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第十三章滚动轴承杨众喜（一）教学要求1、掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况2、掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则（二）教学的重点与难点1、滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀2、寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计（三）教学内容§13—1概述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。一、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（图13-1）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。球——滚珠轴承——滚动体的形状短圆柱形柱形长圆柱形螺旋滚子滚柱轴承圆锥滚子鼓形滚子滚针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）二、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：HRC60~65保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯三、滚动轴承的特点优点：1）f小起动力矩小，η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。§13—2滚动轴承的类型与选择一、滚动轴承的主要类型与特点接触角——如图13-4所示，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、圆柱滚柱轴承等，1、4、6、N、NA、2调心滚子等推力轴承——90（如图13-4d）5（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，极限转速高滚子~——承载能力高，极限转速低常用滚动轴承的类型与特性见表13—1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①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。②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。③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。④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。⑤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。⑥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。⑦滚针轴承，↑Fr，承载能力较高∴高速时用深沟球轴承或角接触球轴承代替。另：注意优化选用深沟球轴承！二、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），滚动轴承代号的构成见表13-2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。见表13-1，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，详见表13-1中带（）的代号。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13-5所示。组合见表13-3（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00010203b)内径d=20~480mm，且为5的倍数时代号=d/5或d=代号×5(mm)(c)d10mm，或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。L——可分离轴承的可分离内圈或外圈如LN207K——轴承的滚动体与保持架组件K81107R——不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207NU——表示内圈无档边的圆柱滚子轴承WS、GS——分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈，如WS81107、GS81107。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24566X0代号新标准/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0旧标准BCDEXEG——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、/C5C1、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P502三、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nnlim——极限转速6、7、N——极限转速较高推力轴承——极限转速较低，∴只受Fa而n较高时——不用推力轴承而宁可用6\7两类，球轴承极限转速高于滚子轴承，轻系列极限转速高于中或重系列轴承。4）当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承，如图13-65）为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承。6）6、7两点轴承一般应成对使用，对称安装。7）施转精度较高时，应选用较高的公差等级和较小的游隙转速较高时，应选用较高的公差等级和较大的游隙公差等级越高，轴承价格越贵滚子轴承价格高于球轴承，深沟球轴承价格最低8）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承。§13—3滚动轴承的受力分析、失效形式及计算准则一、滚动轴承的载荷分布1、滚动轴承受轴向载荷Fa（A）中心轴向力Fa作用下——Fa由各滚动体平均分担2、向心轴承受径向载荷R如图13-7所示，上半圈滚动体不受力，下半圈滚动体受力，且根据变形协调条件，在R作用线下方滚动体变形和受力最小，滚动体所受的最大接触载荷为RZQ5max（深沟球轴承）Z——滚动体数（13-1）RZQ46max（圆柱滚子轴承）由于游隙的存在，受载滚动体小于半圈，而作用一定的轴向载荷，则可使承载区扩大。3、角接触轴承同时受R和A（1）角接触轴承的派生轴向力S由于滚动体与滚道接触点的法线与轴承中心平面有接触角承载区流动体i→法向力QiRi——径向分力ΣRi=R——外载Si——轴向分力ΣSi=S——派生轴向力。派生轴向力S≈1.25Rtgα——或接表13-4（13-2）S方向——沿轴承外圈宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上，有使内、外圈分离的趋势。∴要成对使用、对称安装。（2）轴向载荷对载荷分布的影响如图13-8所示，受R作用时，派生轴向力S迫使轴颈（连同轴承内圈和滚动体）向左移动，并与轴向力A平衡①当只有下面+滚动体受载时RtgS或RARStgRtgA而tgBA——载荷角，A与R的合力F与径向平面的夹角如图13-8∴tgtg，②受载滚动体增多时，在同样R作用下，派生轴向力S↑∵各滚动体法向力Qi方向各不相同，其径向分力Ri（方向不同）向量之和与R平衡，但RRi；而Qi→（产生）Si方向均相同，∴S是Si的代数和iSS∴在同样的径向载荷R作用下由多个滚动体接触分别派生的轴向力的合力S大于只有一个滚动体受载时派生的轴向力设受载滚动体个数为n，则niniiRtgRtgSS11（13-4）∴RtgAtgRARStg或（13-5）tg、RtgA——多个滚动体受载的条件结论：1）角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在径向载荷R和轴向载荷A的联合作用下工作，或成对使用对称安装。2）为使更多的滚动体受载应使RtgA3）R不变时，A由最小值RtgA（一个滚动体受载）逐渐增大（即角增大），则受载滚动体数↑当tgtg25.1时，下半圈滚动体受载当tgtg7.1时，开始使全部滚动体受载。如图13-94）实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载，∴安装这类轴承不能有较大的轴向窜动量。或应成对使用，对称安装。二、轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化滚动体进入承载区后，所受的载荷由零增加到Qmax，然后再逐渐减小到零——其应力为不稳定脉动循环变化，转动套圈上各点承载情况及应力情况，也是不稳定脉动循环变应力。如图13-30a所示。固定套圈上某一点上的载荷和应力是稳定的脉动循环变应力。如图13-10b所示。三、滚动轴承的失效形式和计算准则：主要失效形式：1）疲劳点蚀——安装润滑和维护良好情况下的正常失效形式——主要的失效形式和轴承寿命计算的依据2）塑性变形——转速很低或作间歇摆动时的主要失效形式——引起振动、噪声、摩擦力矩增大，运转精度降低1）磨损——润滑不良和密封不严的情况下，或多尘条件下工作的轴承的主要失效形式。有磨磨损和粘着磨损（烧伤）2）磨损后果：轴承游隙加大，运动精度降低，振动和噪声增加。计算准则：一般轴承1）进行疲劳寿命计算（针对点蚀）；2）静强度校核。低速轴承：只进行②（静强度~）高速轴承：①进行疲劳寿命计算；②校验极限转速。全因发热引起粘着：磨损和烧伤§13