1、第十三章 滚动轴承,重点：轴承类型及尺寸的选择轴承代号、轴承装置设计 难点：向心推力轴承的受力分析,1、能正确选择轴承代号 2、能根据选择的轴承合理的设计出轴承装置 3、为正确使用轴承，需注意分析对比各种轴承的结构特点和适用场合 4、正确的选用轴承尺寸，需理解轴承寿命计算的理论和方法及其特点,本章学习要求：,13-1 滚动轴承的构造和类型,一、滚动轴承的结构和材料,滚动轴承是标准件，主要掌握,1. 基本结构,与轴颈配合,装在轴承座孔中,在两套圈之间滚动并传递载荷。,将滚动体均匀隔开。,滚动体分为：,滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、大多数可同时承受径向和轴向载荷，轴向尺寸小，润滑、维护方
2、便；但径向尺寸大，寿命低，振动、噪音大。,套圈,2. 材料,内、外套圈和滚动体：,高硬度、接触强度和韧性。用轴承钢（GCr15、 G20CrNi4A 等）制造。热处理后硬度60HRC。,保持架：,冲压：用低碳钢板冲压制成，它与滚动体有较大间隙,二、滚动轴承的类型,摩擦小，运转灵活，适应高速；但承载能力低，耐冲击差。,承载能力高，耐冲击，但摩擦大，低速运转。,允许内外圈偏转角很小的轴承。,允许内外圈偏转角较大的轴承。,滚动轴承的构造和类型,实体：常用铜合金、铝合金等经切削加工制成，可定心,内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承,接触角, 按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类：,径向力+大轴
3、向力,主要用来承受轴向力,主要用来承受径向力,向心轴承,向心推力轴承,推力轴承,接触角：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。,滚动轴承的构造和类型,载荷角：径向载荷与轴向载荷合力与半径方向夹角, 按结构形式不同，标准滚动轴承分为13类，最常用的有六类:,更多的滚动轴承,调心滚子轴承（2）,滚针轴承（NA),向心推力轴承,向心轴承,推力滚子轴承（8）,推力轴承,滚动轴承的构造和类型,三、滚动轴承类型的选择,选择轴承类型时主要考虑以下问题：,1）载荷方向,当Fa很大时，选 7、3类。,当Fa较小时，可选 6类。,5）经济性,滚动轴承的构造和类型,6）安装和拆卸（整体轴承座：分离式；长轴：图
4、13-5）,13-2 滚动轴承的代号,GB/T272-1993规定滚动轴承代号构成：,一、基本代号,代号表示轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。, 内径代号：基本代号右起第一、二位数字, 类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N等类型，详见表131。,滚动轴承的代号, 尺寸系列代号：基本代号右起第三、四位数字,直径系列代号：右起第三位数字,宽度系列代号：右起第四位数字,尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径 （直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。,7、8、9、0、1、2、3、4、5,相同内径，外径尺寸依次递增,宽度系列为正常宽度时，代号为“0”，省略不标。 但调心滚子轴承和圆
5、锥滚子轴承，宽度系列代号0应标出。,8、0、1、2、3、4、5、6,相同直径，宽度尺寸依次递增,类型代号表,滚动轴承主要类型代号表, 公差等级代号：,代号分为 /P0 、 /P6 （/P6x） 、 /P5 、 /P4 和/P2,游隙代号分为： /C1 、/C2、 /C0 、/C3 、/C4 、/C5 共六个组别。,二、后置代号 用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等。一般略, 游隙代号：,游隙：轴承在未安装于轴或轴承箱时，一个套圈相对另一个套圈沿轴向或径向，从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。,滚动轴承的代号,公差等级：0级、6级（或6x级） 、 5级、 4 级和2级,630
6、8：,深沟球轴承，直径系列代号3，宽度代号0，即尺寸系列03，内径d=40mm， 公差为0级，游隙为0组；,7214AC/P4：,角接触球轴承，尺寸系列代号02，内径d=70mm，公差为4级，游隙为0组，公称接触角=25；,30213：,圆锥滚子轴承，尺寸系列代号02，内径d=65mm，公差为0级，游隙为0组；, 内部结构代号：同一类型的不同内部结构，用紧跟基本代号的字母表示。, 配置代号：,滚动轴承的代号,三、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套圈；K轴承的滚动体和保持架组件,13-3 滚动轴承的工作情况分析,滚动轴承工作时，在 Fr 作用下通常只有下半圈滚动体受
7、载。,承载区：各滚动体由开始受载到受载终止所对应的区域。 实际径向载荷Fr产生的承载区的范围要180。,Fr作用线上接触点处FNi最大，向两边逐渐减小。,据变形协调条件：,一、滚动轴承的载荷分布（向心轴承）,假设内、外圈除了与滚动体接触处共同产生的局部变形外，其几何形状不改变,据虎克定律：,据力平衡条件：,滚动轴承的工作情况分析,二、轴承工作时轴承元件上的载荷及应力分析,三、轴向载荷对载荷分布影响,FNi,Fdi,FNi,1、受力分析,径向分力向量和与径向载荷Fr平衡； 所有轴向分力之和派生轴向力需轴向载荷平衡,角接触球轴承和圆锥滚子轴承必须在径向力和轴向力的联合作用下工作。,2、轴向载荷对载
8、荷分布影响,仅下面一个滚动体受载：,多个滚动体受载：,由： 知：,滚动轴承的工作情况分析,（1） ，各滚动体径向分力的矢量和与Fr平衡；,（2）受载滚动体数目增多时，需大的Fa平衡Fd，反之，Fa大，则受载滚动体数目,为使较多滚动体同时受载，Fa应大些。,（3）同一轴承，在同样的径向载荷下，Fa，则受载滚动体数目,约一半滚动体同时受载；,开始使全部滚动体同时受载；,实际为保证角接触球轴承或圆锥滚子轴承可靠工作，应至少使下半圈滚动体全部受载。安装时，不能有太大轴向窜动量。,滚动轴承的工作情况分析,一、滚动轴承的失效形式和计算准则,1、主要失效形式有,1）疲劳点蚀： 是正常工作条件下最常见的失效形
9、式。,原因：滚动体和套圈滚道承受循环接触应力。,危害：轴承产生强烈的振动、噪音和发热现象,13-4 滚动轴承尺寸的选择,现象：滚动体和套圈滚道表面出现点蚀坑。,2）塑性变形：转速很低或间歇摆动的轴承的失效形式。,原因：静载荷或冲击载荷过大,危害：振动、噪音,现象：滚动体或套圈滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑,3）磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：,原因：多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合）,2、计算准则：,1）一般工作条件下，主要失效形式为“点蚀”，需进行疲劳寿命计算。,2）转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，需计算静强度,3）高转速轴承，主要失效
10、形式为粘着磨损，需校核极限转速。,滚动轴承尺寸的选择,现象及危害： 滚道及滚动体与保持架接触部位磨损，轴承内部松动，噪声 滚道及滚动体表面有粘着现象,二、基本概念,1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，两套圈的相对总转数或在一定转速下的运转小时数。,轴承寿命的离散性是相当大的。,2）基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用 L10 。,3）基本额定动载荷： 指L10恰为 106 转时，轴承所能承受的载荷，用 C 表示。,轴承的寿命/（106r）,L10 的可靠度 R90。,向心轴承的 C 是径向载荷，用 Cr表示。,
11、向心推力轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。,推力轴承的 C 是轴向载荷，用 Ca表示。,滚动轴承的寿命计算,三、滚动轴承寿命计算公式,滚动轴承的寿命计算,1、滚动轴承寿命计算解决问题： 1）轴承所受当量载荷P基本额定载荷C时的寿命； 2）已知P且要求轴承具有的预期寿命时，应选用具有多大基本额定动载荷的轴承？,2、滚动轴承寿命计算公式： 图示6207轴承的载荷-寿命曲线,1）曲线方程,其中： 寿命指数，球轴承取3滚子轴承取10/3,其中：ft：温度系数，表13-4,滚动轴承的寿命计算,2）实际计算时，常用小时数表示寿命,3）当P、n已知，要求预期计算寿命为Lh也取定时，所需轴承
12、应具有的基本额定动载荷为：,4）修正的基本额定动载荷：,四、滚动轴承的当量动载荷,当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同的假想载荷，用 P表示。,滚动轴承的寿命计算,5）修正后滚动轴承寿命计算公式,当PC时轴承的基本额定寿命,当P、n、Lh已知时，轴承所需基本额定动载荷,式中：Fr 、Fa 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；,X 、Y 分别为轴承的径向与轴向动载荷系数 (查表135）,f p 载荷系数，,(查表136）,当量动载荷,五、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的载荷计算,滚动轴承的寿命计算,1、安装方式及压力中心：,1）安装方式,正装（面对面）
13、 反装（背对背）,滚动轴承的寿命计算,2）力学模型,正装 反装,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,3）压力中心：轴承法向反力作用线与轴线交点 （轴承径向分力在轴线上的作用点）,两端轴承的压力中心间距为轴的实际支承点。,2、当量动载荷中径向载荷计算 大小：力平衡； 作用点：压力中心 作用线：垂直于轴线,1）派生轴向力的计算，表13-7,滚动轴承的寿命计算,3、当量动载荷中轴向载荷计算,2）由平衡条件求轴向载荷,取轴和内圈为分离体：,滚动轴承的寿命计算,被“压紧”轴承的 Fa 等与除自身派生轴向力以外，其余各轴向力代数和,向心推力轴承的轴向载荷Fa计算方法：,1）求径向载荷；,2）求派生轴向力（大小、方
14、向、作用点）；,4）求轴向力大小： 被“放松”轴承的 Fa 等与自身的派生轴向力；,3）判断 大小， 轴的移动方向 轴承的 “放松”、“压紧”状态,对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承的静强度对每个轴承规定一个不能超过的外载荷界限。,当量静载荷P0,P0 = X0Fr+Y0Fa,式中：X0、Y0为当量静载荷的径向和轴向载荷系数，可查表,基本额定静载荷 C0使轴承中受载最大滚动体与滚道中心引起的接触应力达到一定规定值的载荷。,注：如计算的 P0Fr，取P0Fr。,静强度条件为：,式中：S0静强度安全系数，查表138。,P0 ,滚动轴承的静强度计算,六、滚动轴承静载荷,七、
15、不同可靠度的轴承寿命,基本额定寿命L10的可靠度为90%。但是，实际机器中的轴承，往往对可靠度要求多样，所以需对基本额定寿命进行修正。,修正额定寿命：,式中：a1可靠度系数，见表139。,滚动轴承的寿命计算,可靠度为（100-n）%时的寿命,以小时为单位的修正额定寿命：,当给定可靠度及在该可靠度下的寿命Ln（h）时，轴承所需基本额定动载荷,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸选择的过程,确定轴承所承受的Fr与Fa,2、同心度：对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。 最好的办法是采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；,1、刚性：应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以
16、避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏；,13-5 滚动轴承的组合设计,一、支承部分的刚性和同心度,二、滚动轴承的配置：轴承沿轴向的固定方式,通过轴承与轴和轴承座之间的连接固定，使轴系在机器中有确定的位置。,要求：1）使轴上的载荷能可靠的传到机架上去，防止轴沿轴向窜动。,2）受热膨胀时，轴能自由伸缩。,13-7 滚动轴承的组合设计,典型的轴系固定方法主要有三种：,1. 双支点各单向固定,一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的窜动，另一端轴承的固定限制另一方向的窜动，两端轴承的固定共同限制轴的双向窜动。,对于深沟球轴承，应留热补偿间隙 0.250.4mm,轴承装置的组合设计,特点：结构简单，安
17、装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。,组合设计2,2. 一端固定一端游动支承,一端轴承固定，即限制轴的双向窜动；另一端轴承为游动支承。,特点：轴的位置准确，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。,3. 两端游动支承,两端轴承的固定均不限制轴的轴向窜动，均为游动支承。,例如：人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承。但大齿轮的轴向位置必须固定。,滚动轴承的组合设计,三、滚动轴承的轴向紧固,1. 内圈紧固方法,弹性挡圈：用于轴向力不大，转速不高的场合,螺钉固定的轴端档圈：用于高速、大轴向力的场合,滚动轴承的组合设计,圆螺母和止动垫圈：用于转速高，承受大轴向力场合,轴肩定位：轴肩高度应低
18、于轴承内圈厚度。,2. 外圈紧固方法,孔用弹性挡圈：用于轴向力不大，且需减小轴承装置尺寸的场合,轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内制动,用轴承端盖紧固：用于高速及很大轴向力场合,螺纹环紧固,四、滚动轴承游隙及轴上零件位置的调整,1. 靠轴承端盖下的垫片调整轴承的游隙并预紧,滚动轴承的组合设计,2. 将轴承装在套杯中，通过增减套杯端面与外壳之间垫片的厚度调整轴向间隙。（锥齿轮或蜗杆传动）,3. 靠轴上圆螺母调整,滚动轴承的组合设计,五、滚动轴承的配合,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,内圈孔与轴的配合为基孔制，外圈与轴承座孔的配合为基轴制。,转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配
19、合应松一些。,转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；游动套圈配合应松。,六、滚动轴承的预紧,预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙，并在滚动体和内外圈接触处产生初变形。,目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动,方法：,夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈,弹簧预紧；,滚动轴承的组合设计,七、滚动轴承的安装与拆卸,装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。,配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；,配合过盈量大的轴承常用温差法装配。,夹紧一对磨窄了的外圈而预紧；反装时磨窄内圈而
20、预紧,一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧；,常用拆卸工具：三抓拉马,滚动轴承的组合设计,八、滚动轴承的润滑,1润滑的主要作用,降低摩擦，减少磨损；,油润滑可以到起散热、冷却作用；,滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用；,轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用。,通常根据 dn 值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见表1310。,2润滑方式的选择,：低速，轴承装脂量以轴承内部空间的1/32/3为宜,：闭式齿轮传动中轴承：飞溅润滑,3滚动轴承的密封,作用：1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承；,密封方法：,2）防止润滑剂流失。,1）接触式密封,2）非接触式密封,用于低速，轴接触部分Ra1.60.8，硬度HRC40，以提高耐磨性,可避免滑动摩擦，但密封不可靠。,挡油环,（封油盘）,防尘,防漏,滚动轴承的组合设计,13-8 滚动轴承的润滑与密封,13-6 滚动轴承,1、能正确选择轴承代号：轴承结构、类型、代号、选择原则 2、轴承失效形式、设计准则； 3、寿命计算及相关概念、向心推力轴承受力分析； 4、轴承装置设计注意问题 1）轴承配置 2）轴承配合 3）轴承润滑与密封,本章小结：,
