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1、第十章第十章 滚动轴承滚动轴承10.1 10.1 滚动轴承的构造和特点滚动轴承的构造和特点12341、滚动轴承的组成、滚动轴承的组成外圈外圈1、内圈、内圈2、滚动体、滚动体3、保持架、保持架4滚动体的种类有滚动体的种类有2、特点（与滑动轴承相比）特点（与滑动轴承相比）1)摩擦系数小，摩擦系数小，f=0.0010.004 2)启动灵活；启动灵活；3)润滑容易润滑容易 4)标准化、互换标准化、互换 5)但抗冲击载荷能力差，很难做成剖分式但抗冲击载荷能力差，很难做成剖分式滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可以高达以高达4000MPa；3、材
2、料、热处理及用途材料、热处理及用途 套圈及滚动体：套圈及滚动体：GCr15普普通通、9Cr18（4400C）-防锈、防锈、GCr4Mo4V(M50)高高温温.G代表专用滚动轴代表专用滚动轴承钢承钢保持架：保持架：高聚物、低碳钢、铜、夹布胶木高聚物、低碳钢、铜、夹布胶木各类轴承及滚动体各类轴承及滚动体10.2 滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择一、滚动轴承的类型一、滚动轴承的类型按滚动体的形状分按滚动体的形状分球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承轴承公称接触角轴承公称接触角:滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半径方向的夹角径方向的夹角1.向心轴承向心轴承2.推力
3、轴承推力轴承按受力分：按受力分：国家标准国家标准GB/T272-1993中，按载荷方向及结构不同进行分类中，按载荷方向及结构不同进行分类单列单列双列双列按滚动体列数分：按滚动体列数分：多列多列二、滚动轴承类型的选择二、滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时可参考以下几点：选择滚动轴承类型时可参考以下几点：（1 1）当载荷加大后有冲击载荷时，宜用滚子轴承；）当载荷加大后有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。当载荷较小时，宜用球轴承。（2 2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。荷，但以径向载荷为主
4、时，应用向心轴承。当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。承。（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分
5、离的轴承。承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。殊结构的轴承便宜。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。可用滚子轴承，也可用球轴承。10.3 滚动轴承代号滚动轴承代号下表表示滚动轴承代号的构成下表表示滚动轴承代号的构成1.类型代号：类型代号：2.尺寸系列代号：尺寸系列代号：承载能力发生变化承载能力发生变化,更全见表更全见表10-4宽度系列与直径系列宽度系列与直
6、径系列（见表（见表10-2）3.内径代号：内径代号：内径大小内径大小4.内部结构代号内部结构代号5.公差等级代号公差等级代号6.6.配置代号配置代号7.轴承代号的编制规则轴承代号的编制规则(1)轴承代号按顺序从左至右排列。轴承代号按顺序从左至右排列。(2)当轴承类型代号用字母表示时当轴承类型代号用字母表示时,字母与字母与其后的数字之间应空一个字符。其后的数字之间应空一个字符。(3)基本代号与后置代号之间应空一个字符基本代号与后置代号之间应空一个字符,但当后置代号中有但当后置代号中有“-”号或号或“/”号时号时,不不再留空。再留空。(4)公差等级代号中的公差等级代号中的/P0省略不写。省略不写。
7、例如例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5/DF轴承类型为角接触球轴承轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号尺寸类型代号,其中其中宽度类型代号为宽度类型代号为0,0,窄系列窄系列,省略不写省略不写,直径系列代号为直径系列代号为2,2,轻系列轻系列轴承内径轴承内径空一个字符空一个字符公称接触角公称接触角轴承公差等级为轴承公差等级为5 5级级面对面配置面对面配置32210/P3/DB练习背对背安装背对背安装3级精度级精度直径直径50mm宽、轻系列宽、轻系列圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承10.4 滚动轴承的失效形式和计算准则滚动轴承的失效形式和计算准则一、滚动轴承的失效形式一、滚动轴承的失效形式各
8、接触点受力：各接触点受力：受交变载荷受交变载荷钢球疲劳点蚀钢球疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀1.疲劳点蚀：疲劳点蚀：滚动轴承最常见的失效形式。滚动轴承最常见的失效形式。内环上的疲劳点蚀内环上的疲劳点蚀轴承胶合轴承胶合2.塑性变形：塑性变形：受较大静载或冲击载荷受较大静载或冲击载荷3.磨粒磨损：磨粒磨损：杂质进入杂质进入4.胶合：胶合：高速、重载、发热高速、重载、发热二、滚动轴承的计算准则二、滚动轴承的计算准则寿命计算：寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。
9、必要时再作静强度校核。静强度计算：静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。进行静强度计算。校核极限转速：校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行是其主要失效形式，因而除进行寿命计算寿命计算外还外还应该应该校核极限转速校核极限转速。10.5 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算一、基本公式一、基本公式基本额定动负荷：基本额定动负荷：轴承工作温度在轴承工作温度在以下以下,基本额定寿命基本额定寿命时，轴承所能承受的最大载
10、荷，时，轴承所能承受的最大载荷，用用C表示。表示。基本额定动负荷基本额定动负荷的方向的方向:对于推力轴承为中心轴向载荷对于推力轴承为中心轴向载荷对于角接触向心轴承为载荷的径向分量对于角接触向心轴承为载荷的径向分量基本额定寿命基本额定寿命：一批相同轴承，在相同条件下运转，一批相同轴承，在相同条件下运转，90%轴轴承在疲劳点蚀前转过的承在疲劳点蚀前转过的 转数，单位为转数，单位为106 r。对于向心轴承为径向载荷对于向心轴承为径向载荷疲劳曲线疲劳曲线疲劳寿命威布尔分布疲劳寿命威布尔分布载荷P1载荷P2载荷P1载荷P2由实验得到的曲线在当量动载荷在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为作用下的基本额定寿
11、命为滚动轴承的载荷与寿命之间的关系滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数引入温度系数fT 二、当量动载荷二、当量动载荷 把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用载荷，用P表示。表示。向心轴承向心轴承P为径向载荷为径向载荷,推力轴承推力轴承P为轴向载荷为轴向载荷当量动载荷当量动载荷P的计算式：的计算式：
12、三、角接触轴承的内部轴向力三、角接触轴承的内部轴向力轴承类型轴承类型角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承7000C型型(=150)7000AC型型(=250)7000B型型(=400)S0.5Fr0.7Fr1.1FrFr/2Y内部轴向力方向内部轴向力方向-内、外圈脱离内、外圈脱离(看着外圈固定看着外圈固定)表表10-12 内部轴向力内部轴向力S由力的平衡条件得由力的平衡条件得轴承轴承压紧压紧,作用在轴承作用在轴承上的轴向载荷为上的轴向载荷为轴承轴承放松放松,作用在轴承作用在轴承上上的轴向载荷只有自身的内部的轴向载荷只有自身的内部轴向力轴向力,即即取轴承内圈和轴为分离体取轴承内圈和轴
13、为分离体(1)(1)若若由力的平衡条件得由力的平衡条件得,在在轴承轴承上上,指向左指向左 轴承轴承压紧压紧,作用在轴承作用在轴承上的轴向载荷为上的轴向载荷为轴承轴承 放松放松,作用在轴承作用在轴承 上的轴向载荷只有自身上的轴向载荷只有自身的内部轴向力的内部轴向力,即即(2)(2)若若(3)(3)若若轴向力判断轴向力判断:1)1)判断压紧端判断压紧端,放松端放松端 2)2)压紧端轴向力为除自身内部轴向力外其他轴向压紧端轴向力为除自身内部轴向力外其他轴向力的合成力的合成 3)放松端轴向力为自身内部轴向力放松端轴向力为自身内部轴向力同一支点成对安装同一型号角接触轴承计算特点同一支点成对安装同一型号角
14、接触轴承计算特点(自学自学)10.6 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算基本额定静负荷基本额定静负荷C0：滚动轴承中受载最大的滚动体与最弱座圈滚动轴承中受载最大的滚动体与最弱座圈滚道的接触处的塑性变形量之和为滚动体的滚道的接触处的塑性变形量之和为滚动体的1/10 000时的载荷。时的载荷。滚动轴承的静强度校核公式：滚动轴承的静强度校核公式：当量静载荷当量静载荷P0：是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。作用下的塑性变形
15、总量相同。，由表10-14查取对于向心轴承、角接触轴承，当量静载荷取下面两式中对于向心轴承、角接触轴承，当量静载荷取下面两式中计算出的较大值计算出的较大值,对于推力轴承,=90,;90,10.7 滚动轴承的极限转速滚动轴承的极限转速极限转速极限转速 :轴承在一定载荷和润滑条件下所允许的最高轴承在一定载荷和润滑条件下所允许的最高转速。查手册取值转速。查手册取值.载荷系数载荷系数 ：当轴承的当量动负荷当轴承的当量动负荷P超过超过0.1C时时,需将手册需将手册中的极限转速乘以小于中的极限转速乘以小于1的系数。的系数。载荷分布系数载荷分布系数 ：当向心轴承受轴向载荷时当向心轴承受轴向载荷时,需将手册需
16、将手册中查得的极限转速乘以小于中查得的极限转速乘以小于1的系数。的系数。最高转速最高转速10.8 滚动轴承部件组合设计滚动轴承部件组合设计轴承部件：轴承部件：在机器中在机器中,传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及密封等组成为一个相互联系的有机整体。密封等组成为一个相互联系的有机整体。在进行轴承部件结构设计时，主要应考虑以下几个问题。在进行轴承部件结构设计时，主要应考虑以下几个问题。一、轴承部件的轴向固定一、轴承部件的轴向固定轴向固定：轴向固定：轴向力的承受方式轴向力的承受方式1.两端固定支承两端固定支承分析轴向力如何承受，分析轴向力如何承受，即力如何传到支承上即
17、力如何传到支承上为补尝轴受热变形为补尝轴受热变形,间隙间隙C=0.250.35支点跨距支点跨距l 3005002.一端固定、一端游动支承一端固定、一端游动支承外圈与端盖间隙：外圈与端盖间隙：23mm固定端如何固定固定端如何固定游动端如何游动游动端如何游动3.两端游动支承两端游动支承由于人字齿轮存在误差齿向载由于人字齿轮存在误差齿向载荷不均荷不均小齿轮轴做成两端游动小齿轮轴做成两端游动大齿轮轴必须做成两端固定大齿轮轴必须做成两端固定 见图见图10-254.支承刚度支承刚度 反装反装(背靠背背靠背)跨距大，受力情况不好跨距大，受力情况不好轴的刚度小轴的刚度小 正装正装(面对面面对面)跨距小，受力情
18、况好跨距小，受力情况好轴的刚度大轴的刚度大二、轴承部件的调整二、轴承部件的调整1.轴承游隙的调整轴承游隙的调整2.轴上传动件位置的调整轴上传动件位置的调整(a)加减垫片加减垫片(b)调整螺钉调整螺钉垫片垫片1调整锥齿轮位置调整锥齿轮位置垫片垫片2调整轴承间隙调整轴承间隙径向位置由中径向位置由中心距保证心距保证轴向位置用垫轴向位置用垫片调整片调整蜗轮位置调整蜗轮位置调整二、轴承部件的调整二、轴承部件的调整3.轴承预紧轴承预紧 预先施加外力预先施加外力,使内外圈产生变形使内外圈产生变形,消除游隙消除游隙,提高刚度与旋转精度提高刚度与旋转精度.施加外力必须适当施加外力必须适当,可以通过试验确定可以通
19、过试验确定.三、滚动轴承的配合三、滚动轴承的配合配合标注：配合标注：内圈与轴：只标注轴内圈与轴：只标注轴外圈与孔：只标注孔外圈与孔：只标注孔配合种类：配合种类：紧配合：转速高、载荷大、温度高、有振动、紧配合：转速高、载荷大、温度高、有振动、内圈与轴一起转动内圈与轴一起转动松配合：经常拆卸、松配合：经常拆卸、外圈静止、半圈受载外圈静止、半圈受载四、轴承的装拆四、轴承的装拆1.1.加热加热 (80900C)2.2.利用拆装工具利用拆装工具注意：内、外环用不同工具注意：内、外环用不同工具注意：注意：h1/4h1/4外环厚度外环厚度五、滚动轴承的润滑和密封五、滚动轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑滚动
20、轴承的润滑润滑的目的：润滑的目的：减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度润滑方式：润滑方式：脂润滑：可承受较大载荷，脂润滑：可承受较大载荷，便于密封及维护，便于密封及维护，不宜填充过多不宜填充过多 dn（1.52）105 mm r/min 具体方式见表具体方式见表10-17 浸油润滑浸油润滑2.滚动轴承的密封滚动轴承的密封10.9 10.9 减速器输出轴部件设计减速器输出轴部件设计一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成输出轴部件设计过程主要包括：输出轴部件设计过程主要包括：（1）初定尺寸）初定尺寸（2）
21、画结构草图）画结构草图（3）校核计算）校核计算（4）完成部件图设计）完成部件图设计（5）完成零件图设计）完成零件图设计4.轴的受力分析轴的受力分析5.校核轴的强度校核轴的强度6.校核键联接的强度校核键联接的强度7.校核轴承寿命校核轴承寿命1883年德国的年德国的Fischer先生发明了磨先生发明了磨制钢球的球磨机并创建制钢球的球磨机并创建FAG公司以公司以来，伴随着滚动轴承工业的诞生和来，伴随着滚动轴承工业的诞生和发展，发展，FAG的产品在几乎所有可能的产品在几乎所有可能的领域内得到了充分的认证并一直的领域内得到了充分的认证并一直扮演着十分重要的角色，扮演着十分重要的角色，滚动轴承的应用滚动轴
22、承的应用滚动轴承的应用滚动轴承的应用瑞典瑞典SKFSKF公司公司新一代新一代SKFSKF球面滚子轴承球面滚子轴承-Explorer-Explorer探索者探索者 系列的性能，远远超过系列的性能，远远超过ISOISO国国际标准的计算方法，而际标准的计算方法，而ISOISO亦无法恰亦无法恰当地预测其预期寿命当地预测其预期寿命 -轴承如此经久耐用，它将改变轴承如此经久耐用，它将改变工业设备的维修计划工业设备的维修计划 -轴承如此先进卓越，它将为设轴承如此先进卓越，它将为设计工程师，开拓一个充满崭新选择的计工程师，开拓一个充满崭新选择的世界，从而创造新一代的工业机械设世界，从而创造新一代的工业机械设备
23、。备。滚动轴承的应用滚动轴承的应用 這類軸承適用於內燃機和壓縮機。由于其特殊的設計，可以應用這類軸承適用於內燃機和壓縮機。由于其特殊的設計，可以應用於此種高轉於此種高轉 速、高溫、不利于潤滑且又具有特殊載荷和運動狀態的支速、高溫、不利于潤滑且又具有特殊載荷和運動狀態的支承。其中，承。其中，KZK曲曲 柄銷支承用的滾針和保持架組件，採用柄銷支承用的滾針和保持架組件，採用M型保持架，型保持架，可因應客戶特殊要求，可因應客戶特殊要求，在保持架表面進行鍍銀、鍍銅處理。在保持架表面進行鍍銀、鍍銅處理。滚动轴承的应用滚动轴承的应用推力軸承由滾動體、推力保持架及推力墊圈組成。滾動體推力軸承由滾動體、推力保持
24、架及推力墊圈組成。滾動體可以是滾針或圓柱可以是滾針或圓柱 滾子。滾針或圓柱滾子受到推力保持架滾子。滾針或圓柱滾子受到推力保持架的保持和引導，並和不同的推力墊圈的保持和引導，並和不同的推力墊圈、軸圈、座圈一起工、軸圈、座圈一起工作。作。滚动轴承的应用滚动轴承的应用這種軸承由薄壁沖壓外圈、保持架和整組的滾針組成，其這種軸承由薄壁沖壓外圈、保持架和整組的滾針組成，其剖面高度極小，可節剖面高度極小，可節 約空間，尤其適用於殼體孔不宜作為約空間，尤其適用於殼體孔不宜作為滾道的場所。與穿孔型軸承相比，封口型滾道的場所。與穿孔型軸承相比，封口型 軸承的一端為密軸承的一端為密閉式，可保護軸承免於雜物侵入和防止潤滑泄漏。閉式，可保護軸承免於雜物侵入和防止潤滑泄漏。滚动轴承的应用滚动轴承的应用铁路车辆的行车速度不断提高，就要求配套的轴承也要达铁路车辆的行车速度不断提高，就要求配套的轴承也要达到行车安全的技术指标，图中为铁路机车轮对准高速轴承到行车安全的技术指标，图中为铁路机车轮对准高速轴承NV2232WB/YB2，速度为，速度为160-180km/h，寿命，寿命100万公里。万公里。滚动轴承的应用滚动轴承的应用图中为图中为6317绝缘轴承，用于防静电的技术领域。绝缘轴承，用于防静电的技术领域。