机械设计第十三章滚动轴承

第十三章滚动轴承第一节概述1、结构：向心轴承：内外圈（座圈）、滚动体、保持架推力轴承：紧圈（与轴相连）（轴圈）、松圈（与轴承座相连）（座圈）、滚动体、保持架2、材料：内外圈（紧松圈）及滚动体是用铬锰高碳钢制成，表面磨削和抛光，硬度不低于60HRC。

保持架：实体式：铜合金、铝合金或塑料冲压式：低碳钢板冲压制成。

3、常用滚动体形状：球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子（鼓形）等。

第二节滚动轴承的特性、类型和代号一．滚动轴承的游隙、接触角和调心性能1、游隙（1）间隙：内外圈与滚动体有间隙。

（2）游隙：内圈相对于外圈最大移动量。

分径向游隙和轴向游隙（3）原始游隙和实际游隙（4）影响游隙的因素：滚动轴承所需游隙的大小，是由安装内外圈时所用配合的松紧程度、轴承与轴或轴承与轴承座的温度差、轴的挠曲变形的大小及轴承的润滑冷却等情况而决定的。

比如：配合愈紧、温差愈大、轴的挠曲变形量愈大，则游隙也应越大。

（5）游隙的分类：向心轴承的原始径向游隙分为：1，2，0，3，4，5共6组。

代号：c1、c2、—、c3、c4、c5（径向游隙增大），0组游隙在代号中不写，一般优先选用。

注：有些如角接触球轴承、圆锥滚子轴承等，由于其结构上的原因，游隙是在轴承安装时通过调整内、外圈的相对位置来确定的，因此使用时要注意。

（6）游隙作用：可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。

2、滚动轴承的接触角（1）公称接触角：滚动体与外座圈（或松圈）接触点的法线与轴承径向平面间的夹角，称为该滚动轴承的公称接触角。

（2）向心角接触球轴承在未受轴向载荷时，接触角为α，承载后α增大，（游隙的作用）。

（3）滚动体与座圈线接触的轴承，α不受轴向载荷的影响。

（如圆锥滚子轴承）（4）深沟球轴承在承载前或只承受径向载荷时，其α=0，但在轴向载荷作用下，由于游隙存在，使α增大；轴向载荷越大，α越大。

（5）α越大，承受轴向载荷的能力增大，（向心角接触轴承150、250、400）。

3、滚动轴承的调心性能（1）调心原因：由于加工，安装的误差及轴和支座的变形，轴承在安装后和受载时，内外圈之间或松、紧圈之间会发生相对角位移。

为了正常工作。

不至于卡死，要求轴承具有这种调心性能。

（调心轴承）二、滚动轴承的分类1、滚动体形状：球轴承、滚子轴承2、调心性能：调心轴承、非调心轴承3、列数：单列滚动体轴承、双列滚动体轴承、多列滚动体轴承4、承载方向：向心轴承：径向接触轴承向心角接触轴承能承受径向和轴向载荷推力轴承：轴向接触轴承轴向推力角接触轴承轴向大，径向小。

三、滚动轴承的代号1．前置代号：表示成套轴承的分部件，前置代号加基本代号表示某轴承中的某分部件，如可分离轴承的可分内外圈或外圈。

滚动轴承中滚动体和保持架组件等。

前置代号有1至3个拉丁字母表示。

如用“L”表示可分离轴承的可分离套圈，“K”表示轴承的滚动体与保持架组件。

2．后置代号：表示轴承的精度与材料的特征。

轴承在内部结构，密封防尘与座圈形式，保持架结构极其材料，轴承材料，公差等级，游隙，成对轴承在一个支点处配置方式等有变化时，在基本代号后面所加的补充代号。

3、基本代号：表示轴承的类型与尺寸等主要特征。

（1）轴承内径基本代号右起第一，二位数字 04-96轴承内径d ＝代号＊５特殊情况要查表：如00表示10mm、01表示12mm内径大于500mm的轴承，其代号以分母形式直接表示内径尺寸，230向心调心滚子轴承，500为内径，2是类型代号，30是外如500廓尺寸代号（２）外廓尺寸系列对于同一内径的轴承，为了能适应不同承载能力，转速或结构尺寸的需要，可以制成不同外径和宽度（对于推力轴承则为高度）以基本代号右起第三，第四位数字代表外廓尺寸系列。

①轴承的直径（外径）系列：同一内径的轴承，承载能力不同，滚动体直径也不同，用基本代号右起第三位字表示。

表示法：直径系列代号用0、1、2、3、4、5、7、8、9向心轴承：０或１表示特轻系列、2表示轻系列、3中、４重向心推力轴承：０或１表示特轻系列、2表示轻系列、3中、４重推力轴承：用１表示特轻系列、２表示轻系列、３中、４重系列（0、1）、2、3、4，则承载能力增大②宽度（高度）系列：同一内径、外径的轴承，为了满足特殊的需要，可制成特殊的宽度（高度），用基本代号右起第四位数字表示。

当宽度系列为０系列时（正常系列），对多数轴承在代号中可不标出０，但对于调心滚子轴承和圆锥滚子轴承，宽度系列代号０应标出。

表示法：宽度系列代号用０，１，２，３，４，５，６，７，８，９（３）轴承类型：从基本代号右起第五位起，用５个拉丁字母或者用１或２个数字表示轴承的类型。

１——向心调心球轴承ＮＡ——滚针轴承如：６３０８表示内径为４０mm、（3）中系列（６）深沟球轴承、正常宽度系列（０），正常结构、０级公差，０组游隙。

第三节滚动轴承类型和公差等级的选择轴承的类型、公差等级和尺寸都选得合适，既能可靠地起支承作用，在规定时间内失效概率不超过规定值，也不会因结构过大而浪费。

一．轴承所受载荷的大小、方向和性质1、大小：滚子轴承——线接触——承载后变形小——承载能力增大球轴承——点接触——承载后变形大——中等载荷或轻微载荷2、方向和性质：F——向心轴承轴承受纯径向载荷时rF时且转速不很高时——推力轴承轴承受纯轴向载荷a轴承受纯轴向载荷a F 时转速很高时，用角接触轴承。

轴承同时受径向和轴向载荷时：r a F F 较小时——用深沟球轴承或α小的角接触轴承。

raF F 较大时——α较大的角接触轴承或向心与推力合用。

3、球轴承制造容易，价格便宜的优点（同等条件下）。

4、采用角接触球轴承和圆锥滚子轴承时，需要成对使用，对称安装。

二、轴承的转速一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有影响。

因此轴承转速较高时，应校核其极限转速。

从工作转速对轴承的要求看，可以确定以下几点： 1．球轴承与滚子轴承相比较，lim n 高，故高速时优先选用球轴承。

2．内径相同条件下，外径愈小，则滚动体愈小，运转时滚动体的惯性离心力也就愈小，因而更适合在更高的转速下工作。

故在高速时，优选超轻、特轻及轻系列轴承，重及特重系列的轴承，只用于低速重载的场合。

如用一个轻系列轴承而承载能力达不到要求时，可采用宽系列轴承，或者把两个轻系列的轴承并装使用。

3．保持架的结构与材料对轴承转速影响极大。

实体保持架比冲压保持架允许更高一些的转速。

实体式：铜合金、铝合金或塑料冲压式：低碳钢板冲压制成。

4．推力轴承的极限转速均很低。

当工作转速高时，若轴向载荷不太大时，可用角接触球轴承受轴向力。

5．轴承的接触角越小，其座圈承受滚动体的惯性离心力的条件越为零的向心轴承优于角接触轴好。

所以，在高速性能方面，接触角承和推力轴承。

6．若工作转速略超过样本规定的极限转速，可以用提高轴承的公差等级，或者适当地加大轴承的径向游隙，选用循环润滑或油雾润滑，加强对循环油的冷却等措施来改善轴承的高速性能。

若工作转速超过极限转速较多，应选用特别的高速滚动轴承。

三、轴承的调心性能轴的中心线与轴承座中心线不重合有角度误差时，或轴因受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。

四．轴承的刚度轴承受载后弹性变形量很小，不影响机械的工作性能。

但对于某些高精度机械如精密机床，其主轴轴承即使只有微量的弹性变形，也会影响工作性能。

因滚子轴承为线接触，弹性变形小，刚度高，要优先选用。

五、对轴承尺寸的限制当轴承的径向尺寸受限制时，可选用内径相同而外径较小的轴承，必要时可选用滚针轴承，甚至取消滚针轴承的内圈或外圈。

当轴承的轴向尺寸受限制时，可选用内径相同而宽度较窄的轴承。

六．装拆方便需要经常装拆或装拆困难的场合，可选用内，外圈可分离的轴承。

当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可选用内圈孔为1：12的圆锥孔的轴承。

七．轴承的效率球轴承的效率高于滚子轴承承受纯径向载荷时，向心轴承的效率高。

承受纯轴向载荷时，推力轴承的效率高。

当径向载荷与轴向载荷联合作用时，只有当αβ=时，轴承的效率才提高。

（载荷角）与轴承径向平面夹角β=F F F ar八．公差及其他1． 公差分：0、6、6x 、5、4、2，级别越来越高（精度越来越高） 相应代号为：P0、P6、P6x 、P5、P4、P2一般机械中采用0级公差的轴承，精密机床用4级轴承。

采用高精度轴承时，轴和轴承座孔的加工精度应与轴承公差等级相适应，并有足够的刚度。

2． 其他方面根据需要，决定是否采用带止动槽的轴承，密封圈，防尘盖，价格，市场供应情况。

球价格低于滚子价格。

生产实际需要——轴承——同类型轴承，尺寸愈大——承载能力增大。

载荷一定时，轴承尺寸越大，则使用寿命愈长。

为了生产实际——选择轴承型号。

第四节滚动轴承的尺寸（型号）选择尺寸选择，即根据载荷的大小，方向，性质以及对其使用的要求等条件，通过计算，选出尺寸合适的轴承。

一．滚动轴承元件的受力情况和失效形式1、一般情况下：（1）受力分析：从图上可看出：半圈滚动体承载，且承载区内各位置的滚动体所承受的载荷大小是不同的，因而滚动体与内、外圈之间的接触应力也是不同的。

又由于轴承运转时，滚动体与内外圈的相对位置不断变化，因而座圈与滚动体的接触面上任一点的接触应力都是变化的。

（2）失效形式：滚动体和内外圈滚道表面产生疲劳点蚀或剥落。

（3）尺寸选择依据：不发生疲劳点蚀或剥落，要按照接触疲劳强度计算即根据动态承载能力来选择轴承的尺寸。

2、如果转速很低（min10rn ），或仅有缓慢的摆动：（1）受力分析：应力变化次数少或无变化，一般不会产生疲劳破坏。

（2）失效形式：轴承元件在过大载荷作用下产生塑性变形。

（3）尺寸选择依据：保证轴承在最大外载荷作用下，不产生过量的塑性变形。

要按静强度计算即根据静态承载能力来选轴承。

3、如果滚动轴承转速较高（min10rn ），又有短期过载或冲击载荷时：（1）失效形式：疲劳破坏、塑性变形、过度磨损和胶合。

（2）尺寸选择依据：a、按疲劳强度计算。

b、按最大载荷校核其静强度。

c、校核其极限转动速度。

另外：由于环境恶劣（多灰尘，酸碱腐蚀性介质等）、密封不良、润滑不良或安装使用不当，导致轴承过早磨损、化学腐蚀等而失效。

设计和使用时要防止。

二、滚动轴承的动态承载能力计算。

滚动轴承的动态承载能力计算就是保证轴承在规定时间内，能正常工作的情况下，通过计算，选择出尺寸（型号）合适的轴承；或在已知轴承的尺寸（型号）时，计算出轴承正常工作所具有的寿命（预测寿命）。

动态承载能力与轴承的寿命直接相连。

1．滚动轴承的寿命与可靠度（1）寿命是指一个轴承中的任意滚动体或座圈滚道出现疲劳点蚀以前的总转数或在一定转速下的总工作小时数。

实验表明：滚动轴承的寿命是离散的。

即使是结构、尺寸、材料、热处理、加工方法完全相同的一批轴承，在完全相同的载荷，温度等条件下运转，他们的寿命差异也很大，最高寿命等相差几倍，甚至几十倍。