第12章轴承

第12章轴承轴承是机器中的重要零部件，其主要功用是支承轴及轴上的零件，从而减轻机器的磨损，提高机械效率。根据轴承中摩擦性质的不同，可分为：轴承滑动轴承滚动轴承12.4滚动轴承的类型和选择滚动轴承具有摩擦阻力小、起动快、效率高、不易磨损的优点，因而在各种机械中得到广泛应用。滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）；本节主要内容：滚动轴承的类型和代号（认识轴承）；滚动轴承的组合设计。一、滚动轴承的结构、特性、类型1.滚动轴承的基本结构。滚动轴承外圈球滚子滚针内圈滚动体保持架有些结构可以没有内圈、外圈或保持架，但决不能没有滚动体。带密封盖的滚动轴承带轴承座的滚动轴承特殊结构的轴承2．滚动轴承的类型、特点和应用滚动轴承的分类:1）按滚动体的形状分可分为：球轴承，滚子轴承，滚针轴承。深沟球轴承圆柱滚子轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承2）按承载方式或公称接触角不同分•向心轴承：主要承受径向载荷，公称接触角045。•推力轴承：=0：径向接触轴承。045：向心角接触轴承。主要承受轴向载荷，公称接触角4590。=90：轴向接触轴承。4590：推力角接触轴承。3）按轴承的结构形式不同分类：在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列６类:深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承二、滚动轴承的代号前置代号基本代号后置代号轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其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五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号滚动轴承代号构成：代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272－1993规定。前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号——表示轴承的内部结构、精度与材料等特征。◆内径代号：特殊情况：内径d10121517代号00010203轴承公称内径＝内径代号×5。表示轴承公称内径的大小。用基本代号右起的第一、二位数字表示。轴承基本代号如：08表示轴承内径d=5×8=40mm。（1）d=10,12,15,17mm时（2）d10mm，d500mm，d=22，28，32mm时内径表示方法见GB/T272-93◆尺寸系列代号：直径系列代号：指结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列。用0-9的数字表示。。宽度系列代号：宽度（或高度）系列是指结构、内径和外径都相同的轴承，在宽度（或高度）方面的变化系列，用0－9的数字表示。向心轴承有窄、正常、宽系列。轴承基本代号表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。右起的第三位数字表示轴承的直径系列代号，第四位数字表示宽度系列（向心轴承）或高度系列（推力轴承）代号。◆类型代号：轴承基本代号6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型用数字或字母表示不同类型的轴承。用基本代号右起的第五位数字表示。常用轴承代号为3、5、6、7、N五类。◆公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)、/P0为代号，0级不标注。以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。高级低级◆游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。游隙值：小大轴承常用的后置代号◆角接触球轴承公称接触角代号：C－公称接触角α=15°AC－公称接触角α=25°B－公称接触角α=40°轴承代号示例6308：6─深沟球轴承，N105/P5：N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=25°；公差等级为0级，游隙组为0组；3─中系列，08─内径d=40mm，30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。三、滚动轴承类型的选择滚动轴承类型选择应考虑的问题：1．承受载荷情况载荷方向：对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承，较小的轴向载荷选用推力球轴承，较大的轴向载荷选用推力滚子轴承；同时受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；若径向载荷较大、轴向载荷较小也可选用深沟球轴承；2．转速的限制3．调心性要求球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。载荷大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。4.为了便于安装、拆卸和调整间隙，常采用内、外圈可分离的分离型轴承，如圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。5.选择轴承时应考虑经济性，供应情况。球轴承比滚子轴承价廉（参考表14－1各类轴承价格比）。轴承公差等级越高，价越贵，故选择高精度轴承须慎重，同型号尺寸公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比约为1:1.5:2:7:10。一、滚动轴承失效形式12.5滚动轴承的尺寸选择计算1）点蚀套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。2）磨损润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；3）塑性变形二、滚动轴承的寿命1.滚动轴承的寿命与基本额定寿命滚动轴承的寿命：一套轴承，其中一个套圈（或垫圈）或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈（或垫圈）相对另一个套圈（或垫圈）的转数。滚动轴承的基本额定寿命：对于一套滚动轴承或一批近于相同的轴承在相同条件下运转，该寿命是与90％的可靠度、常用材料和加工质量以及常规的运转条件相关的寿命，用L表示。1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）2.滚动轴承的基本额定动载荷基本额定动载荷：轴承的基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。基本额定动载荷值大，说明轴承承受载荷能力强。不同型号的轴承有不同的基本额定动载荷值。各种型号的轴承在正常工作温度（t≤120℃）下的基本额定动载荷值可查轴承手册。工作温度高于120℃时Ct=ft·CCt—经过温度修正的基本额定动载荷；ft的数值见表12–6。三、滚动轴承的寿命计算公式constLP当P=CL=1（106r）代入数据求解：1CLP)(rPCL610　　)(1667060106hPCnPCnLh　　　或其中：P–––当量动载荷（N）；L–––基本额定寿命（106r）；–––寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3。滚动轴承的寿命校核公式：滚动轴承预期寿命见表12–7。滚动轴承的设计公式——选轴承型号和尺寸16670hnLPC四、滚动轴承的当量动载荷当量动载荷为一假想载荷，在它作用下，轴承的寿命与实际联合载荷作用（径向载荷与轴向载荷联合作用）下的寿命相同。P=fF(XFr+YFa)式中：X、Y分别为径向、轴向动载荷系数，其值见表12–5。Fr、Fa分别为轴承所受的名义径向载荷、轴向载荷（N）表12–5中e是一个判断系数，确定轴向载荷在什么时候对轴承寿命有影响。fF为载荷系数，见表12－8。滚动轴承尺寸选择的过程由力分析确定轴承所承受的FR与FA计算当量动载荷P=fP(XFR+YFA)明确轴承的工作转速n与预计寿命L10由轴承样本（手册）查取合适的轴承计算轴承应满足的基本额定动载荷16670hnLPC（N）例12–2已知一减速器轴，轴颈直径d=40mm，转速n=1460r/min，两支承上的径向载荷分别为FR1=1000N，FR2=2000N，轴向载荷Fa=350N并指向轴承1，要求轴承寿命L10h=12000h，常温下工作，试选择轴承型号。解：1．选择轴承类型由于该轴转速较高，轴向载荷较小，故选用结构简单、价格较低的深沟球轴承。2．计算当量动载荷Pr由于轴承型号未定，Cr、C0r、FA/FR、e、X及Y等值都无法确定，必须试算。通常先试选轴承型号。按d=40mm试选中系列深沟球轴承6308，查设计手册得：Cr=32000N，C0r=22700N。由题已知：FA1=Fa=350N，FA2=0。f0FA1/C0r=14.7×=0.2205，由表2–16查得e=0.198。轴承1：因FA1/FR1=350/1000=0.35e，由表2–16查得X1=0.56，Y1=2.30，由式2-12得Pr1=X1FR1+Y1FA1=0.56×1000+2.30×350=1365N轴承2：因只受径向载荷，故Pr2=FR2=2000N3．计算轴承应具有的基本额定动载荷由于轴承2受载较大，故将Pr2代入下式166701022htrprnLfPfC查表2–14得：fp=1.5，由表2–13得ft=1（取轴承工作温度120℃），＝3（球轴承）。并将已知的n及Lh代入得5305011667012000146012000512..rC(N)计算所得的C′r2比6308轴承的Cr稍小，故所选型号合适。例12–3有一滚动轴承，型号为7214C，转速n=500r/min，当量动载荷Pr=6900N，工作时有轻微冲击，工作温度在100℃以下，试预测其寿命。解:查设计手册，7214C型是向心角接触球轴承，其基本额定动载荷Cr=70200N。根据工作时有轻微冲击，参考表2–14，取载荷系数fp=1.2；根据工作温度小于100℃，从表2–13查得温度系数ft=1；对于球轴承，寿命指数=3；由式（2-10）得轴承的预测寿命为h)N.N()(rprth3031469002170200150060106010366PfCfnL12.6滚动轴承组合结构设计为保证滚动轴承正常工作，除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还应正确地进行轴承的组合设计，即必须合理地解决轴承的固定和配合、提高轴承系统的刚度、轴承的润滑及密封等问题。为保证轴系在机器中有正确的工作位置，能在传递轴向力时不轴向窜动，并且在轴受热膨胀后不致将轴承卡死。滚动支承有下列三种基本结构型式。1．轴的支承结构型式（1）两端单向固定两端固定的深沟球轴承轴系（2）一端双向固定、一端游动（3）两端游动2.滚动轴承的轴向固定内圈与轴：1）轴肩2）轴用弹性挡圈3）轴端档圈+紧固螺钉2.滚动轴承的轴向固定内圈与轴：4）圆螺母+止动垫圈2）孔用弹性挡圈2.滚动轴承的轴向固定外圈与座孔：1）轴承端盖3）轴承座孔凸肩3．滚动轴承游隙和轴承组合位置的调整轴承游隙调整：轴承组合位置调整4.滚动轴承的配合轴承内圈与轴：松————→紧松————→紧轴承外圈与轴承座孔：基孔制：基轴制：js6，j6，k6，m6，n6G7，H7，JS7，J75）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。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。4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合。5.滚动轴承的正确装拆。6.滚动轴承的润滑润滑方式：（1）脂润滑（2）油润滑油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑。（3）固体润滑润滑目的：主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，同时也