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1、9-19-1概述概述 滚动轴承依靠其主要元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件， 其相对运动 表面间的摩擦是滚动摩擦。 图 9-1滚动轴承的基本结构 滚动轴承的基本结构如图 9-1 所示，它由下列零件组成： (1)带有滚道的内圈 1 和外圈 2； (2)滚动体(球或滚子)3； (3)隔开并导引滚动体的保持架 4。 有些轴承可以少用一个套圈(内圈或外圈)，或者内、外两个套圈都不用， 滚 动体直接沿滚道滚动。 内圈装在轴颈上，外圈装在轴承座中。通常内圈随轴回转，外圈固定，但也 有外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。 常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚 子等
2、几种，如图 9-2 所示。轴承内、外圈上的滚道，有限制滚动体侧向位移的作 用。 图 9-2常用的滚动体 与滑动轴承相比，滚动轴承的主要优点为： 1、摩擦力矩和发热较小。在通常的速度范围内，摩擦力矩很少随速度而改 变。起动转矩比滑动轴承要低得多(比后者小 8090%)； 2、维护比较方便，润滑剂消耗较小； 3、轴承单位宽度的承载能力较大； 4、大大地减少有色金属的消耗。 滚动轴承的缺点是： 径向外廓尺寸比滑动轴承大；接触应力高，承受冲击载荷能力较差，高速重 负荷下寿命较低； 小批生产特殊的滚动轴承时成本较高； 减振能力比滑动轴承低。 9-29-2滚动轴承的主要类型及其代号滚动轴承的主要类型及其代
3、号 一、滚动轴承的主要类型、性能与特点 按滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。 按接触角的大小和所能承受载荷的方向，轴承可分为： 1、向心轴承： 公称接触角：045，向心轴承又可细分为： A、径向接触轴承：0，只能承受径向载荷(如圆柱滚子轴承)，或主要 用于承受径向载荷，但也能承受少量的轴向载荷(如深沟球轴承)； B、向心角接触轴承：0e 时的Y值。 图 9-9 所示为一成对安装的向心角接触轴承(可以是角接触球轴承或圆锥滚子 轴承)，及分别为作用于轴上的径向外载荷及轴向外载荷。两轴承所受的 径向载荷为及，相应的派生轴向力为及。 图 9-9向心角接触轴承的轴向载荷 取轴和轴承内圈为分离
4、体，当轴处于平衡状态时，应满足： += 如果+，如图 9-10 所示，则轴有右移的趋势，此时右边轴承被“ 压紧“，左边轴承被“放松“。但实际上轴并没有移动。因此，根据力的平衡关 系，作用在轴承的外圈上的力应是，且有： += 故 + 图 9-10轴向力示意图(S1+FAS2 时) 作用在轴承上的总的轴向力为： + (9-8a) 作用在轴承上的轴向力为(即轴承 1 只受其自身的派生轴向力)： = (9-8b) 如果+0.1C)下 工作时，接触应力将增大；向心轴承受轴向力作用时，将使受载滚动体增加， 增 大轴承接触表面间的摩擦，使润滑态变坏。这时，要用负荷系数f1和负荷分布 系数f2对手册中的极限转
5、速值进行修正。这样，滚动轴承极限转速的约束条件 为： f1f2 式中：f1、f2的值可从图 9-12 中查得。 (a)载荷系数 (b)载荷分配系数 图 9-12载荷系数和载荷分配系数 ( (三三) )静强度校核静强度校核 由于不转动或转速极低的轴承，其主要的失效形式是产生过大的塑性变形， 因此，静强度的校核的目的是要防止轴承元件产生过大的塑性变形。其约束强度 条件为 或 式中： S0为轴承静强度安全系数，其值见表 9-10； 为径向额定静载荷。它是在最大载荷滚动体与滚道接触中心处，引起与 下列计算接触应力相当的径向静载荷：对调心球轴承为 4600MPa；对所有其它的 向心球轴承为 4200MP
6、a；对所有向心滚子轴承为 4000MPa。对单列角接触球轴承， 其径向额定静载荷是指使轴承套圈间仅产生相对纯径向位移的载荷的径向分量。 为轴向额定静载荷。它是在最大载荷滚动体与滚道接触中心处，引起与 下列计算接触应力相当的中心轴向静载荷：对推力球轴承为 4200MPa；对所有推 力滚子轴承为 4000MPa。 为径向当量静载荷。它是指最大载荷滚动体与滚道接触中心处，引起与 实际载荷条件下相同接触应力的径向静载荷。 为轴向当量静载荷。它是指最大载荷滚动体与滚道接触中心处，引起与 实际载荷条件下相同接触应力的轴向静载荷。 、可从有关设计手册中查到。、可分别按下面的公式进行计 算。 (1)对深沟球轴
7、承、角接触球轴承、调心球轴承： (取上两式计算值较大者) (2)向心球轴承和0的向心滚子轴承： 0； (取上两式计算值较大者) 0(且仅承受径向载荷的向心滚子轴承)； (3)90的推力轴承： (4)90的推力轴承： 2.3tg 对于双向轴承，此公式适用于径向载荷与轴向载荷之比为任意值的情况。 对 于单向轴承，当/0.44ctg时，该公式是可靠的。当/大至 0.67ctg 时，该公式仍可给出满意的值。 式中：和分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，其值见表9-11。 为轴承径向载荷即轴承实际载荷的径向分量(N)； 为轴承轴向载荷即轴承实际载荷的轴向分量(N)； 为接触角。 表 9-10静
8、载荷安全系数 轴承使用性况使用要求、负荷性质及使用场合 旋转轴承 对旋转精度和平稳性要求较高，或受强大冲 击负荷 一般情况 对旋转精度和平稳性要求较低，没有冲击或 振动 1.22.5 0.81.2 0.50.8 在工作载荷下基本 不 旋转或摆动轴承 水坝门装置 吊桥 附加动载荷较小的大型起重机吊钩 附加动载荷很大的小型装卸起重机吊钩 1.0 1.5 1.0 1.6 各种使用场合下的推力调心滚子轴承2 表 9-11系数和的值 轴承类型 单列向心球轴承双列向心球轴承 0的向心滚子轴承 深沟球轴承0.60.50.60.5 0.510.22ctg0.44ctg 角接触球 轴承 a() 15 20 25
9、 30 0.5 0.5 0.5 0.5 0.46 0.42 0.38 0.33 1 1 1 1 0.92 0.84 0.76 0.66 35 40 45 0.5 0.5 0.5 0.29 0.26 0.22 1 1 1 0.58 0.52 0.44 圆锥滚子轴承0.50.22ctg10.44ctg 调心球轴承 (0) 0.50.22ctg10.44ctg 注： 对于两套相同的单列深沟球轴承以“背对背“或“面对面”安装(成对安装)在同一轴上作 为一个支承整体运转情况下， 计算其径向当量静载荷时用双列轴承的和值， 以和为 作用在该支承上的总载荷。 对于中间接触的值，用线性内插法求得。 例例题题 例
10、 9-1 如下图所示，轴上正装一对圆锥滚子轴承，型号为 30305，已知两轴 承的径向载荷分别为R1=2500N，R2=5000N，外加轴向力FA=2000N，该轴承在常 温下工作， 预期工作寿命为=2000小时， 载荷系数fp=1.5， 转速n=1000 r/min。 试校核该对轴承是否满足寿命要求。 轴承部件受载示意图 解： 在本例中，轴承的径向载荷Fr用R表示，轴向载荷Fa用A表示。 查轴承手册得 30305 型轴承基本额定动载荷Cr=44800N，e=0.30，Y= 2。 1、计算两轴承的派生轴向力S 由表 9-9 查得，圆锥滚子轴承的派生轴向力为S=R/(2Y)，则 ，方向向右 ，方
11、向向左 2、计算两轴承的轴向载荷A1、A2 S2+FA=1250+2000 = 3250 N， S2+FAS1 轴承被“压紧“，轴承被“放松“，故 A1=S2+FA=3250 N A2=S2=1250 N 3、计算两轴承的当量动载荷P 轴承的当量动载荷P1： 查表 9-7 得X1= 0.4，Y1= 2 轴承的当量动载荷P2： 查表 9-7 得X2= 1，Y2= 0 4、验算两轴承的寿命 由于轴承是在正常温度下工作，t400mm)且工作温升较高时，轴的热膨胀量大，预留间隙 的方法已不足以补偿轴的伸长量。此时应设置一个游动支点，采取一端固定一端 游动的支承型式，如图 9-18 及图 9-19，左端
12、均为固定支点，承受双向轴向力； 右端为游动支点，只承受径向力，轴受热伸长时可作轴向游动。设计时应注意不 要出现多余的或不足的轴向固定。 图 9-18一端固定、一端游动支承(形式一) 对于固定支点，轴向力不大时可采用深沟球轴承，如图 9-18，其外圈左右 两面均被固定。图中上半部分靠轴承座孔的凸肩固定，这种结构使座孔不能一次 镗削完成，影响加工效率和同轴度。轴向力较小时可用孔用弹性挡圈固定外圈， 如图中下半部分所示。为了承受向右的轴向力，固定支点的内圈也必须进行轴向 固定。 对于游动支点， 常采用深沟球轴承， 径向力大时也可采用圆柱滚子轴承(图 9-18 中下半部分)。选用深沟球轴承时，轴承外圈
13、与轴承盖之间留有较大间隙， 使轴热膨胀时能自由伸长，但其内圈需轴向固定，以防轴承松脱。当游动支点选 用圆柱滚子轴承时，因其内、外圈轴向可相对移动，故内、外圈均应轴向固定， 以免外圈移动，造成过大错位。 图 9-19一端固定、一端游动支承(形式二) 图 9-19 中固定支点采用两个角接触轴承(向心角接触或推力角接触轴承)对 称布置，分别承受左、右两方向的轴向力，共同承担径向力，适用于轴向载荷较 大的场合。为了便于装配调整，固定支点采用了套杯结构，此时，选择游动支点 轴承的尺寸时，一般应使轴承外径与套杯外径相等，以利于两轴承座孔的加工。 图 9-15 所示的支承结构也属于有游动端的支承型式。 三、
14、滚动轴承组合的调整 1、轴承游隙的调整 为保证轴承正常运转，通常在轴承内部留有适当的轴向和径向游隙。游隙的 大小对轴承的回转精度、受载、寿命、效率、噪声等都有很大影响。游隙过大， 则轴承的旋转精度降低，噪声增大；游隙过小，则由于轴的热膨胀使轴承受载加 大，寿命缩短，效率降低。因此，轴承组合装配时应根据实际的工作状况适当地 调整游隙，并从结构上保证能方便地进行调整。 调整游隙的常用方法有以下三种： (1)垫片调整 如图 9-13b 所示角接触轴承组合， 通过增加或减少轴承盖与轴承座间的垫片 组的厚度来调整游隙。图 9-13a 深沟球轴承组合的热补偿间隙C也是靠垫片调 整。 (2)螺钉调整 图 9
15、-20 用螺钉 1 和碟形零件 3 调整轴承游隙，螺母 2 起锁紧作用。这种方 法调整方便，但不能承受大的轴向力。 图 9-20轴承游隙的调整 (3)圆螺母调整 图 9-22b 是两圆锥滚子轴承反装结构，轴承游隙靠圆螺母调整。但操作不太 方便，且螺纹会削弱轴的强度。 2、轴承组合位置的调整 某些传动零件在安装时要求处于准确的轴向工作位置，才能保证正确啮合。 如图 9-21 所示的圆锥齿轮传动简图，装配时要求两个齿轮的节锥顶点重合，因 此，两轴的轴承组合必须保证轴系能作轴向位置的调整。 图 9-21位置调整简图 图 9-22 为小锥齿轮轴组合部件，为便于齿轮轴向位置的调整，采用了套杯 结构。图
16、a 中轴承正装，有两组调整垫片，套杯与轴承座之间的垫片 1 用来调整 锥齿轮的轴向位置，而轴承盖与套杯之间的垫片 2 是用来调整轴承的游隙。图 b 轴承是反装，齿轮轴向位置的调整与图 a 相同，垫片 2 只起密封作用。 (a)轴承正装 (b)轴承反装 图 9-22小锥齿轮轴向位置的调整 四、提高轴系的支承刚度 增强轴系的支承刚度，可提高轴的旋转精度、减小振动噪声、保证轴承使用 寿命。对刚度要求高的轴系部件，设计时可采取下列措施以利提高支承刚度。 1、合理布置轴承 同样的轴承，若布置方式不同，则轴的刚度也会不同。如图 9-22 小锥齿轮 轴角接触轴承的正、 反两种安装方式。 因小锥齿轮是悬臂布置
17、， 故悬臂长度越短， 轴的刚度越大，因 Lb 350HBS 对称布置0.81.40.40.9 不对称布置0.61.20.80.6 悬臂布置0.30.40.20.5 3)模数m 模数圆整为标准值。对于传递动力用的圆柱齿轮传动，其模数应大于 1.5mm；对圆锥齿轮传动，其模数应大于 2mm。国家标准(GB1357-87)规定的齿 轮的标准模数(表 3-7)。 表 3-7渐开线齿轮的标准模数(GB1357-87) 第一系列 11.251.522.5345 6 第二系列1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5) 第一系列81012162025324050 第二系列79
18、(11)141822283645 注：(1)对斜齿圆柱齿轮及人字齿轮，取法面模数为标准模数；对锥齿轮，取大端模数为标 准模数； (2)应优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。 4)螺旋角 增大可提高传动平稳性和承载能力，但过大，会导致轴向力增加，使轴承 及传动装置的尺寸也相应增大；同时，传动效率也会降低。一般可取 。 但从减小齿轮传动的振动和噪声来考虑，目前有采用大螺旋角的趋势。人字 齿轮传动，因其轴向力可相互抵消，可取大些，一般可取到，常 用 30以下。 图 9-26皮碗密封 如图 926 所示，皮碗放在轴承盖槽中并直接压在轴上，环形螺旋弹簧压在 皮碗的唇部用来增强密封效果。唇朝内可防漏
19、油，唇朝外可防尘。安装简便， 使 用可靠，适用v10m/s 的场合。 二、非接触式密封 (a)(b) (c) 图 9-27非接触式密封 这类密封没有与轴直接接触，多用于速度较高的场合。 (1)油沟式密封 图 9-27a 所示，在轴与轴承盖的通孔壁间留 0.10.3mm 的窄缝隙，并在轴 承盖上车出沟槽，在槽内充满油脂。结构简单，用于v56m/s 的场合。 (2)迷宫式密封 将旋转和固定的密封零件间的间隙制成迷宫形式， 缝隙间填入润滑油脂以加 强密封效果。适合于油润滑和脂润滑的场合。 (3)组合式密封 在油沟密封区内的轴上装上一个甩油环， 当油落在环上时可靠离心力的作用 甩掉再导回油箱。在高速时
20、密封效果好。 9-89-8习习题题 9-1试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承的公差等级最高？哪个轴 承允许的极限转速最高？哪个轴承承受径向载荷的能力最高？哪个轴承不能承 受径向载荷？ N307/P4；6207/P2；30207；5307/P6 9-2根据工作条件，决定在轴的两端选用=15的角接触球轴承，正装， 轴颈直径d=35mm，工作中有中等冲击，转速n=1800r/min。已知两轴承的径向载 荷分别为Fr1=3390N(左轴承),Fr2=1040N(右轴承)，外部轴向载荷为FA=870N， 作 用方向指向轴承 1(即FA指向左)，试确定轴承的工作寿命。 9-3一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=35mm，转速 n=2900r/min，已知轴承承受的径向载荷Fr=1810N,外部轴向载荷Fa=740N，预期 寿命为 6000h，试选择轴承的型号。 9-4一双向推力球轴承 52310，承受轴向载荷Fa5000N，轴的转速为 1460r/min，载荷中有中等冲击，试计算其额定寿命。(附：轴承 52310 的额定动 载荷Ca74.5kN，额定静载荷C0a=162kN)