技術(shù)資料 Bearing Technology

第十章滾動(dòng)軸承

概述

軸承是用來支承回轉(zhuǎn)零件的。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承。由于滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)低，功率損耗小，起動(dòng)阻力小，而且它已標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應(yīng)，對(duì)設(shè)計(jì)、使用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便，因此應(yīng)用較廣。

滾動(dòng)軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架等四部分組成。內(nèi)圈與軸徑相配，外圈與軸承座孔配合。一般軸和內(nèi)圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈在軸承座孔中固定不動(dòng)，也有外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動(dòng)，或內(nèi)、外圈同時(shí)回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體即在內(nèi)、外圈的滾道間滾動(dòng)。常用的滾動(dòng)體有：球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對(duì)稱球面滾子等幾種。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制滾動(dòng)體側(cè)向位移的作用。

保持架的主要作用是將滾動(dòng)體均勻隔開。如果沒有保持架，則相鄰滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)由于接觸處產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)速度而引起磨損。保持架有沖壓的和實(shí)體的。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，它與滾動(dòng)體間有較大的間隙。實(shí)體保持架用銅合金、鋁合金或塑料經(jīng)切削加工制成，有較好的定心作用。

從滾動(dòng)體與滾道接觸，有點(diǎn)接觸和線接觸，點(diǎn)接觸的軸承摩擦系數(shù)低，重量輕，叫球軸承；線接觸的軸承摩擦系數(shù)高，重量較大，叫滾子軸承。一般，滾子軸承比球軸承的承載能力高，允許的極限轉(zhuǎn)速較低。

軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體，一般由軸承鉻鋼GCr15制造，熱處理后硬度不低于60HRC。

學(xué)習(xí)本章應(yīng)掌握：1）正確選擇軸承類型和尺寸。滾動(dòng)軸承是通過壽命計(jì)算選定類型和尺寸的；2）軸承組合設(shè)計(jì)，包括：軸承的安裝、調(diào)整、配合、潤(rùn)滑、密封及有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

§10-2 滾動(dòng)軸承的主要類型及其代號(hào)

一．滾動(dòng)軸承的主要類型、性能與特點(diǎn)

按照軸承所能承受的外載荷不同，滾動(dòng)軸承分為

推力軸承中與軸頸緊套在一起的叫軸圈，與機(jī)座相聯(lián)的叫座圈。

向心推力軸承的滾動(dòng)體與外圈滾道接觸點(diǎn)（線）處的法線N-N與半徑方向的夾角α叫軸承的接觸角；軸承實(shí)際所受的徑向載荷F_r與軸向載荷F_a的合力與半徑方向的夾角β叫載荷角。

國(guó)標(biāo)中根據(jù)軸承所受載荷的方向和滾動(dòng)體類型，共分九種基本類型，見表13-1。

二．滾動(dòng)軸承的代號(hào)

我國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T272-93規(guī)定了滾動(dòng)軸承代號(hào)的表示方法。滾動(dòng)軸承代號(hào)由：

前置代號(hào)、基本代號(hào)、后置代號(hào)組成，用字母和數(shù)字等表示。

1．基本代號(hào)

基本代號(hào)用來表示軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列和類型，一般最多為五位數(shù)。

基本代號(hào)
五	四	三	二	一
類型代號(hào)	尺寸系列代號(hào)		內(nèi)徑代號(hào)
	寬度系列代號(hào)	直徑系列代號(hào)

1)　軸承內(nèi)徑用基本代號(hào)右起第一、二位數(shù)字表示。對(duì)常用內(nèi)徑d=20~480mm的軸承，內(nèi)徑尺寸被5除的商數(shù)，如04表示d=20mm;12表示d=60mm等等。對(duì)于內(nèi)徑為10mm、12mm、15mm和17mm的軸承，內(nèi)徑代號(hào)依次為00、01、02和03。對(duì)于10mm和大于500mm的軸承，內(nèi)徑表示方法另有規(guī)定，可參看GB/T272—93。

２）軸承的直徑系列（既結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化系列）用基本代號(hào)右起第三位數(shù)字表示。例如，對(duì)于向心軸承和向心推力軸承，０、１表示特輕系列；２表示輕系列；３表示中系列；４表示重系列。推力軸承除了用１表示特輕系列之外，其余與向心軸承的表示一致。

３）軸承的寬度系列用基本代號(hào)右起的第四位數(shù)表示。當(dāng)寬度系列為0系列（正常系列）時(shí)，在多數(shù)軸承在代號(hào)中可不標(biāo)出，但對(duì)于調(diào)心滾珠軸承和圓錐滾子軸承，寬度系列代號(hào)0應(yīng)標(biāo)出。

直徑系列代號(hào)和寬度系列代號(hào)統(tǒng)稱為尺寸系列代號(hào)。

４）軸承類型代號(hào)用基本代號(hào)右起第五位數(shù)表示（圓柱滾子軸承和滾針軸承等類型代號(hào)用字母），見表13-1。

2．后置代號(hào)

軸承的后置代號(hào)用字母和數(shù)字等表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等等。

１）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)是表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母緊跟著基本代號(hào)表示。如接觸角為15⁰、25⁰和40⁰的角接觸球軸承分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。

２）軸承的公差等級(jí)分為2、4、5、6、6x和0級(jí)六個(gè)級(jí)別，依次由高到低，其代號(hào)分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x和/P0，其中6x級(jí)僅用于圓錐滾子軸承；0級(jí)為普通級(jí)，在軸承代號(hào)中不標(biāo)出。

３）常用的軸承徑向游隙系列分為1組、2組、0組、3組、4組和5組，共6個(gè)組別，徑向游隙依次由小到大。0組游隙是常用的游隙組別，不標(biāo)出，其余的游隙組別在軸承代號(hào)中分別用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。

3．前置代號(hào)

軸承的前置代號(hào)用于表示軸承的分部件。

代號(hào)舉例：

6308—表示內(nèi)徑為40mm，中系列深溝球軸承，正常寬度系列，正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙。

7211C/P5—表示內(nèi)徑為55mm，輕系列角接觸球軸承，正常寬度，接觸角α=15⁰，5級(jí)公差，0組游隙。

§10-3 滾動(dòng)軸承類型的選擇

一．選用軸承時(shí)，首先是選擇軸承類型。出發(fā)點(diǎn)：

1．軸承所受工作載荷的大小、方向和性質(zhì)；

2．安裝軸承的空間范圍；

3．對(duì)軸承性能的特殊要求或限制；

4．高速軸承考慮軸承的極限轉(zhuǎn)速；

5．經(jīng)濟(jì)性。

三．選擇軸承類型時(shí)的考慮因素

1．軸承的載荷

軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。

根據(jù)載荷的大小選擇軸承的類型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承是點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。

根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承。對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷R的同時(shí)，還有不大的軸向載荷A時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。

2．軸承的轉(zhuǎn)速

在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。軸承樣本中列入了各種類型、各種尺寸軸承的極限轉(zhuǎn)速。此極限轉(zhuǎn)速是指載荷不太大（P≤0.1C，C為基本額定動(dòng)載荷），冷卻條件正常，且為0級(jí)公差軸承時(shí)的最大允許轉(zhuǎn)速。但是，由于極限轉(zhuǎn)速主要是受工作時(shí)溫升的限制，因此，不能認(rèn)為樣本中的極限轉(zhuǎn)速是一個(gè)絕對(duì)不可超越的界限。如果軸承的工作轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速時(shí)，可采取下述的第五條措施。

從轉(zhuǎn)速對(duì)軸承的要求，可確定以下幾點(diǎn)：

１）球軸承與滾子軸承相比，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承；

２）在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，滾動(dòng)體就越輕小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體加在外圈滾道上的離心慣性力就越小，因而就更適合用在更高的轉(zhuǎn)速下工作。故在高速時(shí)，宜選用超輕、特輕及輕系列的軸承。重及特重系列的軸承，只用于低速重載的場(chǎng)合。如用一個(gè)輕系列軸承而承載能力達(dá)不到要求時(shí)，可考慮采用寬系列的軸承，或者把兩個(gè)輕系列的軸承并裝在一起使用。

３）保持架的材料與結(jié)構(gòu)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速影響極大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許更高一些的轉(zhuǎn)速。

４）推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，若軸向載荷不十分大，可采用角接觸球軸承承受純軸向力。

５）若工作轉(zhuǎn)速略超過樣本中規(guī)定的極限轉(zhuǎn)速，可用提高軸承的公差等級(jí)，或適當(dāng)?shù)丶哟筝S承的徑向間隙，選用循環(huán)潤(rùn)滑或油霧潤(rùn)滑，加強(qiáng)對(duì)循環(huán)油的冷卻等措施來改善軸承的告訴性能。若工作轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速較多，應(yīng)選用特制的高速滾動(dòng)軸承。

3．軸承的調(diào)心性能

當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受力而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生傾斜。這時(shí)，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。這類軸承在內(nèi)外圈軸線有不大的相對(duì)偏斜時(shí)仍能正常工作。

圓柱滾子軸承和滾針軸承對(duì)軸承的偏斜最為敏感，這類軸承在偏斜狀態(tài)下的承載能力可能低于球軸承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低時(shí)，應(yīng)盡量避免使用這類軸承。

4．軸承的安裝和拆卸

便于裝拆，也是選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。在軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承（如N0000、NA0000、30000等）。當(dāng)軸承在長(zhǎng)軸上安裝時(shí)，為了便于拆卸，可選用其內(nèi)圈孔為1：12的圓錐孔（用以安裝在緊定襯套上）的軸承。

三．具體選擇

1．載荷不是特別大，尺寸沒有嚴(yán)格限制及無特殊性能要求的情況下，優(yōu)先選用6000型軸承，因?yàn)榇祟愝S承價(jià)格最便宜，供貨方便，即可承受F_r，又可承受一定F_a，極限轉(zhuǎn)速也較高，摩擦系數(shù)最低；

2．在載荷較大，對(duì)徑向尺寸要求較嚴(yán)格的情況下，考慮選用滾子軸承，因?yàn)榫€接觸的滾子軸承承載能力比球軸承高，但滾子軸承極限轉(zhuǎn)速較低，摩擦系數(shù)高，價(jià)格較貴，N0000型軸承不允許承受F_a；

3．當(dāng)軸承所受A較大時(shí)，可考慮選用30000和70000型軸承，特別是70000型軸承，各種性能指標(biāo)較好，可承受較大的F_r、，F_a極限轉(zhuǎn)速高，30000型軸承更適合用于中速、重載、受較大F_a的條件；

4．調(diào)心軸承（10000、20000型）、滾針軸承（NA0000型）、推力軸承（50000型）一般只用在有特殊要求時(shí)；

5．有些軸承由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有某些特殊功能；

6．有些支承點(diǎn)上，同時(shí)受很大的F_r、F_a，對(duì)軸承徑向尺寸有限制時(shí)，可在同一支承點(diǎn)上采用一個(gè)向心軸承和一個(gè)推力軸承分別承擔(dān)F_r、。

§10-4 滾動(dòng)軸承的工作情況

一．滾動(dòng)軸承元件上的載荷分布

以只受R的向心軸承為例。

假設(shè)：R由半圈滾動(dòng)體承擔(dān)，受力后座圈幾何形狀不變，忽略軸承游隙。

當(dāng)軸承承受R后，全部接觸變形發(fā)生在滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈滾道接觸處，各接觸點(diǎn)由于變形而引起的沿R方向的位移相同，但由于各接觸點(diǎn)的法向約束反力沿各點(diǎn)的半徑方向，所以沿法線方向的變形量不同。

則

由彈性力學(xué)可知，點(diǎn)接觸變形量和接觸載荷的關(guān)系為

式中：C---比例系數(shù)，與材料有關(guān)。

由上式可知，在承載的半圈內(nèi)，各滾動(dòng)體接觸點(diǎn)處載荷呈余弦分布。

二．元件上的應(yīng)力變化

由上可知，軸承在承載半圈內(nèi)各滾動(dòng)體接觸點(diǎn)處分別作用載荷P_i，并引起相應(yīng)的接觸應(yīng)力。內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定不動(dòng)的軸承，內(nèi)圈滾道表面上任一點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，應(yīng)力變化如圖。外圈滾道上的上半圈不受應(yīng)力，下半圈當(dāng)有滾動(dòng)體經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生由P_i引起的接觸應(yīng)力，沿R作用線處的應(yīng)力最大，滾動(dòng)體應(yīng)力仍為變應(yīng)力。

三．軸向載荷對(duì)載荷分布的影響

當(dāng)向心推力軸承承受徑向載荷R時(shí)，由于滾動(dòng)體與滾道的接觸線與軸承軸線之間夾一個(gè)接觸角α，因而各滾動(dòng)體的反力N_i并不指向半徑方向，而是沿接觸點(diǎn)的法線方向，它可以分解為一個(gè)徑向分力和一個(gè)軸向分力。用P_i代表某一滾動(dòng)體反力的徑向分力，則相應(yīng)的軸向分力F_di應(yīng)等于P_i tgα。所有徑向分力P_i的合力R^’與徑向載荷R相平衡；所有的軸向分力F_di之和組成軸承的派生軸向力F_d，它迫使軸頸（連同軸承內(nèi)圈和滾動(dòng)體）向右移動(dòng)，并最后與軸向力F_a平衡。

當(dāng)只有一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)，

或

由定義

所以

即載荷角和接觸角相等。

當(dāng)受載的滾動(dòng)體數(shù)目增多，雖然在同樣的徑向載荷F_r的作用下，但派生的軸向力F_d將增大。因這時(shí)作用于各滾動(dòng)體上的徑向反力P_i的方向各不相同，它們的向量和R^’雖然與F_r平衡，但其代數(shù)和必大于F_r，而派生的軸向力F_d是由各個(gè)P_i分別派生的軸向力F_di合成的，其值應(yīng)按F_di的代數(shù)和計(jì)得。所以在同樣的徑向載荷F_r作用下，由作用于各滾動(dòng)體上P_i的分別派生的軸向力所合成的軸向力F_d，將比只有一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)派生的軸向力大。即

或

以上分析說明：1）向心推力軸承必須在徑向載荷R和軸向力A的聯(lián)合作用下工作。為保持較多的滾動(dòng)體同時(shí)受載，應(yīng)該使；

2）對(duì)于同一軸承，在同樣的徑向載荷R作用下，當(dāng)受載的滾動(dòng)體數(shù)目不同時(shí)，就派生出不同的軸向力S，也就需要不同的軸向力A來平衡它。或者反過來說，在徑向載荷R不變的條件下，當(dāng)軸向力由最小值（F_a=F_rtgα，這時(shí)由一個(gè)滾動(dòng)體受載）逐步增大（即β角增大），這意味著軸承內(nèi)接觸的滾動(dòng)體數(shù)目逐漸增多。

a) b) c)

軸承中受載滾動(dòng)體數(shù)目的變化

當(dāng) 時(shí)，才會(huì)達(dá)到位于下半圈的全部滾動(dòng)體受載；當(dāng) 時(shí)，開始使全部滾動(dòng)體受載。

對(duì)實(shí)際工作的向心推力軸承，為保證它能可靠地工作，應(yīng)使它至少達(dá)到下半圈滾動(dòng)體全部受載。因此，安裝這類軸承時(shí)，不能有較大的軸向竄動(dòng)。

§10-5 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇

一．滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

1．接觸疲勞破壞

軸承在載荷作用下，經(jīng)長(zhǎng)期周期性接觸應(yīng)力變化后，會(huì)在軸承內(nèi)外圈滾道表面或滾動(dòng)體表面上產(chǎn)生點(diǎn)蝕。出現(xiàn)點(diǎn)蝕后，引起嘈音和振動(dòng)，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)精度喪失和工作溫度升高，從而影響機(jī)器正常工作，軸承喪失工作能力。

對(duì)轉(zhuǎn)速較高，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)軸承，計(jì)算準(zhǔn)則：防止點(diǎn)蝕，進(jìn)行接觸疲勞承載能力計(jì)算—壽命計(jì)算。

2.塑性變形

當(dāng)轉(zhuǎn)速很低或作間隙擺動(dòng)時(shí)，因?yàn)閼?yīng)力循環(huán)次數(shù)低，所以不易引起疲勞破壞。在很大的穩(wěn)定載荷作用或沖擊載荷作用下，工作應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致軸承喪失工作能力。

計(jì)算準(zhǔn)則：防止塑性變形，進(jìn)行靜強(qiáng)度效核。

特殊情況下，高速軸承因離心力使保持架破壞；在塵埃、磨料工作環(huán)境，密封不良時(shí)，因磨料磨損引起失效；裝配不當(dāng)而使軸承卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎內(nèi)外圈等，但這些失效形式一般都是可以而且應(yīng)當(dāng)避免的。所以不能根據(jù)這些失效形式來建立軸承的計(jì)算理論和公式。

二．壽命計(jì)算

滾動(dòng)軸承主要是接觸疲勞失效，所以應(yīng)進(jìn)行承載能力計(jì)算--即壽命計(jì)算。

1．壽命及額定壽命

１）軸承壽命：軸承中任一滾動(dòng)體或座圈滾道表面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕失效前，一套圈相對(duì)于另一套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)L或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)L稱為軸承的壽命。

２）軸承壽命的離散性

一批同型號(hào)的軸承，在相同載荷和工作條件下，壽命的離散性很大。所以，軸承壽命相對(duì)于一定的概率而言。討論軸承壽命時(shí)，必須明確它是相對(duì)于某一可靠度時(shí)的壽命。

３）額定壽命L₁₀

一批相同的軸承，在同樣的工作條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)到90%的軸承尚未出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速n下的工作小時(shí)數(shù)，叫額定壽命L₁₀或L_h。

2．滾動(dòng)軸承的壽命曲線

軸承的極限載荷與壽命有關(guān)，如圖。滾動(dòng)軸承極限載荷P與壽命L之間的關(guān)系曲線方程為：

式中： ---壽命指數(shù)，球軸承， =3；滾子軸承，。

3．額定動(dòng)載荷C

當(dāng)軸承的額定壽命時(shí)，軸承所能承受的載荷。

將C代入壽命方程得：

手冊(cè)中額定動(dòng)載荷C的值在以下條件下確定：

（1）；（2）R=0.9；（3）理想的受載條件，即：向心軸承受純的徑向載荷F_r，C=C_r；推力軸承受純的軸向載荷F_a，C= C_a；向心推力軸承是使套圈產(chǎn)生純徑向位移時(shí)載荷的徑向分量C=C_r；（4）載荷平穩(wěn)無沖擊；（5）工作溫度低于120℃。

4．壽命計(jì)算式

考慮軸承的實(shí)際工作條件后，當(dāng)量動(dòng)載荷P與壽命L之間的關(guān)系式

式中：P---當(dāng)量動(dòng)載荷，N；

C---額定動(dòng)載荷，N；

L---額定壽命，；

f_P---載荷系數(shù)，表13-6；

f_t ---溫度系數(shù)，表13-4。

對(duì)不同的已知條件，上式可用于不同的計(jì)算：

１）已知軸承型號(hào)及C，根據(jù)軸承所受的工作載荷并計(jì)算得P時(shí)，可計(jì)算該軸承在工作時(shí)可能達(dá)到的壽命L₁₀

或

２）已知軸承的工作載荷，給定預(yù)期壽命L₁₀時(shí)，可計(jì)算出為達(dá)到這一設(shè)計(jì)壽命，對(duì)軸承所要求的C

然后在手冊(cè)中選擇合適的軸承型號(hào)，只要，則該軸承能保證所要求的壽命。

若軸承壽命為小時(shí)數(shù)，，則

5．滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P

軸承實(shí)際的工作受載與手冊(cè)中C的理想受載不盡相同時(shí)，須將軸承實(shí)際工作載荷（R、A）換算成理想受載條件下的假想載荷，在這假想載荷的作用下，軸承的壽命與實(shí)際載荷下的壽命相同，該假想載荷---當(dāng)量動(dòng)載荷P。

式中：P---當(dāng)量動(dòng)載荷，N；

F_r---徑向載荷，N；

F_a---軸向載荷，N；

X---徑向系數(shù)，N；

Y---軸向系數(shù)；N。

對(duì)于只能承受純徑向載荷R的軸承（如N、NA類軸承），P=F_r；

對(duì)于只能承受軸向載荷A的軸承（如5類軸承），P=F_a。

X、Y值確定的幾點(diǎn)說明：

１）對(duì)深溝球軸承、角接觸球軸承，X、Y值查表13-5；

２）對(duì)其它各類軸承，、Y值隨每一型號(hào)尺寸不同，從手冊(cè)中查得；

３）按壽命計(jì)算選取軸承型號(hào)尺寸時(shí)，因?yàn)?/span>P值計(jì)算式中用到的X、Y值在型號(hào)尺寸確定后才能取定，所以必須先初步估取某一型號(hào)尺寸，才能進(jìn)行壽命計(jì)算，待計(jì)算結(jié)束，選定型號(hào)尺寸后，再與初估型號(hào)尺寸比較修改計(jì)算。

實(shí)際工作時(shí)，考慮到軸承中出現(xiàn)的沖擊力、慣性力及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷乘上一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定的載荷系數(shù)f_p，則實(shí)際計(jì)算時(shí)，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為

大多數(shù)軸承，計(jì)算P時(shí)，公式中F_r、F_a的計(jì)算并不復(fù)雜，用理論力學(xué)的方法分析所得的支承反力即為軸承載荷，F_r的作用位置即為軸承寬度中點(diǎn)。

6．向心推力軸承的軸向力F_a

計(jì)算向心推力軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P時(shí)，其中的徑向載荷F_r即為由外界作用到軸上的徑向力在各軸承上產(chǎn)生的徑向載荷，但其中的軸向載荷并不完全由外界的軸向作用力產(chǎn)生，F_a≠F_ae（外加軸向力），而是應(yīng)該根據(jù)整個(gè)軸上的軸向載荷（包括因徑向載荷F_r產(chǎn)生的派生軸向力F_d）之間的平衡條件得出。

１）支反力作用點(diǎn)

由于向心推力軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使?jié)L動(dòng)體與座圈滾道接觸線法線和軸承徑向平面間有一接觸角α，當(dāng)受F_r作用時(shí)，接觸滾動(dòng)體的約束反力不在軸承寬度中間的徑向平面內(nèi)，而在接觸點(diǎn)法線與軸線交點(diǎn)K處，K點(diǎn)與軸承外圈寬端面距離可在機(jī)械零件手冊(cè)中查得。但當(dāng)二軸承間距較大時(shí)，工程計(jì)算上近似用軸承寬度中點(diǎn)作為支反力作用點(diǎn)，以簡(jiǎn)化計(jì)算。

２）內(nèi)部軸向力F_d

向心推力軸承受徑向力F_r后，將引起受載區(qū)個(gè)承載滾動(dòng)體接觸點(diǎn)的約束反力Q_i（i=1，2，……）,這些約束反力沿徑向方向的分量之和，沿軸向分力之和，F_d的方向由接觸角方向判別。對(duì)半圈滾動(dòng)體受載的條件，F_d可由表13-7的公式計(jì)算。

結(jié)論：

（1）向心推力軸承由于結(jié)構(gòu)上存在接觸角，所以受F_r時(shí)也會(huì)引起F_d；

（2）F_d從外圈滾道作用到滾動(dòng)體后，將使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)圈一起產(chǎn)生軸向移動(dòng)，雖然此移動(dòng)是微量的，也將引起承載滾動(dòng)體數(shù)目減少。但手冊(cè)中所列軸承具有額定動(dòng)載荷C確定的條件是對(duì)向心推力軸承為半圈滾動(dòng)體受載，若實(shí)際承載滾動(dòng)體少于半圈，則軸承將由于工作時(shí)載荷和應(yīng)力增加而使實(shí)際壽命小于計(jì)算時(shí)的預(yù)期壽命。為保證向心推力軸承在產(chǎn)生內(nèi)部軸向力F_d后仍能維持半圈滾動(dòng)體承載，應(yīng)在同一軸上兩個(gè)支點(diǎn)處盡量用成對(duì)軸承反向安裝，并使軸向游隙較小，以保證軸承在軸向受約束而不致發(fā)生內(nèi)外圈軸向分離。

（3） F_d最終要作用到軸上，所以要加入到軸上兩個(gè)支承處的軸向載荷的計(jì)算中去。

３）向心推力軸承A的計(jì)算

因?yàn)?/span>S的存在，P=XF_r+YF_a中，F_a≠F_ae。根據(jù)整個(gè)軸上所有軸向受力（F_ae、F_d1、F_d2）之間的平衡關(guān)系分別確定二軸承最終受到的F_d1、F_d2。

注：規(guī)定：以內(nèi)部軸向力F_d與F_ae同向的軸承為軸承2，另一個(gè)軸承為軸承1。

（1）

軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，由于在結(jié)構(gòu)上保證了左端軸承1的外圈受凸肩或軸承端蓋的軸向約束，軸受到來自左端的約束反力F_d^’₁

根據(jù)受力的平衡條件

所以軸承1所受的總軸向力

軸承2只受內(nèi)部軸向力

即

（2）若

軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，故軸受來自右端的軸向約束反力F^’_d2

以上公式與軸承的配置方式無關(guān)，對(duì)反裝軸承，分析同上。

綜上：向心推力軸承軸向載荷F_a的計(jì)算方法如下：

（1）判定軸上全部軸向力的合力（計(jì)算時(shí)各帶正負(fù)號(hào)）指向，確定哪一個(gè)軸承被壓緊，哪一個(gè)軸承被放松；

（2）被放松軸承所受的軸向力F_a是自身內(nèi)部軸向力F_d，被壓緊軸承的軸向力F_a等于除自身內(nèi)部軸向力以外，其它所有軸向力的代數(shù)和。

具體計(jì)算時(shí)：

當(dāng)

軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，軸承1壓緊，軸承2放松，

當(dāng) 時(shí)，軸有向右竄動(dòng)的趨勢(shì)，軸承2壓緊，軸承1放松，

例：如圖所示，軸支承在二30206的軸承上，二軸承寬度中點(diǎn)間的距離為240mm，齒輪分度圓直徑為d=300mm，軸的轉(zhuǎn)速n=136rpm。F_t=800N，F_r =300N，F_a =200N，方向和作用點(diǎn)如圖。要求軸承壽命為10⁶h，試驗(yàn)算。（f_t=1.0，f_P =1.0）

查手冊(cè)知：30206軸承，e=0.36，C=24800N，C₀=22300N。α=14⁰02^’10^”，

當(dāng) ，

。

解：1計(jì)算二軸承的支承反力F_r1、F_r2

由，

2．計(jì)算F_a1、F_a2

１）計(jì)算 F_d1、F_{d 2}

Y=0.4ctgα=0.4ctg14.036⁰=1.6

2)計(jì)算F_a1、F_a2

軸有向右竄動(dòng)的趨勢(shì)，軸承1壓緊，軸承2放松，

3．計(jì)算P₁、P₂

軸承1：

軸承2：

4．驗(yàn)算壽命

P₁>P₂，驗(yàn)算軸承1

所以，軸承合用。

7．滾動(dòng)軸承的靜載荷

對(duì)轉(zhuǎn)速很低或緩慢擺動(dòng)的軸承，由于在壽命期限內(nèi)循環(huán)次數(shù)低，不易出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，所以此時(shí)的主要失效形式是靜應(yīng)力引起的塑性變形，軸承的靜強(qiáng)度校核準(zhǔn)則是校核其額定靜載荷

式中：C₀---由機(jī)械零件手冊(cè)中查得的軸承具有的額定靜載荷，N；

S₀---安全系數(shù)，表13-8；

P₀---當(dāng)量靜載荷，，

X₀---靜徑向系數(shù)，Y₀---靜軸向系數(shù)。

8．不同可靠度時(shí)，滾動(dòng)軸承尺寸的選擇

樣本中所列的基本額定動(dòng)載荷是在可靠度為90%時(shí)的數(shù)據(jù)。在實(shí)用中，由于使用軸承的各類機(jī)械的要求不同，對(duì)軸承的可靠度的要求也隨之不同。為把樣本中的基本額定動(dòng)載荷值用于可靠度不等于90%的情況，引入壽命修正系數(shù)，則修正后的額定壽命為

式中：L_n---基本額定壽命；

a₁---可靠度不為90%時(shí)的額定壽命修正系數(shù)，表13-9。

§10-6 軸承裝置的設(shè)計(jì)

要想保證軸承順利工作，除正確選擇軸承類型和尺寸外，還應(yīng)正確設(shè)計(jì)軸承裝置。軸承裝置設(shè)計(jì)主要是：正確解決軸承的安裝、配合、緊固、調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑、密封等問題。下面提出一些設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)以供參考。

一．支承部分的剛性和同心度

軸、安裝軸承的外殼或軸承座及軸承裝置中的其它零件，必須有足夠的剛性。因?yàn)檫@些零件變形會(huì)阻滯滾動(dòng)體滾動(dòng)，使軸承提前破壞。外殼和軸承座應(yīng)有足夠的厚度，壁板上的軸承座懸臂應(yīng)盡可能縮短，并用加強(qiáng)筋增強(qiáng)支承部位的剛性。如外科是用輕合金或非金屬制成，應(yīng)用鋼或鑄鐵制襯筒。

一根軸上兩個(gè)支承的座孔，必須盡可能保持同心，以免內(nèi)外圈間產(chǎn)生過大的偏斜。最好采用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把安裝軸承的兩個(gè)孔一次鏜出。如在一根軸上裝有不同尺寸的軸承時(shí)，外殼上的軸承座孔仍應(yīng)一次鏜出，這時(shí)可利用襯筒來安裝尺寸較小的軸承。當(dāng)兩個(gè)軸承座孔分在兩個(gè)外殼上時(shí)，應(yīng)把兩個(gè)外殼組合在一起進(jìn)行鏜孔。

二．軸承的配置

一般，一根軸需要兩個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)可由一個(gè)或一個(gè)以上的軸承組成。軸工作時(shí)，要保證在機(jī)器中有確定的位置，以保證不發(fā)生軸向竄動(dòng)；但為了補(bǔ)償軸的熱伸長(zhǎng)，應(yīng)允許在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)可有微小的自由收縮。

軸的軸向定位，一般通過同一根軸上兩個(gè)支點(diǎn)處支承外圈的軸向固定的綜合結(jié)果實(shí)現(xiàn)。

1．雙支點(diǎn)單向固定：在這種結(jié)構(gòu)中，沒支承點(diǎn)用一個(gè)軸承，各自限制軸一個(gè)方向的移動(dòng)，對(duì)整個(gè)軸，兩個(gè)方向都受到定位。

這種軸承配置常用兩個(gè)反向安裝的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，兩個(gè)軸承個(gè)限制一個(gè)方向的位移。安裝時(shí)，可通過調(diào)整軸承外圈或內(nèi)圈的軸向位置，使軸承達(dá)到理想的游隙或所要求的預(yù)緊程度。圖13-16，正裝；圖13-17，反裝。在支承距離相同的條件下，正裝的跨距小，反裝跨距大，故正裝的懸臂較長(zhǎng)，支承剛性較差，受熱變形時(shí)，因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸的溫度一般高于外殼的溫度，軸的軸向和徑向熱膨脹將大于外圈，減小了預(yù)調(diào)的間隙，可能導(dǎo)致卡死，而反裝時(shí)可避免這種情況發(fā)生。

在圖13-18中，采用兩個(gè)深溝球軸承分別靠軸承端蓋內(nèi)側(cè)窄端面頂住軸承外圈端面而起軸向固定作用，為補(bǔ)償軸的熱伸長(zhǎng)，在一端留有補(bǔ)償間隙=02~23。這種支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便，適用于軸跨距不大（L300）和溫差不大的場(chǎng)合。

2．單支點(diǎn)雙向固定：這種結(jié)構(gòu)中一個(gè)支點(diǎn)限制了左右兩個(gè)方向的移動(dòng)，另一支承自由，一根軸兩個(gè)方向都受到定位。

圖13-19、13-20，左端軸承內(nèi)外圈兩個(gè)方向都定位，右端深溝球軸承（內(nèi)外圈不可分離）外圈兩個(gè)方向自由，圓柱滾子軸承（內(nèi)外圈可分離）內(nèi)外圈兩個(gè)方向都定位。

向心推力軸承不用于游動(dòng)支承，對(duì)跨距較大（L）350）、溫度變化較大的軸，可將兩個(gè)向心推力軸承固定在軸的一端，另一端裝成游動(dòng)的，如圖13-22。

這種支承結(jié)構(gòu)用于軸跨距較大、溫差較大的場(chǎng)合。

3．雙支點(diǎn)游動(dòng)：這種結(jié)構(gòu)雙支點(diǎn)都不固定。

一對(duì)人字齒輪軸，由于人字齒本身有相互軸向限位作用，它們的軸承內(nèi)外圈軸向緊固設(shè)計(jì)成只保證一根軸相對(duì)機(jī)座有固定的軸向位置，另一根軸上的二軸承必須是游動(dòng)的，防止齒輪卡死或人字齒兩側(cè)受力不均勻。

三．滾動(dòng)軸承的軸向緊固

作用：受軸上零件的軸向力后，軸和軸承不致產(chǎn)生軸向相對(duì)移動(dòng)。

內(nèi)圈緊固的方法：

１）軸用彈性擋圈：主要用于深溝球軸承，當(dāng)軸向力不大及轉(zhuǎn)速不高時(shí)；

２）軸端擋圈：用于在軸端切割螺紋有困難時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速高，軸向力大時(shí)；

３）圓螺母和止動(dòng)墊圈：用于軸承轉(zhuǎn)速高、軸向力較大時(shí)；

４）緊定襯套、止動(dòng)墊圈和圓螺母緊固，用于光軸上、軸向力和轉(zhuǎn)速都不大、內(nèi)圈為圓錐孔的軸承（圖13-5）。

內(nèi)圈的另一端常以軸肩作為定位面。為便于軸承拆卸，軸肩的高度應(yīng)低于內(nèi)圈的厚度。

外圈軸向緊固的方法：

１）孔用彈性擋圈：用于向心軸承，當(dāng)軸向力不大且需減小軸承裝置的尺寸時(shí)；

２）凸肩或軸承端蓋：用于高轉(zhuǎn)速及很大軸向力時(shí)的各類軸承。

四．軸承游隙及軸上零件位置的調(diào)整

軸承游隙的調(diào)整：

1）靠軸承端蓋下的墊片調(diào)整，比較方便；

2）靠軸上的圓螺母調(diào)整，操作不方便，且必須在軸上制出螺紋，應(yīng)力集中嚴(yán)重，削弱了軸的強(qiáng)度。

軸上零件位置的調(diào)整：將確定零件軸向位置的軸承裝在套杯中，套杯裝在外殼孔中，通過增減套杯端面與外殼之間墊片的厚度，可調(diào)整零件的軸向位置。

五．滾動(dòng)軸承的配合

軸承座圈的周向固定靠外圈與軸承座孔、內(nèi)圈與軸頸之間的配合的合理選擇保證。旋轉(zhuǎn)的座圈其配合應(yīng)保證有過盈量，不轉(zhuǎn)的座圈應(yīng)保證有較小間隙的間隙配合或過渡配合。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：0、6、5、4、2各公差等級(jí)的軸承的內(nèi)徑和外徑的公差帶均為單向制，而且統(tǒng)一采用上偏差為零，下偏差為負(fù)值的分布。

為便于互換及專業(yè)廠家生產(chǎn)，國(guó)標(biāo)規(guī)定：軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼孔的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。與內(nèi)圈配合的軸的公差帶及與外圈配合的外殼孔的公差帶，均按圓柱公差與配合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取。由于內(nèi)徑的公差帶在零線以下，而圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中基準(zhǔn)孔的公差帶在零線之上，所以軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基孔制同類配合要緊得多。

六．滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑

潤(rùn)滑對(duì)滾動(dòng)軸承具有重要意義。軸承中的潤(rùn)滑可降低摩擦阻力，散熱、減小接觸應(yīng)力、吸振、防銹等。

軸承常用的潤(rùn)滑方式有：油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑。選用軸承的潤(rùn)滑方式時(shí)，與軸承的速度有關(guān)，一般用滾動(dòng)軸承的dn值表示速度的大小。適用于脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的dn值界限列于表13-10。

1．脂潤(rùn)滑：潤(rùn)滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。滾動(dòng)軸承的裝脂量一般為軸承內(nèi)部空間的1/3~2/3。適用于不便經(jīng)常添加潤(rùn)滑劑或不允許潤(rùn)滑油流失而致污染產(chǎn)品的工業(yè)機(jī)械。缺點(diǎn)是只適用于較低的dn值。

2．油潤(rùn)滑：潤(rùn)滑油的主要特性是粘度，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)選用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的潤(rùn)滑油。根據(jù)工作溫度及dn值，參圖13-28，可選出潤(rùn)滑油的粘度值，然后根據(jù)粘度選出相應(yīng)的潤(rùn)滑油牌號(hào)。

常用潤(rùn)滑方法：

１）油浴潤(rùn)滑：把軸承局部浸入潤(rùn)滑油中，當(dāng)軸承靜止時(shí)，油面不高于最低滾動(dòng)體的中心。不適用于高速，因?yàn)閿噭?dòng)油液劇烈時(shí)造成很大的能量損失，引起油液和軸承的嚴(yán)重過熱。

２）滴油潤(rùn)滑：適用于需要定量供應(yīng)潤(rùn)滑油的軸承部件。滴油量應(yīng)適當(dāng)控制，過多的油量將引起軸承溫度的增高。為使滴油通暢，用粘度小的全損耗系統(tǒng)用油L-AN15。

３）飛濺潤(rùn)滑：利用齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)把潤(rùn)滑齒輪的油甩到四周壁面上，通過適當(dāng)?shù)臏喜郯延鸵胼S承中去。

４）噴油潤(rùn)滑：適用于轉(zhuǎn)速高、載荷大、要求潤(rùn)滑可靠的軸承。用油泵將油增壓，通過油管或油孔，將油噴射到軸承中去，流過軸承后的潤(rùn)滑油，經(jīng)過過濾冷卻后再循環(huán)使用。為保證油能進(jìn)入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，噴嘴應(yīng)對(duì)準(zhǔn)內(nèi)圈和保持架之間的間隙。

５）油霧潤(rùn)滑：當(dāng)軸承滾動(dòng)體的線速度很高時(shí)，采用油霧潤(rùn)滑，避免其它潤(rùn)滑方法由于供油過多，油的內(nèi)摩擦增大而增高軸承的工作溫度。潤(rùn)滑油在油霧發(fā)生器中變成油霧，其溫度較液體潤(rùn)滑油的溫度低，可冷卻軸承。但軸承的油霧，可能部分到隨空氣散逸，污染環(huán)境。必要時(shí)，用油氣分離器收集油霧，或采用通風(fēng)裝置排除廢氣。

七．滾動(dòng)軸承的密封裝置

為阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇?。密封裝置分接觸式和非接觸式兩大類。

1．接觸式密封非接觸式密封