第十四章滚动轴承分析

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第四节滚动轴承的组合设计
三、轴承组合的调整
1.轴承间隙的调整 此类调整用以保证热膨胀间隙。图14一13(a)所示为靠加减轴承盖 与机座间垫片厚度进行调整;图14一13(b)所示为利用螺钉1通过轴承外 圈压盖3移动外圈位置进行调整，调整之后，用螺母2锁紧防松。
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第四节滚动轴承的组合设计
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第四节滚动轴承的组合设计
五、滚动轴承的润滑
润滑的主要目的是减少摩擦与磨损。当滚动接触部位形成油膜时， 还有吸收振动、降低工作温度和噪声等作用。 常用的滚动轴承润滑剂是润滑脂和润滑油。具体选用可按轴承的 dn值来定。d代表轴承内径(mm) ; n代表轴承转速(r/min),dn值间接地 反映了轴颈的圆周速度。适用于脂润滑和油润滑的do值界限列于表14 一10中，可作为选择润滑方式时的参考。
2.轴系位置的调整 轴系位置的调整，用以保证轴上传动零件(如锥齿轮、蜗轮等)具 有准确的工作位置。如图14一14为锥齿轮轴系位置的调整，套杯与机 座间的垫片1用来调整锥齿轮轴的轴向位置，而垫片2则用来调整轴承 游隙。 3.轴承的预紧 对某些可调游隙式轴承，在安装时给以一定的轴向压紧力(预紧 力)，使内外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈与滚动体接触处 产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度，这种方法称为轴承 的预紧。预紧力可以利用加金属垫片(图14一15(a))或磨窄套圈(图14一 15(b))等方法获得。
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第三节滚动轴承的计算
2.计算准则 (1)对一般转速(n>10 r/min)的轴承，疲劳点蚀是其主要的失效形式， 轴承应进行寿命校核计算。 (2)对静止或极慢转速(r≤10 r/min)的轴承，轴承的承载能力取决于所允 许的塑性变形，应进行静强度计算。 (3)对高速轴承，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。 对于磨粒磨损失效，目前尚无统一、有效的计算方法。
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第二节滚动轴承的类型、代号及选择
二、滚动轴承的代号
为了便于设计、制造和选用，在国家标准GB/T 272-1993中规定 了滚动轴承代号的表示方法。 滚动轴承代号是用字母加数字来表示滚动轴承的结构、尺寸、 公差等级、技术性能等特征的产品符号。 滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。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;前置代号和 后置代号是轴承结构形式、尺寸、公差、技术要求有改变时，在其基 本代号左右添加的补充代号。轴承代号的排列见表14一2
以向心轴承(深沟球轴承)为例，当轴承承受径向载荷Fr时，各滚 动体所受的载荷不相等，位于上半圈的滚动体不受载，位于下半圈的 滚动体受载且最下面一个滚动体所受载荷最大(见图14一6)。轴承工 作时，由于滚动体受变载荷，所以轴承内、外圈滚道与滚动体接触表 面接触点受到的都是脉动循环变化的接触应力。
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第二节滚动轴承的类型、代号及选择
5.经济性 在满足使用要求的情况下，应优先选用价格低的滚动轴承。一般 说来，球轴承的价格低于滚子轴承，所以只要满足使用要求应优先选 用球轴承。不同公差等级的轴承，价格相差悬殊，选用高精度轴承必 须慎重。
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第三节滚动轴承的计算
一、滚动第二节滚动轴承的类型、代号及选择
2.轴承的转速 通常球轴承的极限转速高于滚子轴承。各种推力轴承的极限转速 均低于向心轴承。每个型号的轴承其极限转速值均列于轴承样本中， 选用时应保证工作转速低于极限转速。向心球轴承的极限转速高，高 速时应优先选用。 3.轴承的调心性 当轴的支点跨距大、刚性差或由于加工安装等原因造成轴承有较 大不同心时，应选用能适应内、外圈轴线有较大相对偏斜的调心轴承。 在使用调心轴承的同一轴上，一般不宜使用其他类型轴承，以免受其 影响而失去了调心作用。 4.安装与拆却 安装拆卸较频繁选用分离型结构的轴承，如圆锥滚子轴承、圆柱 滚子轴承、滚针轴承和推力轴承等。
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第二节滚动轴承的类型、代号及选择
三、滚动轴承的类型选择
各类滚动轴承有不同的特性，因此选择滚动轴承类型时，必须根 据轴承实际工作情况合理选择，一般考虑下列因素。 1.载荷性质、大小和方向 (1)载荷的性质和大小在相同外廓尺寸条件下，滚子轴承一般比球轴承 承载能力和抗冲击能力大。故载荷大、有振动和冲击时应选用滚子轴 承;载荷小、无振动和冲击时应选用球轴承。 (2)载荷的方向纯径向载荷选用各类向心轴承都可以;纯轴向载荷选用 推力球轴承、推力圆柱滚子轴承及推力滚针轴承;联合载荷一般选用 角接触球轴承或圆锥滚子轴承。若径向载荷较大而轴向载荷较小，可 选用深沟球轴承。若轴向载荷较大而径向载荷较小时，可选用推力角 接触球轴承。
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第三节滚动轴承的计算
3.滚动轴承的寿命计算公式 大量试验表明，滚动轴承的基本额定寿命与基本额定动载荷和当 量动载荷的关系为
实际计算时用小时数表示寿命比较方便，上式可改为
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第三节滚动轴承的计算
4.滚动轴承的当量动载荷 滚动轴承的基本额定动载荷是在规定的载荷条件下得到的。在实 际应用中，轴承的载荷往往与试验条件不同。因此，在进行轴承寿命 计算时，应把实际载荷换算成与试验条件相一致的当量动载荷P。换 算的条件是在当量动载荷作用下的轴承寿命与在实际载荷作用下的轴 承寿命相同。当量动载荷可用下式计算
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第三节滚动轴承的计算
二、滚动轴承的失效形式与计算准则
1.失效形式 (1)疲劳点蚀正常安装和仔细维护的情况下绝大多数轴承都是由于疲劳 点蚀而失效。 (2)塑性变形当载荷很大时，在滚动体与内、外圈接触处将产生过度的 塑性变形，影响轴承平稳运转。 (3)磨损密封不当或润滑剂不纯净，将引起磨粒磨损而使轴承失效。由 于轴承中存在滑动摩擦，当润滑不充分也可能产生胶合磨损失效。
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第四节滚动轴承的组合设计
二、滚动轴承的轴向固定
滚动轴承轴向固定的方法很多，内圈固定的常用方法如图14一 11所示可用弹性挡圈(图14一11(a))、轴端挡圈(图14一11(b));、圆螺母 加止动垫圈(图14一11(c))等形式。 外圈固定的常用方法如图14一12所示可用孔用弹性挡圈(图14一 12(a))、轴承盖(图14一12(b))、螺纹环(图14一12(c))等形式。 在轴系的结构设计中，切忌出现不定位或过定位现象。
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第三节滚动轴承的计算
三、滚动轴承的寿命计算
1.滚动轴承的基本额定寿命 轴承的寿命是指一套轴承，其中一个套圈或滚动体的材料出现第 一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈相对另一个套圈的转数。 2.滚动轴承的基本额定动载荷 轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，轴承的寿命 越短。滚动轴承的基本额定动载荷，就是使轴承的基本额定寿命恰好 为106r时，轴承所能承受的载荷值。用字母C表示。基本额定动载荷， 对于向心轴承是指一恒定的径向载荷，并称为径向基本额定动载荷， 用Cr表示;对于推力轴承是指一‘巨定的中心轴向载荷，并称为轴向 基本额定动载荷，用Ca表示;对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承是指 引起轴承套圈相互间产生纯径向位移的载荷的径向分量。
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第四节滚动轴承的组合设计
2.一端双向固定、一端游动 如图14一10( a)，左端为固定支承，限制轴的双向轴向移动，右 端为游动支承，可作轴向移动。固定端轴承应能承受双向轴向载荷， 内、外圈轴向均要固定。游动端轴承可用深沟球轴承或内外圈可分离 的圆柱滚子轴承。使用深沟球轴承时，外圈两端相对于座孔要留有间 隙(图14一10(a))。而使用圆柱滚子轴承，轴承内圈两端相对于轴、轴 承外圈两端相对于座孔均需固定(图14一10(b))。这种方式适用于支承 跨距较大、温升高，因而轴受热伸长量较大的场合。
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第三节滚动轴承的计算
四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的 计算
角接触球轴承和圆锥滚子轴承受纯径向载荷时会引起派生轴向 力S。派生轴向力(也叫内部轴向力或附加轴向力)有使轴承的内圈与 外圈分离的趋势，为了使轴承的派生轴向力得到平衡，以免轴串动， 通常此类轴承都成对使用。轴承的安装配置方法有面对面和背对背两 种，如图14 -7所示。派生轴向力的大小由其轴承内部结构和承受的径 向载荷所决定，与轴向外载荷无关，计算公式见表14 -7。派生轴向力 的方向为由外圈的宽边指向窄边。
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第四节滚动轴承的组合设计
四、滚动轴承的配合
由于滚动轴承是标准件，为了便于互换及适应大量生产，轴承 内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合则采用基 轴制。 选择配合时，应考虑载荷的方向、大小和性质，以及轴承类型、 转速和使用条件等因素。当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套 圈的配合紧一些。一般情况下是内圈随轴一起转动，外圈固定不转。 如轴的公差采用k6 ,m6;座孔的公差采用H7 ,J7或Js7
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第四节滚动轴承的组合设计
润滑脂的流动性差，不易流失，故便于密封和维护，且一次充 填润滑脂可运转较长时间。滚动轴承中润滑脂的加入量一般应是轴承 空隙体积的1/2~1/3，装脂过多会引起轴承内部摩擦增大，工作温度升 高，影响轴承的正常工作。 油润滑的优点是摩擦阻力小，散热效果好，主要用于速度较高 或工作温度较高的轴承。有时轴承速度和工作温度虽然不高，但在轴 承附近具有润滑油源时(如减速器内润滑齿轮的润滑油)，也可采用润 滑油润滑。 若采用浸油润滑方式，则油面高度不超过最低滚动体的中心，以 免产生过大的搅油损失和发热。高速轴承通常采用滴油或油雾方式润 滑。
第十四章滚动轴承
第一节滚动轴承的结构 第二节滚动轴承的类型、代号及选择 第三节滚动轴承的计算 第四节滚动轴承的组合设计
第一节滚动轴承的结构
滚动轴承是利用滚动摩擦原理设计而成的支承零件，在各种机械 中被广泛使用。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵活、效率高、 润滑简便、易于互换且可以通过预紧提高轴承的刚度和旋转精度等优 点。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时有噪声，径向尺寸较大，工 作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成(图14一1)。 滚动轴承内、外圈与滚动体均采用硬度高、抗疲劳性强、耐磨性 好的高碳铬轴承钢制造，如GCr15 , GCr15 SiMn等。保持架多用低 碳钢板冲压形成，也可用有色金属(如黄铜)、塑料等材料。 滚动轴承是标准件，由专业化工厂大量生产供应市场，类型和 尺寸系列很多。设计时，一般只需根据具体的工作条件，正确选择轴 承的类型和尺寸。
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第四节滚动轴承的组合设计
一、轴系的轴向固定
通常，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或一个以上的 轴承组成。轴系的轴向位置通过轴承来固定。以下介绍轴系常用的两 种固定方式。 1.两端单向固定 如图14 -9( a)所示，两个轴承各限制轴一个方向的轴向移动。这 种方式适用于支承跨距较小、温升不高，因而轴的伸长量不大的场合。 为了补偿轴的热伸长，在一端轴承外圈端面和轴承盖之间留出热膨胀 间隙(图14-9(b))
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第三节滚动轴承的计算
五、滚动轴承的静强度计算
静强度计算的目的是防止在载荷作用下产生过大的塑性变形。对 于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承(如起重机吊钩上用的推力 轴承)或转速极低的轴承，其主要失效形式是产生过大的塑性变形， 因此应进行静强度计算，其强度条件为
当轴承同时承受径向和轴向载荷，在进行静强度计算时，应将载 荷换算成当量静载荷，其公式为
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第二节滚动轴承的类型、代号及选择
一、滚动轴承的主要类型
滚动轴承的分类方法有多种。 轴承按其滚动体的种类分为球轴承和滚子轴承。球轴承中球与 滚道为点接触，而滚子轴承中滚子与滚道之间为线接触。在相同尺寸 下，球轴承制造方便、价格低、摩擦系数小、运转灵活、许用的极限 转速高，但抗冲击能力和承载能力不如滚子轴承。 轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角a的不同，分为向心 轴承和推力轴承。滚动轴承公称接触角a是指轴承的径向平面(垂直于 轴线)与滚动体和滚道接触点的公法线之间的夹角，如图14一3所示。 轴承按其工作时能否调心，分为调心轴承和刚性轴承。调心轴 承的滚道是球面形的，能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动(见 图14-4)