第十三章滾動軸承
楊眾喜（一）教學要求
1、 掌握常用滾動軸承的型別與特點，了解其受載及失效情況
2、 掌握壽命計算方法和滾動軸承，組合結構設計的方法與原則
（二）教學的重點與難點
1、 滾動軸承的型別、特點、代號，滾動軸承的疲勞點蝕
2、 壽命計算、當量動、靜載荷，滾動軸承的組合結構設計
（三）教學內容
§13—1 概述
滾動軸承由於是滾動摩擦，∴摩擦阻力小，發熱量小，效率高，起動靈敏、維護方便，並且已標準化，便於選用與更換，因此使用十分廣泛。
一、滾動軸承的構造
標準滾動軸承的組成：內圈1、外圈2、滾動體3（基本元件）、保持架4（圖13-1）
一般內圈隨軸一起迴轉，外圈固定（也有相反）內外圈上均有凹的滾道，滾道一方面限制滾動體的軸向移動，另一方面可降低滾動體與滾道間的接觸應力。
球——滾珠軸承——
滾動體的形狀短圓柱形
柱形長圓柱形
螺旋滾子滾柱軸承
圓錐滾子
鼓形滾子
滾針保持架能使滾動體均勻分布以避免滾動體相互接觸引起磨損與發熱（圖13-3）
二、滾動軸承的材料
內、外圈、滾動體；gcr15、gcr15-simn等軸承鋼，熱處理後硬度：hrc60~65
保持架：低碳鋼、銅合金或塑料、聚四氟乙烯
三、滾動軸承的特點
優點：1）f小起動力矩小，η高；2）運轉精度高（可用預緊方法消除遊隙）；3）軸向尺寸小；4）某些軸能同時承受fr和fa，使機器結構緊湊；5）潤滑方便、簡單、易於密封和維護；6）互換性好（標準零件）
缺點：1）承受衝擊載荷能力差；2）高速時噪音、振動較大；3）高速過載壽命較低；4）徑向尺寸較大（相對於滑動軸承）
應用：廣泛應用於中速、中載和一般工作條件下運轉的機械裝置。
§13—2 滾動軸承的型別與選擇
一、滾動軸承的主要型別與特點
接觸角——如圖13-4所示，外圈與滾動體接觸處的法線與垂直於軸線的平面的夾角。
型別——按承載方向：
向心軸承——，主要承受徑向載荷，可受一定fa，如深溝球、圓柱滾柱軸承等，1、4、6、n、na、2調心滾子等
推力軸承——（如圖13-4d）5（推力球），8（推力圓柱滾子）
向心推力軸承——：—向心角接觸軸子（0、3、7）
推力角接觸軸承，2（推力調心滾子軸承）
按滾動體形狀：球~——承載能力低，極限轉速高
滾子~——承載能力高，極限轉速低
常用滾動軸承的型別與特性見表13—1
注意代號結構特點：承受載荷的大小，方向，極限轉速高低，是否有調心效能等
特別注意最常用幾種
①深溝球軸承（向心球軸承）——6（0）主要承受徑向載，也可受一定雙向軸向載荷，f小精度高，結構簡單，**低，最常用。
②調心球軸承（111）（調心滾子（2、3））——主要承受徑向載荷，也可承受較小的雙向軸向力，能自動調心，適於軸的剛性較差的場合。
③圓柱滾子軸承——n（2）只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，承載能力大，支承剛性好，外圈或內圈可以分離，或不帶內外圈，適於要求徑向尺寸較小的場合。
④角接觸球軸承——7（6）能同時承受徑向載荷和單向軸向力，接觸角，越大，承載fa能力越高，為承受雙向軸向力應成對使用，對稱安裝。
⑤圓錐滾子軸承——3（7）能同時承受徑向載荷和單向fa，越大，承受fa能力越大，承載能力高於角接觸球軸承，但極限轉速稍低，外圈可分離，一般應成對使用，對稱安裝，但安裝調整比較麻煩。
⑥推力球軸承——5（8）單向推力球軸承51000—只能受單向fa；雙向推力球軸承52000—能承受雙向fa。不能受fr，且極限nj轉速較低，高速時，由於離心力較大，鋼球與保持架磨損發熱較嚴重。
⑦滾針軸承，↑fr，承載能力較高
∴高速時用深溝球軸承或角接觸球軸承代替。
另：注意優化選用深溝球軸承！
二、滾動軸承的代號
滾動軸承型別和尺寸規格繁多，為便於設計和選用，標準規定了用代號表示滾動軸承的型別、尺寸、結構特點及公差等級等。
國家標準：gb/t272-93（向iso靠）（替代gb272-88），滾動軸承代號的構成見表13-2
1、基本代號——表示軸承的內徑、尺寸系列和型別，最多為五位
（1）軸承型別——基本代號右起五位用數字或字母表示（尺寸系列代號如有省略，則為第4位，）或基本代號左起第一位。見表13-1，重點：6—深溝球~；3—圓錐滾子~；5—推力球~；7—角接觸球~；1—調心球；n—圓柱滾子~。
（2）尺寸系列——表示軸承在結構、內徑相同的條件下具有不同的外徑和寬度，基本代號右起
三、四位。
寬度系列——右起第四位——某些寬度系列（主要為0系列和和正常系列）代號可省略，詳見表13-1中帶（）的代號。
直徑系列——右起第三位——相同內徑，不同直徑系列軸承的尺寸對比如圖13-5所示。
組合見表13-3
（3）軸承的內徑——基本代號右起一二位數字。
a) d=10, 12, 15, 17mm時
代號00 01 02 03
b) 內徑d=20~480mm，且為5的倍數時
代號=d/5或d=代號×5(mm)
(c) d<10mm，或d>500mm，及d=22，28，32mm時
代號/內徑尺寸（mm）
2、前置代號——表示軸承的分部件，用字母表示。
l——可分離軸承的可分離內圈或外圈如ln207
k——軸承的滾動體與保持架元件k81107
r——不帶可分離內圈或外圈的軸承，如rnu207
nu——表示內圈無檔邊的圓柱滾子軸承
ws、gs——分別為推力圓柱滾子軸承的軸圈和座圈，如ws81107、gs81107。
3、後置代號——反映軸承的結構、公差、遊隙及材料的特殊要求等，共8組代號。
（1）內部結構代號——反映同一類軸承的不同內部結構
例：c、ac、b——代表角接觸球軸承的接觸角，和，e代表增大承載能力進行結構改進的增強型等，如7210b，7210ac，nu207e
（2）密封、防塵與外部形狀變化代號
—rs——一面有骨架式橡膠密封圈（接觸式）
—rz——一面有骨架式橡膠密封圈（非接觸式）
—z——一面有防塵蓋例：6210-2rs
—fs——一面有氈圈密封
字母前加數字2，則說明是兩面有~
r、n、nr——軸承外圈帶有止動擋邊、止動槽、止動槽並帶止動環，例：6210n
（3）軸承的公差等級
精度高低
公差等級 2 4 5 6 6x 0
代號新標準 /p2、/p4、/p5、/p6、/p6x、/p0
舊標準 b c d ex e g——普通級可省略
（4）軸承的徑向遊隙
遊隙小大
遊隙組別 1， 2， 0， 3， 4， 5
代號 /c1、/c2、 /c3、/c4、/c5
c1、c2——小遊隙組；0——不標（基本遊隙）；c3、c4、c5——大遊隙組
（5）保持架代號
表示保持架在標準規定的結構材料外，其他不同結構型式與材料。
a、b分別表示外圈引導和內圈引導
j——鋼板沖壓
q——青銅實體
m——黃銅實體保持架
n——工程塑料
其他在配置、振動、雜訊、摩擦力矩、工作溫度、潤滑等方面的特殊要求的代號表示見標準gb/t272-93，或廠家的說明。
例13-1，試說明下列軸承代號的含義，見p502
三、滾動軸承型別的選擇
應根據軸承的工作載荷（大小、方向和性質）、轉速高低、支承剛性、安裝精度、結合各類軸承的特性和應用經驗進行綜合分析，確定合適的軸承。
幾條基本原則：
1） n高，載荷小，要求旋轉精度高→採用球軸承
n低，載荷大，或有衝擊載荷時→採用滾子軸承——但滾子軸承對軸線偏斜較敏感。2） 主要受徑向載荷fr時→用向心軸承
主要受軸向載荷fa，n不高時用推力軸承
同時受fr和fa均較大時——可採用角接觸球軸承7類（n較高時）或圓錐滾子軸承3類（n較低時）
fr較大，fa較小時——深溝球~
fa較大，fr較小時——深溝球~+推力球軸承組合，或推力角接觸軸承。
3）要求n6、7、n——極限轉速較高
推力軸承——極限轉速較低，∴只受fa而n較高時——不用推力軸承而寧可用6\7兩類，球軸承極限轉速高於滾子軸承，輕系列極限轉速高於中或重系列軸承。
4）當軸的剛性較差或軸承孔不同心時宜用調心軸承，如圖13-6
5）為便於裝拆和間隙調整，可選用內、外圈不分離的軸承。
6）6、7兩點軸承一般應成對使用，對稱安裝。
7）施轉精度較高時，應選用較高的公差等級和較小的遊隙
轉速較高時，應選用較高的公差等級和較大的遊隙
公差等級越高，軸承**越貴
滾子軸承**高於球軸承，深溝球軸承**最低
8）優先考慮用普通公差等級的深溝球軸承。
§13—3 滾動軸承的受力分析、失效形式及計算準則
一、滾動軸承的載荷分布
1、滾動軸承受軸向載荷fa（a）
中心軸向力fa作用下——fa由各滾動體平均分擔
2、向心軸承受徑向載荷r
如圖13-7所示，上半圈滾動體不受力，下半圈滾動體受力，且根據變形協調條件，在r作用線下方滾動體變形和受力最小，滾動體所受的最大接觸載荷為
（深溝球軸承）
z——滾動體數13-1）
（圓柱滾子軸承）
由於遊隙的存在，受載滾動體小於半圈，而作用一定的軸向載荷，則可使承載區擴大。
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