2023年滚动轴承说课精品讲义.pdf

学习必备 欢迎下载 第十三章 滚动轴承 学时分配：6（一）教学要求 1、掌握滚动轴承的主要类型、特点和代号；2、能进行滚动轴承的失效分析；3、能正确选择滚动轴承类型及进行寿命计算；4、了解滚动轴承的润滑、密封及组合设计。（二）教学的重点与难点 重点：滚动轴承类型选择；滚动轴承部件的组合设计。难点：滚动轴承疲劳寿命计算，角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向载荷计算。（三）教学内容 一、滚动轴承的特点 滚动轴承由于是滚动摩擦，摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。1、滚动轴承的构造 标准滚动轴承的组成：内圈 1、外圈 2、滚动体 3（基本元件）、保持架 4 一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热（图 13-3）2、滚动轴承的材料 内、外圈、滚动体；GCr15、GCr15-SiMn 等轴承钢，热处理后硬度：HRC6065 保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯 3、滚动轴承的特点 优点：1）f 小起动力矩小，高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受 Fr 和 Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。二、滚动轴承的类型与选择 1、滚动轴承的主要类型与特点 接触角外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。类型按承载方向：向心轴承 0，主要承受径向载荷，可受一定 Fa，如深沟球、圆柱滚子轴承等，1、4、6、N、NA、2 调心滚子等 推力轴承 905（推力球），8（推力圆柱滚子）向心推力轴承900：450向心角接触轴子（0、3、7）9045推力角接触轴承，2（推力调心滚子轴承）按滚动体形状：球承载能力低，极限转速高 学习必备 欢迎下载 滚子承载能力高，极限转速低 注意代号结构特点：承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等 特别注意最常用几种 深沟球轴承（向心球轴承）6（0）主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷，f 小精度高，结构简单，价格低，最常用。调心球轴承（111）（调心滚子（2、3）主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。圆柱滚子轴承N（2）只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。角接触球轴承7（6）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角40,25,15，越大，承载Fa 能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。圆锥滚子轴承3（7）能同时承受径向载荷和单向 Fa，越大，承受 Fa 能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。推力球轴承5（8）单向推力球轴承 51000只能受单向 Fa；双向推力球轴承 52000能承受双向Fa。不能受 Fr，且极限 nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。滚针轴承，承载能力较高 2、滚动轴承的代号 滚动轴承类型和尺寸规格繁多，为便于设计和选用，标准规定了用代号表示滚动轴承的类型、尺寸、结构特点及公差等级等。国家标准：GB/T272-93（向 ISO 靠）（替代 GB272-88）前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号（字母+数字）五 四 三 二 一 轴 承 分 部 件 代 号 类 型 代 号 宽 度 系 列 代 号 直 径 系 列 代 号 内 径 代 号 内 部 结 构 代 号 密 封 与 防 尘 代 号 保 持 架 及 材 料 代 号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 游 隙 代 号 多 轴 承 配 置 代 号 其 它 代 号 1）、基本代号表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位（1）轴承类型基本代号右起五位用数字或字母表示（尺寸系列代号如有省略，则为第 4 位，）或基本代号左起第一位。重点：6深沟球；3圆锥滚子；5推力球；7角接触球；1调心球；N圆柱滚子。（2）尺寸系列表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。宽度系列右起第四位某些宽度系列（主要为 0 系列和和正常系列）代号可省略 直径系列右起第三位相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对比如图 15-10所示。（3）轴承的内径基本代号右起一二位数字。a)d=10,12,15,17mm 时 代号 00 01 02 03 b)内径 d=20480mm，且为 5 的倍数时 代号=d/5 或 d=代号5(mm)(c)d500mm，及 d=22，28，32mm 时 代号/内径尺寸（mm）2）、前置代号表示轴承的分部件，用字母表示。动轴承类型选择滚动轴承部件的组合设计难点滚动轴承疲劳寿命计算角于选用与更换因此使用十分广泛滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成内的接触应力保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损学习必备 欢迎下载 L可分离轴承的可分离内圈或外圈如 LN207 3）、后置代号反映轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等，共 8 组代号。（1）内部结构代号反映同一类轴承的不同内部结构 例：C、AC、B代表角接触球轴承的接触角 15，25和40，E 代表增大承载能力进行结构改进的增强型等，如 7210B，7210AC，NU207E（2）密封、防尘与外部形状变化代号 RS一面有骨架式橡胶密封圈（接触式）RZ一面有骨架式橡胶密封圈（非接触式）Z一面有防尘盖 例：6210-2RS FS一面有毡圈密封 字母前加数字 2，则说明是两面有 R、N、NR轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环，例：6210N（3）轴承的公差等级 精度高 低 公差等级 2 4 5 6 6X 0 代号 新标准 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0 旧标准 B C D EX E G普通级可省略（4）轴承的径向游隙 游隙 小 大 游隙组别 1，2，0，3，4，5 代号 /C1、/C2、/C3、/C4、/C5 C1、C2小游隙组；0不标（基本游隙）；C3、C4、C5大游隙组（5）保持架代号 表示保持架在标准规定的结构材料外，其他不同结构型式与材料。A、B 分别表示外圈引导和内圈引导 J钢板冲压 Q青铜实体 M黄铜实体 保持架 N工程塑料 其他在配置、振动、噪声、摩擦力矩、工作温度、润滑等方面的特殊要求的代号表示见标准 GB/T272-93，或厂家的说明。例 13-1，试说明下列轴承代号的含义，见 P502 3、滚动轴承类型的选择 应根据轴承的工作载荷（大小、方向和性质）、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。几条基本原则：1）n 高，载荷小，要求旋转精度高采用球轴承 n 低，载荷大，或有冲击载荷时采用滚子轴承但滚子轴承对轴线偏斜较敏感。2）主要受径向载荷 Fr 时用向心轴承 主要受轴向载荷 Fa，n 不高时用推力轴承 同时受 Fr 和 Fa 均较大时可采用角接触球轴承 7 类（n 较高时）或圆锥滚子轴承 3 类（n 较低时）Fr 较大，Fa 较小时深沟球 Fa 较大，Fr 较小时深沟球+推力球轴承组合，或推力角接触轴承。3）要求 n120时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷 C 有所下降，引入温度系数 ft对 C 修正，则)(10PCfLt （106r）)(60106PCfnLth （h）当 P、n 已知，预期寿命为hL，则要求选取的轴承的额定动载荷 C 为 1060htLnfPC N 选轴承型号和尺寸！不同的机械上要求的轴承寿命推荐使用期见表 四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷 A 的计算。该类轴承受 R产生派生轴向力 S（表 13-4），要成对使用，对称安装 1）派生轴向力大小方向：a)正装（面对面），支点跨距小，适合于传动零件位于两支承之间；b)反装（背靠背），实际支距变大，适合于传动零件处于外伸端 2）实际轴向载荷 A 的确定（1）当12SSFa时 轴有向左移动的趋势，使轴承 1 被“压紧”，轴承 2 被“放松”，压紧的轴承 1 外圈通过滚动体将对内圈和轴产生一个阻止其左移的平衡力1S，使 211SFSSa 轴承 1 的实际轴向载荷为 2111SFSSAa 轴承 2 上的轴向力，由力的平衡条件 动轴承类型选择滚动轴承部件的组合设计难点滚动轴承疲劳寿命计算角于选用与更换因此使用十分广泛滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成内的接触应力保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损学习必备 欢迎下载 2212SFSFFAAaaa本身的派生轴向力（2）当12SSFa时 轴有右移的趋势，轴承 2 被“压紧”，轴承 1 被“放松”，“2”上产生一个平衡力2S，使 aaFSSSSSSF122122 轴承 2 实际所受的轴向力为 aFSSSA1222 轴承 1 实际所受的轴向力，由力的平衡条件 1121SFSFAFAaaa本身派生轴向力 最终：021aFAA使轴上的轴向载荷处于平衡，而非021aFSS 结论：实际轴向力 A 的计算方法 1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力 或 A=max 本身派生轴向力，除派生轴向力外轴上其他轴向载荷代数和（方向与派生轴向力相反为+）五、滚动轴承的组合结构设计 滚动轴承的组合结构设计包括：轴承的固定、调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等问题。一）滚动支承的结构型式 正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式有三种：1、两端固定支承常用，结构简单，安装调整方便，适于普通工作温度下较短轴（跨距 L400mm）的支承。每个支点轴承内、外圈均单方向轴向固定 靠外圈端面与轴承端盖间留有间隙mm4.02.0补偿轴的受热伸长，间隙的大小或轴承内轴向游隙的大小靠端盖与轴承座端面间调整垫片条调节。当采用角接触轴承时时有：正装结构（面对面）跨距 L1，悬臂距离大，支承刚性差，受热伸长游隙减小易卡死，但装配调整方便，且传动件位于两支承中间时刚性较好。反装结构（背靠背）跨距 L2，悬臂距离大，支承刚性好，不会卡死。2、一端固定（双向），一端游动适于转速较高，温差较大和跨距较大（L350mm）固定端：轴承内、外圈均双向固定游动端 深沟球轴承内圈双向固定，外圈与端盖间留有间隙 圆柱滚子轴承轴承内、外圈均双向固定，以免外圈同时游动，靠滚子与外圈间游动来补偿受热伸长 当轴向载荷 A 较大时固定端采用多个轴承的组合结构 对角接触轴承（正装）承受双向 A 和 R 并便于轴承的预紧和游隙的调整 深沟球轴承承受 R，双向推力球轴承承受双向 A，承载能力较大。3、两端游动人字齿轮高速主动轴 使轴能左右双向游动以自动补偿轮齿左右两侧螺旋角的制造误差，使轮齿受力均匀，采用圆柱滚子轴承，靠滚子与外圈间的游动来实现。而低速齿轮轴则须两端固定，以保证两轴的轴向定位。二）滚动轴承的轴向固定 动轴承类型选择滚动轴承部件的组合设计难点滚动轴承疲劳寿命计算角于选用与更换因此使用十分广泛滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成内的接触应力保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损学习必备 欢迎下载 内圈与轴 1）轴肩；2）轴用弹性档圈A 不大、n 不高时；3）轴端档圈+紧固螺钉n 较大、A 中等。4）圆螺母+止动垫圈A 较大、n 较高；5）开口圆锥紧定套+圆螺母和止动垫圈适于光轴上球面轴承 外圈与座孔 1）孔用弹性档圈A 不大时；2）轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定；3）轴承盖A 较大，n 较高时；4）轴承座孔凸肩；5）螺纹环；6）轴承套环适于同一轴上两轴承外径不同时。三）支承的刚度和座孔的同心度 刚度不够，影响轴承的载荷分布，使轴承的寿命下降 提高支承刚度的措施：1）增加轴承座孔的壁厚；2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂。3）采用加强筋加强支承部位的刚性。4）采用整体式轴承座孔。保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法（避免轴承内、外圈间产生过大的偏斜）：1）整体机座，两轴承座孔一次镗出；2）如轴上两轴承外径不同采用套环结构,座孔还是一次镗出。四）滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整 轴承的调整：1）轴承游隙的调整；2）轴系轴向位置的调整锥齿轮和蜗杆轴。调整法：1）带螺纹的零件；2）端盖下的垫片（较为方便）注意：圆锥齿轮和蜗杆必须调整轴系的轴向位置，以保证锥齿轮副和蜗杆、蜗轮副的正确啮合。方法：将轴承装入套杯中，套杯再装入座孔中，通过调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度来调整锥齿轮和蜗杆的位置。五）滚动轴孔的配合 影响滚动轴承的周向固定和径向游隙，而径向游隙又影响滚动轴承的运转精度和寿命。配合过紧，游隙过小或消失，影响轴承正常运转，f，发热，易损坏 配合过松，游隙增大，影响旋转精度，且受载滚动体数，承载能力 松 紧 轴承内圈与轴 基孔制：常用：js6，j6，k6，m6，n6 松 紧 轴承外圈与轴承座孔基轴制：常用：G7，H7，JS7，J7 由于轴承内孔与外圈都具有公差带较小的负公差带，而圆柱体基准孔公差带为正，基准轴的公差带为负，轴承内圈与轴的配合比圆柱公差规定的标准基孔制同类配合要紧，而外圈公差带虽与圆柱体基准轴的公差带方向一致（为负），但轴承外圈公差带较小，轴承外圈与座孔的配合，也比标准的基孔制同类配合要紧。滚动轴承配合的选择原则：1）转动圈比不动圈配合松一些；2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些；3）旋转精度要求高时，配合应紧一些（减小游隙）；4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合；5）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。六）滚动轴承的预紧 预紧的目的：1）提高旋转精度；2）增加支承刚性；3）减小振动和噪音，延长轴承寿命。预紧原理：消除轴承中轴向游隙，使滚动体与内外圈接触处产生初始变形 常用预紧方法：1）用垫片和长短隔套预紧 2）夹紧一对磨窄了的外圈的角接触轴承 3）夹紧一对圆锥滚子轴承）。利用弹簧预紧顶住轴承外圈而预紧。预紧力不会因温差引起的轴长度变化而变化 预紧力的大小要适中：过大，ff增加，t，轴承寿命；过小，起不到提高轴承刚性的目的。七）滚动轴承的装拆 要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装拆力动轴承类型选择滚动轴承部件的组合设计难点滚动轴承疲劳寿命计算角于选用与更换因此使用十分广泛滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成内的接触应力保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损学习必备 欢迎下载 严禁重锤直接敲击 方法：1）用软锤均匀敲击套圈装入；2）压力机压入（较大的轴承）。安装 拆卸时：1）压力机压出轴颈；2）轴承拆卸器将内圈拉下。轴肩高度应低于轴承内圈高度。八）滚动轴承的润滑 目的；1）降低摩擦和磨损；2）散热；3）缓冲、吸振、降低噪音；4）防锈和密封。润滑方式 1、脂润滑承载大，不易流失，结构简单，密封和维护方便，但 Ff大，易于发热。适合于不便经常维护，转速不太高的场合。一般润滑剂的填充量1/31/2 轴承空间。常用钙基脂（T65），钠基脂、钙钠基脂（T 较高），n 较高时，锂基脂。2、油润滑 润滑冷却效果较好，f 较小，但供油系统和密封装置均较复杂，适于高速场合。润滑方式有；油浴或飞溅润滑、滴油、喷油、油零等 润滑油粘度的选择：1220cst。1）载荷大，n 低，工作温度高时用粘度大的润滑油；2）载荷小，dn 大，用粘度低的润滑油，搅油损失小，冷却效果好。3、固体润滑高温真空条件下（二硫化钼）润滑方式的选择，可按速度因数 dn 值，参考表选择。九）滚动轴承的密封 密封的作用：1）防止内部润滑剂流失；2）防止外部灰尘和水分、杂质的侵入 密封的类型：接触式密封；非接触式密封；组合式密封。1、接触式密封适于低速，为防止磨损，要求接触处表面粗糙度小于 R1.60.8 毡圈密封轴承盖上梯形槽内放置矩形剖面细毛毡，适合于 V45m/s，轴承脂润滑的密封 橡胶油封（标准件、较常用）耐油橡胶制唇形密封圈靠弹簧压紧在轴上，唇向外防灰法，唇向里防油流失，组合放置同时起防灰和防油流失的作用。油封有：J 型、U 型和 O 型，适合于 v12m/s 2、非接触式密封与轴不直接接触，适合于高速 油沟密封（间隙密封）轴与盖之间约 0.10.3mm 间隙，盖上车出沟槽，槽内充满润滑脂，结构简单，适于 v56m/s 甩油密封1）轴上开沟槽，将欲外流的油沿径向甩开，再经轴承盖上集油腔及油孔流回轴承。2）档油环式甩油盘利用离心力甩去档油环上的油，让其流回油箱内，以防油冲入轴承内。适于轴承脂润滑。曲路密封（迷宫密封）将旋转和固定的密封零件间的间隙制成曲路形式，缝隙间填入润滑脂，加强密封效果密封效果较好，适于油和脂沟滑 v30m/s 曲路：径向曲路；轴向曲路 3、组合式密封采用两种以上的密封形式组合在一起，密封的效果较好。另外，某些标准密封轴承如单面或双面带防尘盖（-RZ）和密封盖的轴承，由于装配时已填入了润滑脂，无需维护或再加密封装置应用日趋广泛。动轴承类型选择滚动轴承部件的组合设计难点滚动轴承疲劳寿命计算角于选用与更换因此使用十分广泛滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成内的接触应力保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损