第十一章滾動軸承 rollingbearing 11 1概述 一 滾動軸承的構(gòu)造 內(nèi)圈 innerring 外圈 outerring 滾動體 rollingelement 保持架 cage 滾動軸承 滾動體的形狀如右圖所示 二 滾動軸承的材料 三 滾動軸承的特點 軸承鉻鋼 熱處理后硬度不低于60HRC 須150 回火處理 優(yōu)點 1 摩擦阻力小 啟動靈活 效率高2 互換與潤滑性好 缺點 1 接觸應(yīng)力高 抗沖擊性能差 不適于重載和沖擊載荷大的場合2 減震能力低 運轉(zhuǎn)時有噪音 11 2滾動軸承的類型與選擇 一 滾動軸承的主要類型與特點 為接觸角 向心軸承radialbearing 徑向力 向心角接觸軸承 推力角接觸軸承 推力軸承thrustbearing 徑向力 主要 軸向力 徑向力軸向力 主要 軸向力 其中 滾子軸承 承載能力高 極限轉(zhuǎn)速低 1 按滾動體形狀 球軸承 承載能力低 極限轉(zhuǎn)速高 常用滾動軸承的類型 表13 1 常用幾種軸承 深溝球軸承 向心球軸承 6 2 按所承擔(dān)載荷方向 向心軸承 只承擔(dān)徑向載荷 推力軸承 只承擔(dān)軸向載荷 向心推力軸承 既承擔(dān)徑向載荷又承擔(dān)軸向載荷 角接觸球軸承 7 圓錐滾子軸承 3 二 滾動軸承的代號 前置代號 字母 基本代號 數(shù)字 字母 后置代號 字母 數(shù)字 五四三二一 軸承分部件代號 內(nèi)徑代號 寬度系列代號 直徑系列代號 類型代號 其他代號 公差等級代號 特殊軸承材料代號 保持架及材料代號 密封與防塵代號 內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號 游隙代號 1 基本代號 1 軸承類型代號 13567N 深溝球軸承 圓錐滾子軸承 角接觸球軸承 調(diào)心球軸承 圓柱滾子軸承 推力球軸承 基本代號右起五位 2 尺寸系列 基本代號右起三 四位 寬度系列 右起第四位 0系列 正常寬度 可省略 用數(shù)字0 9表示 直徑系列 右起第三位 用數(shù)字0 9表示 3 軸承的內(nèi)徑 右起一二位數(shù)字 a d 10 12 15 17mm時 代號00010203 b d 20 480mm時 d 代號 5 mm c d500mm d 22 28 32mm時 代號 內(nèi)徑尺寸 直徑代號 內(nèi)徑代號 2 前置代號 表示軸承的分部件 用字母表示 L K R NU WS GS 3 后置代號 軸承的結(jié)構(gòu) 公差 游隙及材料的特殊要求等 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號 C AC B 角接觸球軸承的接觸角 2 密封 防塵與外部形狀變化代號 3 軸承的公差等級 精度高 低 代號 P2 P4 P5 P6 P6X P0 公差等級24566X0 普通級可省略 4 軸承的徑向游隙 5 保持架代號 三 滾動軸承類型的選擇 工作載荷 轉(zhuǎn)速 支承剛性 安裝精度 1 n高 載荷小 旋轉(zhuǎn)精度高 球軸承 n低 載荷大 或沖擊載荷 滾子軸承 2 主要受徑向載荷 向心軸承 主要受軸向載荷 推力軸承 軸承的徑向游隙分1組 2組 0組 3組 4組 5組 代號分別為 C1 C2 C3 C4 C5游隙由小到大 0組省略 角接觸球軸承7類 n較高時 同時受徑向和軸向載荷較大時 圓錐滾子軸承3類 n較低時 徑向較大 軸向較小時 軸向較大 徑向較小時 3 要求n nlim 極限轉(zhuǎn)速 深溝球軸承 角接觸球軸承 圓拄滾子軸承nlim較高 推力球軸承nlim較低 4 軸的剛性較差 軸承孔不同心 調(diào)心軸承 深溝球軸承 深溝球軸承 推力球軸承或推力角接觸軸承 5 便于裝拆和間隙調(diào)整 內(nèi) 外圈可分離的軸承 6 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承兩類軸承應(yīng)成對使用 對稱安裝 7 旋轉(zhuǎn)精度較高時采用較高的公差等級和較小的游隙 8 優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承 滾動軸承的選擇 11 3滾動軸承的受力分析 失效形式及計算準則 一 滾動軸承的載荷分布 1 受軸向載荷Fa 各滾動體平均分擔(dān) 2 受徑向載荷Fr 上半圈滾動體不受力下半圈滾動體受力 單個滾動受力 二 軸承工作時軸承元件上載荷與應(yīng)力的變化 單個滾動體循環(huán)一周承受的不穩(wěn)定脈動循環(huán)變應(yīng)力 固定套圈上的某點承受的穩(wěn)定的脈動循環(huán)變應(yīng)力 三 軸向載荷對載荷分布的影響 角接觸軸承和圓錐滾子軸承會產(chǎn)生派生軸向力FS FS方向有使內(nèi) 外圈分離的趨勢 所以要成對使用 對稱安裝 當只有最下面一個滾動體受載時 載荷角 Fa與Fr的合力F與徑向平面的夾角 受載滾動體增多時 在同樣Fr作用下 派生軸向力FS增大 多個滾動體受載派生的軸向力的合力 只有一個滾動體受載時派生的軸向力 軸向力 單個滾動體受載產(chǎn)生的派生軸向力 多個滾動體受載的條件 為了使更多滾動體受載 FS 1 25Frtg 結(jié)論 1 角接觸軸承及圓錐滾子軸承必須在Fr和Fa的聯(lián)合作用下工作 成對使用對稱安裝 2 為使更多的滾動體受載應(yīng)使 3 Fr不變時 Fa由最小值 一個滾動體受載 逐漸增大 即載荷角增大 受載滾動體數(shù)增多 當下半圈滾動體全部受載 4 實際工作時 至少達到下半圈滾動體受載 所以安裝圓錐滾子軸承和角接觸球軸承時 軸承不能有較大的軸向竄動量 四 滾動軸承的失效形式 1 疲勞點蝕 滾動體與滾動道接觸表面受脈動循環(huán)變應(yīng)力 由于脈動接觸應(yīng)力的反復(fù)作用 首先在滾動體或滾道的表面一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋 繼而擴展到接觸表面 形成疲勞點蝕 疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式 安裝潤滑和維護良好 當軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時 一般不會產(chǎn)生疲勞損壞 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(chǎn)生永久變形 滾道表面形成變形凹坑 從而使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈振動和噪聲 以致軸承不能正常工作 2 塑性變形 3 磨損 潤滑不良 密封不嚴 多塵條件 塑性變形 磨損 五 滾動軸承計算準則 針對疲勞點蝕失效的一般軸承 針對低速或擺動軸承 針對高速軸承 1 疲勞壽命計算 2 靜強度計算 3 疲勞壽命計算和校驗極限轉(zhuǎn)速 11 4滾動軸承的動載荷和壽命計算 一 基本額定壽命和基本額定動載荷 1 基本額定壽命L10 basicratinglife 軸承在相同工作條件下工作 其中90 的軸承在產(chǎn)生疲勞點蝕前所能運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)L10 以106為單位 或一定轉(zhuǎn)速下的工作時數(shù)Lh 軸承的基本額定壽命L10 1時 軸承所能承受的載荷 由試驗得到 2 基本額定動載荷Ca basicratingdynamicload 二 滾動軸承的當量動載荷P 實際載荷 1 對只能承受徑向載荷Fr的軸承 圓拄滾子軸承和滾針軸承 P Fr 3 同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承 2 對只能承受軸向載荷Fa的軸承 推力球軸承和推力滾子軸承 P Fa P XFr YFa X 徑向載荷系數(shù)Y 軸向載荷系數(shù) 表13 5 引入載荷系數(shù)fp 表13 6 P fpFrP fPFaP fP XFr YFa 三 滾動軸承的壽命計算公式 載荷與壽命的關(guān)系 球軸承 3滾子軸承 10 3 壽命指數(shù) 把P CL10 1 106r 代入上式得 或 基本額定動載荷C公式 軸承壽命公式 當工作t 120 時 因金屬組織硬度和潤滑條件等的變化 軸承的基本額定動載荷C有所下降 引入溫度系數(shù)ft 表13 7 當P n已知 預(yù)期壽命為Lh 則要求選取的軸承的額定動載荷為 選軸承型號和尺寸 四 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷Fa的計算 1 派生軸向力大小方向 a 正裝 面對面 適合于傳動零件位于兩支承之間 b 反裝 背靠背 適合于傳動零件處于外伸端 2 實際軸向載荷Fa的確定 1 當 軸有向左移動的趨勢 軸承1被 壓緊 軸承2被 放松 軸承1上的派生軸向力由Fs1增大到Fa Fs2 阻止軸左移 所以軸承1的實際軸向載荷為 根據(jù)力平衡 軸承2上的軸向力等于本身的派生軸向力 2 當 軸有右移的趨勢 軸承2被 壓緊 軸承1被 放松 軸承2上的派生軸向力由Fs2增大到Fs1 Fa 阻止軸右移 軸承2實際所受的軸向力為 由力的平衡條件 軸承1實際所受的軸向力等于本身派生軸向力 結(jié)論 實際軸向力Fa的計算方法 1 分析軸上派生軸向力和外加軸向載荷 判定被 壓緊 和 放松 的軸承 2 壓緊 端軸承的軸向力等于除本身派生軸向力外 還要加上其他所有軸向力代數(shù)和 3 放松 端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力 五 不穩(wěn)定載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承壽命計算 載荷P和轉(zhuǎn)速n變化時 求平均當量轉(zhuǎn)速nm和平均當量動載荷Pm 求軸承壽命 六 不同可靠度時滾動軸承的壽命Lh 為計算不同可靠度時軸承的壽命 引入壽命修正系數(shù)a1 11 5滾動軸承的靜載荷與極限轉(zhuǎn)速 一 滾動軸承的靜載荷 1 基本額定靜載荷C0 當軸承轉(zhuǎn)速很低或作間歇擺動時 軸承的失效形式為塑性變形 2 按靜載選擇軸承的條件 P0 X0Fr Y0Fa X0 當量靜載荷徑向載荷系數(shù)Y0 當量靜載荷軸向載荷系數(shù) S0 軸承靜強度安全系數(shù) 當要求轉(zhuǎn)動平穩(wěn)時 S0應(yīng)大于1當不平穩(wěn)又有沖擊時可取1或小于1 查表 二 滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速nlmin 高速軸承實際許用轉(zhuǎn)速為 11 6滾動軸承裝置設(shè)計 一 滾動軸承的配置 1 雙支點各單向固定 正裝 優(yōu)點 跨距小 適合于傳動零件位于兩支承之間 軸承軸向間隙通過墊圈調(diào)整 缺點 軸的位置不可調(diào) 正裝 缺點 跨距小 不適合于傳動零件位于兩支承之外 支撐剛性差 如果軸有軸向熱膨脹時 易卡死 優(yōu)點 軸承軸向間隙通過墊圈調(diào)整 軸的軸向位置也可調(diào) 2 一端雙向固定 一端游動 適用場合 跨距大 工作溫度高 熱伸長量大 基本要求 1 固定支撐的軸承 能承受雙向軸向載荷 所以內(nèi)外圈都要固定 當軸向載荷較大時 固定支撐可采用向心軸承和推力軸承組合結(jié)構(gòu) 也可采用兩角接觸球軸承或兩圓錐滾子軸承背對背或面對面組合在一起的結(jié)構(gòu) 2 游動支撐 若使用的是內(nèi)外圈不可分離型軸承 只須固定內(nèi)圈 外圈可在座孔內(nèi)軸向移動 若是可分離型圓拄滾子或滾針軸承則要內(nèi)外圈都固定 3 兩端游動 人字齒輪高速主動軸 低速齒輪軸必須兩端固定 滿足條件 一根軸有固定軸向位置 另一根軸上的齒輪都必須是游動的 以防止人字齒輪被卡死 二 滾動軸承的軸向固定 內(nèi)圈與軸 5 開口圓錐緊定套 圓螺母和止動墊圈 1 軸肩 2 軸用彈性擋圈 3 軸端檔圈 緊固螺釘 4 圓螺母 止動墊圈 外圈與座孔 1 孔用彈性擋圈 2 軸承外圈止動槽內(nèi)嵌入止動環(huán)固定 3 軸承端蓋 4 軸承座孔凸肩 5 螺紋環(huán) 6 軸承套環(huán) 斜齒輪軸系安裝 錐齒輪軸系安裝 三 支承的剛度和座孔的同心度 1 提高支承剛度的措施 1 增加軸承座孔的壁厚 2 減小軸承支點相對于箱體孔壁的懸臂 3 采用加強筋加強支承部位的剛性 2 保證軸上兩個支承的座孔的同心度的方法 1 整體機座 兩軸承座孔一次鏜出 2 如軸上兩軸承外徑不同 采用套杯結(jié)構(gòu) 四 滾動軸承游隙和軸系軸向位置的調(diào)整 通過帶螺紋的零件或端蓋下的墊片來調(diào)節(jié) 1 軸承游隙的調(diào)整 2 軸系軸向位置的調(diào)整 注意 圓錐齒輪和蝸桿必須調(diào)整軸系的軸向位置 方法 調(diào)整套杯端面與軸承座端面間墊片厚度 五 滾動軸孔的配合 1 軸承內(nèi)圈與軸 松 緊js6 j6 k6 m6 n6 松 緊G7 H7 JS7 J7 2 軸承外圈與軸承座孔 基孔制 基軸制 5 與空心軸配合的軸承應(yīng)取較緊的配合 3 滾動軸承配合的選擇原則 1 轉(zhuǎn)動圈比不動圈配合緊一些 2 高速 重載 有沖擊 振動時 配合應(yīng)緊一些 載荷平穩(wěn)時 配合應(yīng)松一些 3 旋轉(zhuǎn)精度要求高時 配合應(yīng)緊一些 4 常拆卸的軸承或游動套圈應(yīng)取較松的配合 六 滾動軸承的預(yù)緊 預(yù)緊的目的 提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度 減小機器工作時軸的振動 常用預(yù)緊方法 1 用墊片和長短隔套預(yù)緊 2 夾緊一對磨窄了的外圈 或內(nèi)圈 的角接觸軸承 3 夾緊一對圓錐滾子軸承外圈或內(nèi)圈 4 利用彈簧預(yù)緊 七 滾動軸承的裝拆 要求 1 壓力應(yīng)直接加于配合較緊的套圈上 2 不允許通過滾動體傳遞裝拆力 3 要均勻施加裝拆力 安裝與拆卸 安裝 軸肩設(shè)計滿足的條件 軸肩高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈高度 八 滾動軸承的潤滑 根據(jù)軸承的dn值選擇潤滑方式 主要包括 1 脂潤滑 2 油潤滑 1 油浴潤滑 油面不應(yīng)高于滾動體的中心 有攪油發(fā)熱不適合高速場合 優(yōu)點 承擔(dān)載荷大 易密封 不常更換缺點 只適合較低的dn值選用原則 dn值大 載荷小時選錐入度大的潤滑脂 軸承的溫度應(yīng)比潤滑脂的滴點低 優(yōu)點 用于高速高溫場合缺點 不易密封選用原則 轉(zhuǎn)速高應(yīng)選用粘度低的潤滑油 載荷越大應(yīng)選用粘度越高的潤滑油 4 噴油潤滑 適合轉(zhuǎn)速高 載荷大場合 需增壓油泵 3 固體潤滑 3 飛濺潤滑 利用潤滑齒輪的油甩到箱壁 然后通過導(dǎo)油把油引入軸承 2 滴油潤滑 適合定量控制潤滑油的軸承 5 油霧潤滑 適用于線速度非常高場合 易污染環(huán)境 固體潤滑劑有二硫化鉬 石墨 聚四氟已烯 可作成自潤滑軸承或把固體潤滑劑黏結(jié)在滾道和保持架上 九 滾動軸承的密封 密封的類型 1 接觸式密封 有摩擦 1 氈圈密封 接觸式密封和非接觸式密封 材質(zhì)為毛氈 適用于脂潤滑 滑動速度低場合 氈圈密封 2 唇形密封圈 材質(zhì)為橡膠和環(huán)形螺旋彈簧 可適用于油潤滑 滑動速度高的場合 安裝 唇形密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位 封油唇口朝里 防外物入侵唇口朝外 唇形密封 防外物入侵 唇形密封 防外物入侵