第16章滾動軸承滾動軸承是支承轉軸的標準部件我國各地的軸承廠按國家標準生產各種類型的軸承第16章滾動軸承教學根本要求1.了解滾動軸承的結構、材料、特點和應用；2.掌握滾動軸承的類型、代號和選擇；3.掌握滾動軸承的失效形式、設計準那么及校核計算方法；4.能正確進行滾動軸承的組合設計。重點與難點1.滾動軸承的失效形式、設計準那么及滾動軸承的選擇；2.角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷的計算以及滾動軸承根本額定壽命的計算；3.滾動軸承的組合設計。概述箱體齒輪軸軸承軸承孔作用：支持軸及軸上零件，保持軸的旋轉精度減少轉軸與支持面間的摩擦磨損按摩擦性質滑動軸承滾動軸承滾動軸承設計的內容一般為：①根據工作條件合理選用滾動軸承的類型和尺寸，驗算軸承的承載能力；②綜合考慮滾動軸承的定位、裝拆、調整、潤滑和密封等問題，進行軸承的組合結構設計。

滾動軸承的構造1、組成：內圈、外圈、滾動體、保持架外圈：與軸承座或零件的孔接觸；保持架:內圈：滾動體：滾動；2、滾動體形狀a)球b)圓柱滾子c)圓錐滾子d)滾針e)球面滾子e)非對稱球面滾子3、材料軸承內、外圈和滾動體：軸承鋼如GCr15、GCr15SiMn等制造，熱處理后硬度一般不低于60HRC，工作外表要求磨削和拋光。由于一般軸承的這些元件都經過150℃的回火處理，所以通常當軸承的工作溫度不高于120℃時，零件的硬度不會下降。保持架沖壓結構實體結構低碳鋼銅合金，鋁合金，塑料，樹脂等1.摩擦力矩小且穩定，易啟動。2.軸向寬度小，結構緊湊。3.能同時承受軸向力和徑向力。4.易潤滑。5.批量生產本錢低。6.對軸的材料和熱處理要求低。7.承受沖擊載荷能力差。8.壽命短。9.振動、噪聲大。10.不宜作成剖分式。5、工程應用4、滾動軸承特點16-1滾動軸承的根本類型1、按滾動體形狀分1)球軸承2)滾子軸承(1)調心球軸承(2)推力球軸承(3)深溝球軸承(4)角接觸球軸承(1)調心滾子軸承(2)推力圓柱滾子軸承(3)圓錐滾子軸承(4)圓柱滾子軸承3)滾針軸承2、按受載方向和公稱接觸角分：滾動體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面之間的夾角

注意：公稱接觸角越大，滾動軸承承受軸向載荷的能力越大。按軸承所能承受的載荷方向或公稱接觸角α的不同分3、滾動軸承的性能〔1〕承載能力滾子軸承≈(1.5~3)球軸承〔2〕極限轉速當d≤20mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。轉速過高→ 溫度↑→

潤滑失效→

滾動體回火或膠合破壞。極限轉速----滾動軸承在一定載荷與潤滑條件下，允許的最高轉速。大載荷采用滾子軸承〔3〕角偏差影響軸承正常運轉。角偏差↑→可采用調心軸承。軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會引起內外圈中心線發生相對傾斜。其傾斜角稱為角偏差。調心軸承θ16-2滾動軸承的代號滾動軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結構、尺寸、公差等級、技術要求等，為便于組織生產和選用，規定了滾動軸承的代號。內徑系列代號尺寸系列代號直徑系列代號寬度系列代號類型代號例K7211/P5例：61308/P50、1---特輕系列2---輕系列3---中系列4---重系列表示軸承分部件表示軸承公差、結構等0-窄系列（可省略）1—正常系列2—寬系列2、公差等級：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6、/P0高低/P0—普通級(代號中不標注)直徑系列的對比6410631062106110d表16-21、內部結構代號表16-6C1、C2、C0、C3、C4、C53、游隙代號16-3滾動軸承的選擇計算1.向心軸承的載荷分布一、受力分析受純徑向載荷Fr時，上半圈滾動體不受力；下半圈各滾動體受力大小方向均不同。受純軸向載荷時，各滾動體受力相同；如圖受力情況,根據力的平衡條件可求出受載最大的滾動體所受的載荷為:

2.軸承元件上載荷及應力的變化在承載區，載荷零逐漸增大到最大，再逐漸減少到零——不穩定脈動循環變應力

滾動體動圈固定圈：滾動體滾過便受力，大小不變→穩定的脈動循環變應力二、滾動軸承的失效形式

滾動軸承工作過程中，滾動體和內、外圈滾道分別受到脈動循環交變應力的作用。在載荷的反復作用下，首先在外表下一定深度處產生疲勞裂紋，繼而擴展到接觸外表，形成疲勞點蝕，使軸承不能正常工作。通常，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。1．疲勞點蝕疲勞點蝕的形成2．塑性變形當軸承轉速很低或間歇擺動時，一般不會產生疲勞破壞。但在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸處產生永久變形〔滾道外表形成塑性變形凹坑〕，而使軸承在運轉中產生劇烈振動和噪聲，運轉精度的下降，以至軸承不能正常工作。3.磨損潤滑不良、密封不嚴、多塵條件

4.膠合

通常在滾動體和套圈之間，特別是滾動體和保持架之間有滑動摩擦，如果潤滑不充分，發熱嚴重時，可能使滾動體回火，甚至產生膠合現象。轉速越高，發熱越大，發生膠合的可能性就越高。注:其它還有銹蝕、電腐蝕和由于操作、維護不當而引起的元件破裂等失效形式。三、滾動軸承的壽命計算1.根本額定壽命和根本額定動載荷滾動軸承的壽命：軸承中任一元件出現疲勞點蝕前所經歷的總轉數，或在一定轉速下的總工作小時數。軸承壽命相當離散，應與一定的可靠度相聯系。滾動軸承的根本額定壽命：一批型號相同的軸承在相同條件下運轉，有10％的軸承產生疲勞點蝕前的總轉數或在一定轉速下的總工作小時數。即可靠度為90%〔失效概率為10%〕時軸承的壽命。注意：額定壽命隨運轉條件而變化。比方：外載增大，額定壽命降低。因此，額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。根本額定動載荷實驗條件：對于向心軸承，是一個方向、大小恒定的徑向載荷，稱徑向根本額定動載荷，用Cr表示。標準中規定：軸承的根本額定壽命為106轉時，軸承所能承受的載荷值，稱為軸承的根本額定動載荷，用C表示。對于推力軸承，是一個恒定的中心軸向載荷，稱軸向根本額定動載荷，用Ca表示。載荷

額定壽命C1062.滾動軸承根本額定壽命計算實驗說明：對于相同型號的軸承，在不同的載荷P1、P2、P3、……作用下，假設軸承的額定壽命為L1、L2、L3、……，那么：滾動軸承壽命計算公式的推導當L10=1〔106轉〕時，其對應的載荷為根本額定動載荷C〔N〕時，根本額定壽命軸承轉速，r/min當量動載荷，N根本額定動載荷，查《機械零件設計手冊》e為壽命指數，球軸承e=3，滾子軸承e=10/3預期壽命，查表根本額定動載荷計算值注:當工作溫度高于125℃時，C值會下降，用溫度系數ft修正，表7-7那么可得壽命的修正公式：如P和n已知，該軸承的預期壽命已定，則可得滾動軸承設計公式：四、滾動軸承的當量動載荷P對于推力軸承，P為軸向載荷Fa對于向心軸承，P為徑向載荷Fr當軸承既受徑向力Fr又受軸向力Fa時，須將Fr、Fa與轉換為與確定根本額定動載荷的載荷條件一致〔純徑向力或軸向力〕的等效力，即當量動載荷，用P表示。計算式：e——軸向載荷影響系數〔判別系數〕，表7-9。引入載荷性質系數，表7-10X、Y—徑向系數、軸向系數，與Fa/Fr及參數e有關，表7-9。校核軸承過程根據軸承從手冊中查取有關數據，比方C計算軸承所受的載荷〔Fa、Fr〕計算軸承的當量動載荷〔P〕確定X、Y比較軸承實際壽命與預期壽命選擇軸承過程根據C值從手冊中查取適宜大小的軸承計算軸承所受的載荷〔Fa、Fr〕計算軸承的當量動載荷〔P〕確定X、Y選擇軸承類型，估計所需軸承的預期壽命Lhˊ五、角接觸軸承軸向載荷的計算16-4滾動軸承的潤滑和密封1、潤滑的目的

降低摩擦阻力、減輕磨損；同時，潤滑還有降低滾動體與座圈滾道的接觸應力、散熱、吸震、減低噪聲和防銹等作用。2、潤滑油潤滑

①油浴潤滑；②飛濺潤滑；③滴油潤滑；④油霧潤滑；⑤循環冷卻油潤滑。②飛濺潤滑④油霧潤滑①油浴潤滑需注意：油面不能超過軸承最低滾動體的中心。

3、潤滑脂潤滑

需注意：潤滑脂在軸承中的填入量一般應不超過軸承空間的1/3～1/2。滾動軸承的密封密封的目的：滾動軸承密封的作用是防止外界灰塵、水分等進入軸承，并阻止軸承內潤滑劑流失。密封的方式：接觸式密封非接觸式密封組合式密封§16-5滾動軸承的組合設計一、滾動軸承軸系支點固定1、雙支點單向固定這是最常見的固定方式兩端的軸承各限制一個方向的軸向移動適合于工作溫度變化不大的短軸〔跨距L≤400mm〕考慮到軸的受熱伸長，應留出熱補償間隙0.2~0.3mm16-5滾動軸承的組合設計

為保證軸承能夠正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應正確進行軸承的組合結構設計。也就是要解決軸系的軸向位置固定、軸承與相關零件的配合、間隙的調整、裝拆等方面的問題。2、一端固定、一端游動(單支點雙向固定)動畫固定支座游動支座內外圈不可別離，游動端雙向固定內圈內外圈可別離，游動端雙向固定內外圈固定端軸承限制軸的雙向移動，而游動端軸承的外圈可以在座孔內沿軸向移動，以補償軸的受熱伸長。適用場合：常用于軸較長或溫差較大時的情況。3.兩端游動兩端游動的軸系結構兩端均采用完全不具有軸承定位能力的軸承，整個軸系的軸向位置處于完全浮動狀態。兩端游動軸系的軸向位置在工作中是依靠傳動零件確定的，一般這種軸系結構應用在雙斜齒輪軸系或人字齒輪軸系中。4、滾動軸承的軸向定位和固定a)軸端擋b)圓螺母c)軸用彈性擋圈d)緊定套軸承內圈的固定結構a)凸肩與孔用彈性擋圈b)止動卡環c)凸肩與軸承端蓋d)螺紋環軸承外圈的固定結構二、軸承游隙和軸上零件位置的調整軸承游隙的大小對軸承的壽命、效率、旋轉精度、溫升及噪聲等都有很大的影響。通過改變軸承蓋與箱體之間的墊片厚度來實現的。裝配中首先在不裝墊片的情況下測量端蓋與箱體之間的間隙，將這個間隙與軸系所需的工作游隙相加，就是所需的墊片總厚度。裝配時的調整1、軸承間隙的調整圖示軸向間隙是靠軸上的圓螺母來調整的，操作不甚方便，且螺紋為應力集中源，削弱了軸的強度。

圖示為嵌入式軸承端蓋結構，在端蓋與軸承之間有一墊圈，在裝配中可以通過調整〔或選配〕這一墊圈的厚度實現正確的軸向間隙。工作中的調整利用螺釘通過可調壓蓋進行調整，通過螺母實現防松。軸系的軸承間隙通過改變套杯與端蓋之間的墊片1厚度來調整，節錐點位置通過改變套杯與箱體之間的墊片2厚度來調整。

2、滾動軸承的預緊目的：提高軸承的剛度和旋轉精度，減小機器工作時軸的振動。定義:所謂預緊，就是在安裝時給予一定的軸向預緊力，以消除軸承中的游隙，并在滾動體和內、外圈接觸處產生彈性預變形。常用預緊方法：1〕用墊片和長短隔套預緊2〕夾緊一對磨窄了的外圈〔或內圈〕的角接觸軸承3〕夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈三、滾動軸承的配合1、基準制內圈與軸→基孔制外圈與軸承孔→基軸制2、滾動軸承配合選擇的一般原那么：①尺寸大、載荷大、振動大、轉速高或工作溫度高時→選緊一些的配合；②經常拆卸或游動套圈→選松一些的配合。四、軸系結構設計的工藝性問題1、加工的工藝性2、裝配與拆卸的工藝性安裝：內外圈壓裝軸承安裝本卷須知軸承的拆卸軸承外圈的拆卸

用鉤爪器拆卸軸承外圈應留拆卸高度或設計拆卸螺孔定位軸肩高度應低于內圈高度滾動軸承小結1.類型、特點和選擇2.代號3.掌握失效形式、軸承壽命、根本額定壽命，根本額定動載荷、當量動載荷的根本概念5.角接觸球軸承軸向力計算6.軸承的組合設計：支承形式、軸向固定、位置調整、密封、潤滑4.壽命計算L=106/60n*(C/P)εε=3〔球軸承〕;ε=10/3〔滾子軸承〕軸承的功用軸承的功用是支承軸及軸上的零件，保證軸的旋轉精度，減少旋轉產生的摩擦和磨損。反復如此。例：61308/P5例：61308/P54〕6—軸承類型為：深溝球軸承1〕08—內徑為：40mm2〕3—直徑系列為：中系列3〕1—寬度系列為：正常系列5〕P5—公差等級為：5級08316/P5解：溫度系