承的塑性变形量相同。（13-21）AYRX00R、A轴承所受
17、的实际径向和轴向载荷X0、Y 0静径向和轴向载荷系数表 13-11如果 P00.1C，轴承受联合载荷时，润滑情况变坏，应对极限转速进行修正，这时轴承实际许用转速 为max（13-22）linfn21axf1载荷系数，图 13-13f2载荷分布系数，图 13-14如果 措施：1.改进润滑；2.改善冷却条件；3.提高轴承精度；4.适当增大游隙；max5.改变轴承和保持架的材料（采用特殊材料）例 13-3例 13-4136 滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的组合结构设计包括：轴承的固定、调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等问题。一、滚动支承的结构型式正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜
18、动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式有三种：1、两端固定支承常用，结构简单，安装调整方便如图 13-16 所示，每个支点轴承内、外圈均单方向轴向固定靠外圈端面与轴承端盖间留有间隙 补偿轴的受热伸长，间隙的大小m4.02或轴承内轴向游隙的大小靠端盖与轴承座端面间调整垫片条调节。适于普通工作温度下较短轴（跨距 L400mm）的支承。当采用角接触轴承时时有正装结构（图 13-17a）跨距 L1，悬臂距离大，支承刚性差，受热伸长游隙减小易卡死，但装配调整方便，且传动件位于两支承中间时刚性较好。反装结构（图 13-17b）跨距 L2，悬臂距离大，支承刚性好，不会卡死。2、一端固定（双向
19、） ，一端游动适于转速较高，温差较大和跨距较大（L350mm）固定端：轴承内、外圈均双向固定游动端深沟球轴承内圈双向固定，外圈与端盖间留有间隙（图 13-20 和 13-18、13-19 上半部分）圆柱滚子轴承轴承内、外圈均双向固定，以免外圈同时游动，靠滚子与外圈间游动来补偿受热伸长当轴向载荷 A 较大时固定端采用多个轴承的组合结构图 13-19对角接触轴承（正装）承受双向 A 和 R 并便于轴承的预紧和游隙的调整图 13-20深沟球轴承承受 R，双向推力球轴承承受双向 A，承载能力较大。3、两端游动人字齿轮高速主动轴使轴能左右双向游动以自动补偿轮齿左右两侧螺旋角的制造误差，使轮齿受力均匀，采
20、用圆柱滚子轴承，靠滚子与外圈间的游动来实现。而低速齿轮轴则须两端固定，以保证两轴的轴向定位。二、滚动轴承的轴向固定内圈与轴1）轴肩；2）轴用弹性档圈（图 13-22a）A 不大、n 不高时；3）轴端档圈+紧固螺钉（图 13-22b）n 较大、 A 中等。4）圆螺母+止动垫圈（图 13-22C）A 较大、n 较高；5）开口圆锥紧定套+圆螺母和止动垫圈（图 13-22d）适于光轴上球面轴承外圈与座孔1）孔用弹性档圈（图 13-23a）A 不大时；2）轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定（图 13-23b） ；3）轴承盖 A 较大，n 较高时（图 13-23C） ；4）轴承座孔凸肩（图 13-23a、c）
21、 ；5）螺纹环（图 13-23d） ；6）轴承套环（图 13-19、13-20）适于同一轴上两轴承外径不同时。三、支承的刚度和座孔的同心度刚度不够，影响轴承的载荷分布，使轴承的寿命下降提高支承刚度的措施：1）增加轴承座孔的壁厚；2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂。3）采用加强筋加强支承部位的刚性。 （图 13-24） ； 4）采用整体式轴承座孔。保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法（避免轴承内、外圈间产生过大的偏斜）：1）整体机座，两轴承座孔一次镗出；2）如轴上两轴承外径不同采用套环结构，图13-19，图 13-20，座孔还是一次镗出。四、滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整轴承的调整：1）轴承
22、游隙的调整；2）轴系轴向位置的调整锥齿轮和蜗杆轴。调整法：1）常螺纹的零件；2）端盖下的垫片（较为方便） ，图 13-16，13-17 ，13-18等， （图 13-17 右支点，图 13-19 右支点，圆螺母）注意：圆锥齿轮和蜗杆必须调整轴系的轴向位置，以保证锥齿轮副和蜗杆、蜗轮副的正确啮合。图 13-19、13-20。方法：将轴承装入套杯中，套杯再装入座孔中，通过调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度来调整锥齿轮和蜗杆的位置。五、滚动轴孔的配合影响滚动轴承的周向固定和径向游隙，而径向游隙又影响滚动轴承的运转精度和寿命。配合过紧，游隙过小或消失，影响轴承正常运转，f，发热，易损坏配合过松，游隙增
23、大，影响旋转精度，且受载滚动体数，承载能力松 紧轴承内圈与轴 基孔制：常用：js6，j6 ，k6，m6，n6松 紧轴承外圈与轴承座孔基轴制：常用：G7 ，H7 ，JS7， J7由于轴承内孔与外圈都具有公差带较小的负公差带，而圆柱体基准孔公差带为正，基准轴的公差带为负，轴承内圈与轴的配合比圆柱公差规定的标准基孔制同类配合要紧，而外圈公差带虽与圆柱体基准轴的公差带方向一致（为负） ，但轴承外圈公差带较小，轴承外圈与座孔的配合，也比标准的基孔制同类配合要紧，如图 13-25 所示。滚动轴承配合的选择原则：1）转动圈比不动圈配合松一些；2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松
24、一些；3）旋转精度要求高时，配合应紧一些（减小游隙） ；4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合；5）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。六、滚动轴承的预紧预紧的目的：1）提高旋转精度；2）增加支承刚性；3）减小振动和噪音，延长轴承寿命。预紧原理：消除轴承中轴向游隙，使滚动体与内外圈接触处产生初始变形常用预紧方法：1）用垫片和长短隔套预紧（图 13-26利用垫片、13-27利用内、外隔套的长度差）2）夹紧一对磨窄了的外圈（图 13-28a轴承正装或内圈图 13-28b轴承反装）的角接触轴承3）夹紧一对圆锥滚子轴承（图 13-29a正装、图 13-29b反装） 。利用弹簧预紧（图 13-30a圆柱
25、螺旋压缩弹簧，图 13-30b碟形弹簧）顶住轴承外圈而预紧。预紧力不会因温差引起的轴长度变化而变化预紧力的大小要适中：过大，f f 增加， ，轴承寿命；过小，起不到提高轴承刚t性的目的。七、滚动轴承的装拆要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装拆力严禁重锤直接敲击方法：1）用软锤均匀敲击套圈装入（图 13-31a） ；2）压力机压入（较大的轴承） （图 13-31b） 。 安装拆卸时：1）压力机压出轴颈（图 13-32a） ；2）轴承拆卸器将内圈拉下（图 13-32b） 。轴肩高度应低于轴承内圈高度。八、滚动轴承的润滑目的；1）降低摩擦和磨损；
26、2）散热；3）缓冲、吸振、降低噪音；4）防锈和密封。润滑方式1、脂润滑承载大，不易流失，结构简单，密封和维护方便，但 Ff 大，易于发热。适合于不便经常维护，转速不太高的场合。一般润滑剂的填充量1/31/2 轴承空间。常用钙基脂（T65） ，钠基脂、钙钠基脂（ T 较高） ，n 较高时，锂基脂。2、油润滑润滑冷却效果较好，f 较小，但供油系统和密封装置均较复杂，适于高速场合。润滑方式有；油浴或飞溅润滑、滴油、喷油、油零等润滑油粘度的选择：1220cst。1）载荷大，n 低，工作温度高时用粘度大的润滑油；2）载荷小，dn 大，用粘度低的润滑油，搅油损失小，冷却效果好。3、固体润滑高温真空条件下（
27、二硫化钼）润滑方式的选择，可按速度因数 dn 值，参考表 13-12 选择。九、滚动轴承的密封密封的作用：1）防止内部润滑剂流失；2）防止外部灰尘和水分、杂质的侵入密封的类型：接触式密封；非接触式密封；组合式密封。1、接触式密封适于低速，为防止磨损，要求接触处表面粗糙度小于 R1.60.8毡圈密封（图 13-33） 轴承盖上梯形槽内放置矩形剖面细毛毡，适合于V45m/s，轴承脂润滑的密封橡胶油封（标准件、较常用）耐油橡胶制唇形密封圈靠弹簧压紧在轴上，唇向外防灰法，唇向里防油流失，组合放置同时起防灰和防油流失的作用。油封有：J 型、U 型和 O 型，适合于 v12m/s2、非接触式密封与轴不直接
28、接触，适合于高速油沟密封（间隙密封）轴与盖之间约 0.10.3mm 间隙，盖上车出沟槽，槽内充满润滑脂（图 13-35） ，结构简单，适于 v56m/s甩油密封（图 13-36） 图 13-36a轴上开沟槽，将欲外流的油沿径向甩开，再经轴承盖上集油腔及油孔流回轴承。图 13-36b 为档油环式甩油盘利用离心力甩去档油环上的油，让其流回油箱内，以防油冲入轴承内。适于轴承脂润滑。曲路密封（迷宫密封）图 13-37，将旋转和固定的密封零件间的间隙制成曲路形式，缝隙间填入润滑脂，加强密封效果密封效果较好，适于油和脂沟滑 v30m/s曲路：径向曲路（图 13-37a） ；轴向曲路（图 13-37b）3、组合式密封采用两种以上的密封形式组合在一起，密封的效果较好。另外，某些标准密封轴承如单面或双面带防尘盖（-RZ）和密封盖的轴承，由于装配时已填入了润滑脂，无需维护或再加密封装置应用日趋广泛。
