轴承

第20章轴承本章主要讲授滚动轴承的类型、代号及选择；滚动轴承的失效形式、寿命计算；滚动轴承的组合设计等。

20.1 概述轴承的功能是支持作旋转运动的轴（包括轴上的零件），保持轴的旋转精度，减小轴与支承间的摩擦和磨损。

（1）滑动轴承滑动轴承工作时，轴与轴承间存在着滑动摩擦。

为减小摩擦与磨损，在轴承内常加有润滑剂。

图20-1（a）所示为滑动轴承的结构原理图。

滑动轴承结构简单、径向尺寸小、易于制造、便 a ） b ）于安装，且具有工作平稳、无噪声、耐冲击和承载能图20-1 轴承的结构原理力强等优点。

但润滑不良时，会使滑动轴承迅速失效，并且轴向尺寸较大。

滑动轴承适用于要求不高或有特殊要求的场合，如：（1）转速特高，（2）承载特重，（3）回转精度特高，（4）承受巨大冲击和振动，（5）轴承结构需要剖分，（6）径向尺寸特小等场合。

（2）滚动轴承滚动轴承内有滚动体，运行时轴承内存在着滚动摩擦，与滑动摩擦相比，滚动轴承的摩擦因数与磨损较小。

图20-1（b）所示为滚动轴承的结构原理图。

滚动轴承的摩擦阻力小，载荷、转速及工作温度的适用范围广，且为标准件，有专门厂家大批量生产，质量可靠，供应充足，润滑、维修方便，但径向尺寸较大，有振动和噪声。

由于滚动轴承的机械效率较高，对轴承的维护要求较低，因此在中、低转速以及精度要求较高的场合得到广泛应用。

本章主要介绍滚动轴承的选用和结构设计。

20.2 滚动轴承的结构、类型、代号及选用20.2.1 滚动轴承的构造如图20-2所示，滚动轴承由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成。

通常内圈固定在轴上随轴转动，外围装在轴承座孔内不动；但亦有外圈转动、内圈不动的使用情况。

滚动体在内、外圈的滚道中滚动。

保持架将滚动体均匀隔开，使其沿圆周均匀分布，减小滚动体之间的摩擦和磨损。

滚动轴承的构造中，有的无外围或内圈，有的无保持架，但不能没有滚动体。

滚动体的形状有球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形等多种（图20-3）。

滚动轴承的外圈、内圈、滚动体均采用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。

保持架多用低碳钢或铜合金制造，也可采用塑料及其他材料。

图20-2 滚动轴承的构造图20-3 滚动体形状a）球形b）短圆柱形c）圆锥形d）鼓形e）空心螺旋形f）长圆柱形g）滚针形20.2.2 滚动轴承的结构特性1.接触角滚动体和外圈接触处的法线nn与轴承的径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）的夹角α（图20-4），称为接触角。

α越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。

2.游隙滚动体和内、外圈之间存在一定的间隙，因此，内、外圈之间可以产生相对位移。

其最大位移量称为游隙，分为轴向游隙和径向游隙（图20-5）。

游隙的大小对轴承寿命、噪声、温升等有很大影响，应按使用要求进行游隙的选择或调整。

3．偏移角轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹锐角，称为偏移角。

能自动适应角偏移的轴承，称为调心轴承。

图20-4 接触角图20-5 轴承的游隙20.2.3 滚动轴承的主要类型及选择按轴承所能承受的外载荷不同，可将轴承分为向心轴承、推力轴承和角接触轴承三大类。

公称接触角α=0°为向心轴承，主要承受径向载荷。

公称接触角α=90°为推力轴承，只能承受轴向载荷。

公称接触角0°<α<90°为角接触轴承，可同时承受径向载荷和轴向载荷。

按滚动体形状的不同，有可将轴承分为球轴承和滚子轴承。

在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承承载能力高。

轴承按游隙能否调整分为：可调游隙轴承（如角接触球轴承、圆锥滚子轴承），不可调游隙轴承（如深沟球轴承、圆柱滚子轴承）滚动轴承是标准件，类型很多，选用时主要根据载荷的大小、方向和性质；转速的高低及使用要求来选择，同时也必须考虑价格及经济性。

常用滚动轴承种类和特点见表20-1。

表20-1 常用滚动轴承类型及特点深沟球角接触球轴承圆锥滚子轴承）圆柱滚子轴承）✧✧调心球调心滚子轴承）✧✧滚动轴承类型选择示例：a）b）c）图20-6 轴承类型选择示例a）吊车滑轮轴及吊钩b）起重机卷筒轴c）高速磨头例20-1 吊车滑轮轴及吊钩（图20-6a），起重量Q＝5×104 N。

解：滑轮轴轴承承受较大的径向载荷，转速低，考虑结构选用一对深沟球轴承（6类）。

吊钩轴承承受较大的单向轴向载荷，摆动，选用一套推力球轴承（5类）。

例20-2起重机卷筒轴（图20-6b），起重量Q＝3×105N，转速n＝30 r/min，动力由直齿圆柱齿轮输入。

解：承受较大的径向载荷，转速低，支点跨距大；轴承座分别安装，对中性较差，轴承内、外圈间可能产生较大的角偏斜，选用一对调心滚子轴承（2类）。

例20-3高速内圆磨磨头（图20-6c），转速n＝18000 r/min。

解：同时承受较小的径向和轴向载荷，转速高，要求回转精度高，选用一对公差等级为P5的角接触球轴承。

20.2.4 滚动轴承的代号滚动轴承代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号，由字母和数字组成。

按GB/T272-93的规定，轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其排列见表20-2。

表20-2 轴承代号的构成 前置代号基本代号后置代号成套轴承分部件××× × × ××类 宽 直 内 型 度 径 径 代 系 系 代 号 列 列 号代 代 号 号内部结构密封、防尘与外部形状变化 保持架结构、材料改变 轴承材料公差等级和游隙 其他基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。

其中类型代号用数字或字母表示，其余用数字表示，最多有7位数字或字母。

内径代号 表示轴承的内径尺寸。

当轴承内径在20-480mm 范围内时，内径代号乘以5即为轴承公称内径；对于内径不在此范围的轴承，内径表示方法另有规定，可参看轴承手册。

直径系列代号 表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径。

宽度系列代号 表示内、外径相同的同类轴承宽度的变化。

类型代号 表示轴承的基本类型，其对应的轴承类型参见表20-l ，其中0类可省去不写。

在后置代号中用字母和数字表示轴承的公差等级。

按精度高低排列分为2级、4级、5级、6x 级、6级和0级，分别用／P2，／P4，／P5，／P6x ，P6和／P0表示，其中2级精度最高，0级为普通级，在代号中省略。

有关前置代号和后置代号的其它内容可参阅有关轴承标准及专业资料。

代号举例：71908／P5 其代号意义为：7—轴承类型为角接触球轴承，1—宽度系列代号，9—直径系列代号，08—内径为40mm ，P5—公差等级为5级。

6204 其代号意义为：6—轴承类型为深沟球轴承，宽度系列代号为0（省略），2—直径系列代号，04—内径为20mm ，公差等级为0级（公差等级代号／P0省略）。

20.3 轴承的组合设计为了保证轴承的正常工作，除了合理选择轴承的类型和尺寸之外，还必须进行轴承的组合设计，妥善解决滚动轴承的固定、轴系的固定，轴承组合结构的调整，轴承的配合、装拆、润滑和密封等问题。

20.3.1滚动轴承内、外圈的轴向固定为了防止轴承在承受轴向载荷时，相对于轴或座孔产生轴向移动，轴承内圈与轴、外圈与座孔必须进行轴向固定，滚动轴承常用的内、外圈轴向固定方式见表20-3。

表20-3 滚动轴承常用内、外圈轴向固定方式轴承内圈的轴向固定方式轴承外圈的轴向固定方式 名称特点与应用名称特点与应用轴肩结构简单，外廓尺寸小，可承受大的轴向负荷端盖端盖可为通孔，以通过轴的伸出端，适于高速及轴向负荷较大的场合弹性 挡圈由轴肩和弹性挡圈实现轴向固定，弹性挡圈可承受不大的轴向负荷，结构尺寸小螺钉压盖类似于端盖式，但便于在箱体外调节轴承的轴向游隙，螺母为防松措施轴端 挡板由轴肩和轴端挡板实现轴向固定，销和弹簧垫圈为防松措施，适于轴端不宜切制螺纹或空间受限制的场合螺纹环 便于调节轴承的轴向游隙，应有防松措施，适于高转速，较大轴向负荷的场合锁紧 螺母由轴肩和锁紧螺母实现轴向固定，有止动垫圈防松，安全可靠，适于高速重载弹性 挡圈结构简单，拆装方便，轴向尺寸小，适于转速不高，轴向负荷不大的场合，弹性挡圈与轴承间的调整环可调整轴承的轴向游隙20.3.2 轴系的固定轴系固定的目的是防止轴工作时发生轴向窜动，保证轴上零件有确定的工作位置。

常用的固定方式有以下两种。

1．两端单向固定 如图20-7所示，两端的轴承都靠轴肩和轴承盖作单向固定，两个轴承的联合作用就能限制轴的双向移动。

为了补偿轴的受热伸长，对于深沟球轴承，可在轴承外圈与轴承端盖之间留有补偿间隙C ，一般C ＝0.25～0.4mm ；对于向心角接触轴承，应在安装时将间隙留在轴承内部。

问隙的大小可通过调整垫片组的厚度实现。

这种固定方式结构简单、便于安装、调整容易，适用于工作温度变化不大的短轴。

2．一端固定、一端游动支承如图20-8a所示，一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制了轴的双向移动。

另一端轴承外圈两侧都不固定。

当轴伸长或缩短时，外圈可在座孔内作轴向游动。

一般将载荷小的一端做成游动，游动支承与轴承盖之间应留用足够大的间隙，C＝3～8 mm。

对角接触球轴承和圆锥滚子轴承，不可能留有很大的内部间隙，应将两个同类轴承装在一端作双向固定，另一端采用深沟球轴承或圆柱滚子轴承做游动支承（图20-8b）。

这种结构比较复杂，但工作稳定性好，适用于工作温度变化较大的长轴。

图20-7 两端单向固定支承图20-8 一端固定、一端游动20.3.3 滚动轴承组合结构的调整滚动轴承组合结构的调整包括轴承间隙的调整和轴系轴向位置的调整。

1．轴承间隙的调整轴承间隙的大小将影响轴承的旋转精度、轴承寿命和传动零件工作的平稳性。

轴承间隙调整的方法有：1）如图20-9a所示，靠加减轴承端盖与箱体间垫片的厚度进行调整。

2）如图20-9b所示，利用调整环进行调整，调整环的厚度在装配时确定。

3）如图20-9c所示，利用调整螺钉推动压盖移动滚动轴承外圈进行调整，调整后用螺母锁紧。

2．轴承的预紧（图20-10）轴承预紧的目的是为了提高轴承的精度和刚度，以满足机器的要求。

在安装轴承时要加一定的轴向预紧力，消除轴承内部的原始游隙，并使套圈与滚动体产生预变形，在承受外载后，仍不出现游隙，这种方法称为轴承的预紧。

预紧的方法有：（1）在一对轴承内圈之间加金属垫片（图20-10a ）；（2）磨窄外圈（图20-10b ），所加预紧力的传递路线参阅图20-10a 、b ，图20-10c 为其结构图。

图20-9 轴承间隙的调整图20-10 轴承的预紧3．轴系轴向位置的调整 轴系轴向位置调整的目的是使轴上零件有准确的工作位置。

如蜗杆传动，要求蜗轮的中间平面必须通过蜗杆轴线（图20-11a ）；直齿锥齿轮传动，要求两锥齿轮的锥顶必须重合（图20-11b ）。