滚动轴承-滚动轴承的结构及类型_

2．接触角
接触角是滚动轴承的一个主要参 数，轴承的受力分析和承载能力等与接 触角有关。表2列出各类轴承的公称接 触角。 滚动体套圈接触处的法线与轴承径 向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之 间的夹角称为公称接触角。公称接触角 越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。
滚动轴承按其承受载荷的方向或公 称接触角的不同，可分为： （1） 径向轴承，主要用于承受径向载 荷，其公称接触角从0到45； （2） 推力轴承，主要用于承受轴向载 荷，其公称接触角从大于45到 90（表2）。
例2 试求N207轴承允许的最大径向载荷。 已 知 工 作 转 速 n=200r/min 、 工 作 温 度 t<1000C、载荷平稳、寿命Lh=10000h。 解：对向心轴承，由式（3）可得载荷为：
f T 10 F C f P 60 nLh
6

1/
由机械设计手册查得圆柱滚子轴 承N207的径向额定动载荷C=27200N； 因t<100C，由表8查得fT=1，因载荷 平稳，由表9查得fF=1，对滚子轴承取 =10/3。将以上有关数据代入上式， 得
推力轴承只能承受轴向载荷，因此其当 量动载荷为 P=A （7）
五、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴 向载荷计算 角接触球轴承和圆锥滚子的结构特 点是在滚动体和滚道接触处存在着接触 角。当它承受径向载荷R时，作用在承 载区内第i个滚动体上的法向力Qi可分解 为径向分力Ri和轴向分力Si。各滚动体 上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴 向力S（见图6a中的S1和S2）。轴承的内 部轴向力可以按表12计算。
10 F 27200 60 200 10 4
6

3 / 10
6469 N
故在规定的条件下，N207轴承可 承受的载荷为6469N。
四、当量动载荷的计算
滚动轴承的额定动载荷是在一定条 件下确定的。对向心轴承是指承受纯径 向载荷；对推力轴承是指承受轴向载荷。 如果作用在轴承上的实际载荷与上述条 件不一样，必须将实际载荷换算为和上 述条件相同的载荷后，才能和额定动载 荷进行比较。换算后的载荷是一种假定 的载荷，称为当量动载荷。径向和轴向 载荷分别用R和A表示。
5 Fr Q z 式中，z为轴承的滚动体的总数。
图4滚动体受力分布
2．滚动轴承的失效形式
（1） 疲劳破坏
如图4所示，在工作过程中，滚动 体和内外圈不断地接触，滚动体与滚 道受变应力作用，可近似地看作是脉 动循环。在载荷的反复作用下，首先 在表面下一定深度处产生疲劳裂纹， 继而扩展到接触表面，形成疲劳点蚀， 致使轴承不能正常工作。通常，疲劳 点蚀是滚动轴承的主要失效形式。
二、轴承寿命 轴承的套圈或滚动体的材料首次出 现疲劳点蚀前，一个套圈相对于另一个 套圈的转数，称为轴承的寿命。寿命还 可以用在恒定转速下的运转小时数来表 示。
对于一组同一型号的轴承，由于材 料、热处理和工艺等很多随机因素的影 响，即使在相同条件下运转，寿命也不 一样，有的甚至相差几十倍。
因此对一个具体轴承，很难预知其 确切的寿命。但大量的轴承寿命试验表 明，轴承的可靠性与寿命之间有如图5 所示的关系。可靠性常用可靠度R度量。 一组相同轴承能达到或超过规定寿命的 百分率，称为轴承寿命的可靠度。如图 所示，当寿命L为1(106转)时，可靠度R 为90。
4级精度
C
角接触球轴承 窄0中3 触角=15
内径60 公称接
§2 滚动轴承的失效形式及寿命 计算
一、主要失效形式
1．滚动体受力 滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷 （中心轴向载荷）Fa作用下，可认为各 滚动体所承受载荷是相等的。
当轴承受纯径向载荷Fr作用时（图 4），由于各接触点上存在弹性变形，使 内圈沿Fr方向下移一距离，上半圈滚动 体不承受载荷，而下半圈各滚动体承受 不同的载荷。处于Fr作用线最下位置的滚 动体受载最大（Q），而远离作用线的各 滚动体，其受载就逐渐减小。对于=0 的向心轴承可以导出：
（3） 类型代号：右起第五位表示轴承 类型，其代号见表1。代号为0时不写出。
（4） 前置代号：成套轴承分部件，见 表5。 （5） 后置代号：内部结构、尺寸、公 差等，其顺序见表5，常见的轴承内部 结构代号和公差等级见表6和7。
例1 试说明轴承代号6203/P4和7312C的 意义。 6 深沟球轴承 7 3 2 窄0轻2 03 内径17 12 /P4
修正后的寿命计算式可写为
10 fT C Lh f F 60 n P
6

（h）
(3)
当已知载荷和所需寿命时，应选的 轴承额定动载荷可按下式计算：
f P F 60 n C 6 Lh f T 10
1/
(N) (4)
以上两式是设计计算时经常用到的 轴承寿命计算式，由此可迅速确定轴承 的寿命或尺寸型号。各类机器中轴承预 期寿命Lh的参考值，列于表10中。
4． 角偏差
轴承由于安装误差或轴的变形等 都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。 其倾斜角称为角偏差。各类轴承的允 许角偏差见表1。
三、滚动轴承的代号 滚动轴承的类型很多，而各类轴 承又有不同的结构、尺寸、精度和技 术要求，为便于组织生产和选用，应 规定滚动轴承的代号。滚动轴承的代 号表示方法如下：
滚动体的形状
图3给出了不同形状的滚动体，按 滚动体形状滚动轴承可分为球轴承和滚 子轴承。滚子又分为长圆柱滚子、短圆 柱滚子、螺旋滚子、圆锥滚子、球面滚 子和滚针等。
图3 滚动体的形状
滚动轴承常用类型和特性 根据需要，滚动轴承有许多不同的类 型，类型不同它们的性能也不相同。 常用滚动轴承的类型和特性，见表1。
图2 滚动轴承运动
滚动轴承的材料
滚动体与内外圈的材料应具有高 的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨 性硬度可达HRC61~65， 工作表面须经磨削和抛光。保持架一 般用低碳钢板冲压制成，高速轴承多 采用有色金属或塑料保持架。
滚动轴承的特点和使用 与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩 擦阻力小，起动灵敏、效率高、润滑简 便和易于互换等优点，所以获得广泛应 用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速 时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦 的滑动轴承。 由于滚动轴承已经标准化，并由轴 承厂大批生产，所以，使用者的任务主 要是熟悉标准、正确选用。
L1 F1 L2 F2 L3 F3 =常数



在寿命L=106 转（可靠度为90） 时，轴承能承受的载荷为额定动载荷， 用C表示。上式可写为
LF 10 C
6



或
C L 10 （106转）(1) F
6
式中， 为寿命指数，对球轴承=3，滚 子轴承 =1/3。
图5 轴承寿命曲线
一组同一型号轴承在相同条件下 运转，其可靠度为90时，能达到或 超过的寿命称为额定寿命，单位为百 万转（106转）。换言之，即90的轴 承在发生疲劳点蚀前能达到或超过的 寿命，称为额定寿命。对单个轴承来 讲，能够达到或超过此寿命的概率为 90。
三、额定动载荷及寿命计算 大量试验表明：对于相同型号的轴 承，在不同载荷F1，F2，F3，作用下， 若轴承的额定寿命分别为L1，L2，L3， （106转），则它们之间有如下的关系：
3． 极限转速nc
滚动轴承转速过高会使摩擦面间产 生高温，润滑失效，从而导致滚动体回 火或胶合破坏。轴承在一定载荷和润滑 条件下，允许的最高转速称为极限转速， 其具体数值见有关手册。各类轴承极限 转速的比较，见表1。如果轴承极限转 速不能满足要求，可采取提高轴承精度、 适当加大间隙、改善润滑和冷却条件、 选用青铜保持架等措施。
滚动轴承
滚动轴承的结构及类型
一、滚动轴承的结构
滚动轴承一般是由内圈、外圈、 滚动体和保持架组成。 滚动轴承的具体结构见图1。
图1滚动轴承结构
滚动轴承的安装与工作
通常内圈随轴颈转动，外圈装在机 座或零件的轴承孔内固定不动。 内外圈都制有滚道，当内外圈相对 旋转时，滚动体将沿滚道滚动。保持架 的作用是把滚动体沿滚道均匀地隔开， 如图2所示。
（2） 塑性变形 当轴承转速很低或间歇摆动时，一 般不会产生疲劳损坏。而很大的静载荷 或冲击载荷会使轴承滚道和滚动体接触 处产生塑性变形，使滚道表面形成变形 凹坑。从而使轴承在运转中产生剧烈振 动和噪声，无法正常工作。 此外，使用维护和保养不当或密封 润滑不良也能引起轴承早期磨损、胶合、 内外圈和保持架破损等失效形式。
实际计算时，用小时表示轴承寿命 比较方便，上式可改写为：
10 C Lh 60 n F
6

（h）
(2)
式中，n为轴承的转速，r/min。
考虑到轴承工作温度高于100C 时，轴承的额定动载荷C有所降低， 故引进温度系数fT，对C值予以修正， fT可查表8。考虑到很多机械在工作中 有冲击、振动、使轴承寿命降低，为 此又引进载荷系数fF，对载荷F值进行 修正，fF可查表9。
由于接触角的存在，角接触轴承可 同时承受径向载荷和轴向载荷。公称接 触角小的，如角接触向心轴承，主要用 于承受径向载荷；公称接触角大的，如 角接触推力轴承，主要用于承受轴向载 荷。径向接触向心球轴承的公称接触角 为零（表2），但由于滚动体与滚道间留 有微量间隙，受轴向载荷时轴承内外圈 间将产生轴向相对位移，实际上形成一 个不大的接触角，所以它也能承受一定 的轴向载荷。
A2 S 2 A2 FA S1
（8）
用同样的方法分析，可得轴承I的 轴向力是下列两值中的较大者
A1 S1 A1 S 2 FA
（9）
当轴向外力FA与图示方向相反时， 应取负值，其他计算步骤相同。
六、滚动轴承的额定静载荷 为限制滚动轴承在过载和冲击载荷 下产生的永久变形，应按静载荷作校核 计算。按静载荷进行校核的公式如下： C0a C0r S0 S0 或 （10） P0 a P0 r 式中，S0为静载荷安全系数；C为额定静 载荷；P为当量静载荷；下标0为静载荷 ；下标r为径向载荷；下标a为轴向载荷。