轴承配置及轴承选用.docx
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轴承配置及轴承选用
黑龙江科技大学王龙
轴承配置不仅包括滚动轴承，而且包括同轴承有关的部件，如轴和轴承座。
润滑剂也是轴承配置的一个非常重要的组成部分，因为润滑剂要防磨损防腐蚀，这样轴承才能充分发挥作用。
此外，密封件也是一个非常重要的部件，密封件的性能对润滑剂的清洁至关重要。
保持清洁对轴承的使用寿命有深远影响，这就是为什么润滑剂和密封件已成为SKF业务一部分的原因所在。
为了设计滚动轴承配置，需要
–选择合适的轴承种类并
–决定适当的轴承尺寸，
但这还不够。
还要考虑其它几个方面：
–例如轴承配置中其它部件的适当形式和设计、
–正确的配合和轴承的内部游隙或预载荷、
–固定装置、
–适当的密封件、
–润滑剂的种类和剂量，以及
–安装和拆除方法等。
每个单独的决定都会影响到轴承配置的性能、可靠性和经济性。
所需工作量取决于是否具备类似的轴承选配经验。
遇上缺乏经验、有特殊要求、或需要对轴承配置的成本及任何其它随后的外形给予特殊考虑时，就需要做更多工作，例如更精确的计算和/或测试。
在综合技术介绍之后的章节，轴承配置的设计人员会看到按照一般要求的顺序而提供的必要基本信息。
显而易见，不可能将每一种可以想到的轴承应用所需要的所有信息都包括在内。
基于这个理由，我们会在多处提到全面的SKF应用工程服务，该服务包括正确选择轴承以及如何进行完整的轴承配置计算等技术支持。
对于轴承配置的技术要求越高、在特定应用中使用轴承的经验越有限，就越应该利用这一服务。
在综合技术章节中所包括的信息通常适用于普通滚动轴承，或至少适用于一组轴承。
如果只需要某种特定轴承的确切信息，可在相应的分类表格章节之前的有关文字中找到。
应注意，在产品表中出现的载荷和速度数值以及疲劳载荷极限值都是四舍五入后的近似值。
轴承材料
轴承内外圈由车加工厂车削成,配件进料严格把关,确保轴承在第一道生产工序就有稳定的质量。
轴承的套圈和钢球均采用精炼轴承钢制造;保持架采用优质冷轧钢板冲压或增强工程塑料制造;防尘盖采用SPCC专,密封圈采用丁晴耐油橡胶热压制成.其中,国标轴承钢材型号与ISO等标准对照如下:
∙ 标准 钢材型号表示
∙ GB/T307-94 GCr15
∙ ISO 683XVII1
∙ AISI 52100
∙ DIN 100Cr6
∙ JIS SUJ2
轴承精度
轴承精度按GB/T307-94的国家标准可以分为2、4、5、6、和0级.
标准
精度
GB/T307-94
2
4
5
6
0
ISO
CLASS2
CALSS4
CLASS5
CLASS6
NORMALCLASS
DIN
P2
P4
P5
P6
P0
ANSI
ABEC9
ABEC7
ABEC5
ABEC3
ABEC1
JIS
JIS2
JIS4
JIS5
JIS6
JIS0
轴承游隙
径向游隙按国标GB/T4604-93分为五组:
C2、C0、C3、C4及C5.
内孔（mm）
C2
C0
C3
C4
C5
超过
到
最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
最大
2.5
10
0
7
2
13
8
23
14
29
20
37
10
18
0
9
3
18
11
25
18
33
25
45
18
24
0
10
5
20
13
28
20
36
28
48
轴承润滑
轴承分为开式,单面或双面防尘盖,单面或双面密封圈,出厂时已填充适量的润滑油脂,可直接使用.
油脂牌号
润滑油脂的基本类型
工作温度
运用范围
雪弗龙ChevronSRI-2
矿物脂
-30~180
耐高温,抗水
壳牌ShellAlvania2
矿物脂
-35~120
长寿命,广用途
壳牌ShellDoliunR
石油脂
-40~150
耐腐蚀,抗水
协同KyodoYoshiSRL
合成脂
-40~150
低噪声,低扭矩
美孚MobilHP
锂络合成脂
-30~110
耐振动,耐腐蚀
杜邦DupontKrytox240AC
氟化脂
-35~290
耐高温,特性好
埃索ExxonBeacon325
合成脂
-55~120
通用润滑脂
轴承振动和噪音
按JB/T7047-93标准将单个轴承振动加速度级别分为Z1、Z2、Z3组；按JB/T50009-94标准将单个轴承振动允许极限值分为V1、V2、V3组。
轴承公称内径（mm）
单个轴承振动加速度级（dB）不超过
直径系列
（1）
直径系列
（2）
直径系列（3）
Z1
Z2
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3
5
36
34
37
34
32
37
35
33
6
36
34
37
34
32
37
35
33
7
38
35
38
36
34
--
--
--
8
38
35
38
36
34
--
--
--
9
40
36
40
37
35
--
--
--
10
42
38
42
39
35
44
40
37
12
43
39
43
39
35
45
40
37
15
44
40
44
41
36
46
42
38
17
44
40
45
41
36
47
42
38
20
45
41
46
42
38
48
43
39
25
46
42
47
43
40
49
44
41
30
47
43
48
44
41
50
45
42
轴承公称内径（mm）
V1
V2
V3
底频带
中频带
高频带
底频带
中频带
高频带
底频带
中频带
高频带
5
90
60
50
58
36
30
35
21
18
6
90
60
50
58
36
30
35
21
18
7
110
80
65
72
48
40
44
28
24
8
110
80
65
72
48
40
44
28
24
9
110
80
65
72
48
40
44
28
24
10
140
100
85
90
60
50
55
35
30
12
140
100
85
90
60
50
55
35
30
15
180
130
100
110
78
60
65
46
35
17
180
130
100
110
78
60
65
46
35
20
220
160
125
130
100
75
80
60
45
22
220
160
125
130
100
75
80
60
45
25
220
160
125
130
100
75
80
60
45
28
220
160
125
130
100
75
80
60
45
30
250
200
160
150
120
100
90
75
60
轴承生产工序和质量控制
进料检验:
全检
内外圈车加工：
全检
热处理:
抽检
端面研磨:
全检
无心磨:
全检
内径：
全检
内外圈沟道磨削:
抽检
内外圈沟道超精:
全检
装配:
全检
注脂:
全检
测噪音,打振动:
全检
包装,入库:
在发货前最后全检
轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的温升的限制，当转速超过某一界限后，轴承会因烧伤等而不能继续旋转。
轴承的极限转速是指不产生导致烧伤的摩擦发热并可连续旋转的界限值。
因此，轴承的极限转速取决于轴承的类型、尺寸和精度以及润滑方式、润滑剂的质和量、保持架的材料和型式、负荷条件等各种因素。
各类轴承采用脂润滑及油润滑（油浴润滑）时的极限转速分别载于各轴承尺寸表，其数值表示标准设计的轴承在一般负荷条件（C/P>=13,Fa/Fr<=0.25左右）下旋转时转速的界限值。
另外，润滑剂根据其种类和牌号的不同，也可能虽优于其他性能但不适用于高速旋转。
极限转速的修正 负荷条件C/P<13（即当量动负荷P超过基本额定动负荷C的8%左右），或承受的合成负荷中的轴向负荷超过径向负荷的25%时，要用下式对极限转速进行修正。
na=f1*f2*n
这里，
na：
修正后的极限转速，rpm
f1：
与负荷条件有关的修正系数（图8.1）
f2：
与合成负荷有关的修正系数（图8.2）
n：
一般负荷条件下的极限转速，rpm（参照轴承尺寸表）
C：
基本额定动负荷，N{kgf}
P：
当量动负荷，N{kgf}
Fr：
径向负荷，N{kgf}
Fa：
轴向负荷，N{kgf}图8.1与负荷条件有关的修正系数f1
图8.2与合成负荷条件有关的修正系数f2
C/P
Fa/Fr
带密封圈球轴承的极限转速 带接触式密封圈（ＲＳ型）球轴承的极限转速受到密封圈接触面线速度的限制，允许线速度取决于密封圈的橡胶材质
高速旋转注意事项 轴承在高速旋转、尤其是转速接近或超过尺寸表记载的极限转速时，主要应该注意如下事项：
（１）使用精密轴承
（２）分析轴承内部游隙（考虑温升产生的轴承内部游隙减少量）
（３）分析保持架的材料的型式（对于高速旋转，适合采用铜合金或酚醛树脂切制保持架。
另外也有适用于高速旋转的合成树脂成型保持架）
（４）分析润滑方式（采用适用于高速旋转的循环润滑、喷射润滑、油雾润滑和油气润滑等润滑方式）
轴承的摩擦系数（参考） 为便于与滑动轴承比较，滚动轴承的摩擦力矩可按轴承内径由下式计算：
M=uPd/2
这里,
M：
摩擦力矩，mN.m{kgf.mm}
u：
摩擦系数，表1
P：
轴承负荷，N{kgf}
d：
轴承公称内径，mm
摩擦系数u受轴承型式、轴承负荷、转速、润滑方式等的影响较大，一般条件下稳定旋转时的摩擦系数参考值如表１所示。
对于滑动轴承，一般u=0.01-0.02，有时也达0.1-0.2。
表１ 各类轴承的摩擦系数u
轴 承 型 式
摩 擦 系 数 u
深沟球轴承
0.0010-0.0015
角接触球轴承
0.0012-0.0020
调心球轴承
圆柱滚子轴承
0.0008-0.0012
满装型滚针轴承
0.0025-0.0035
带保持架滚针轴承
0.0020-0.0030
圆锥滚子轴承
0.0017-0.0025
调心滚子轴承
0.0020-0.0025
推力球轴承
0.0010-0.0015
推力调心滚子轴承
0.0020-0.0025
轴承的精度与等级
滚动轴承的精度分（主要）尺寸精度与旋转精度。
精度等级已标准化，分为０级、６X级、６级、５级、４级、２级六个等级。
精度从０级起依次提高，对于一般用途0级已足够，但在用于表1所示条件或场合时，需要5级或更高的精度。
以上的精度等级虽然是以ISO标准为基准制定的，但其称呼在各国标准中有所不同。
表２列出了各种轴承型式所适用的精度等级以及各国标准之间的比较。
尺寸精度（与轴及外壳安装有关的项目）
１、内径、外径、宽度及装配宽度的允许偏差
２、滚子组内复圆直径及外复圆直径的允许偏差
３、倒角尺寸的允许界限值
４、宽度的允许变动量
旋转精度（与旋转体跳动有关的项目）
１、内圈及外圈的允许径向跳动和轴向跳动
２、内圈的允许横向跳动
３、外径面倾斜度的允许变动量
４、推力轴承滚道厚度的允许变动量
５、圆锥孔的允许偏差和允许变动量
各类轴承的尺寸精度与旋转精度如表３－表６所示。
倒角尺寸界限值如表７所示。
表1精密轴承用例
性能要求
用 例
适用精度等级
要求放置体具有高跳动精度
音响、影像机器主轴（录像机、录音机）
雷达、抛物面天线转轴
机床主轴
电子计算机、磁盘主轴
铝箔辊颈
多级轧钢机支承轴承
P4
P5、P4、P2、ABEC9
P5、P4、P2、ABEC9
P5
P4
高速旋转
增压器
喷气式发动机主轴、辅机
离心分离机
液化天然气泵
涡轮分子泵主轴、保护轴承
机床主轴
张紧轮
P5、P4
P5、P4
P5、P4
P5
P5、P4
P5、P4、P2、ABEC9
P5、P4
要求摩擦及摩擦变化小
控制机器（同步马达、伺服马达、陀螺万向架）
计量仪表
机床主轴
P4、ABMA7P
P5
P5、P4、P2、ABEC9
表２ 轴承类型与适用精度等级
轴承形式
适用标准
适用精度等级
参照表
深沟球轴承
GB307
0级
-
6级
5级
4级
2级
角接触球轴承
0级
-
6级
5级
4级
2级
调心球轴承
0级
-
-
-
-
-
表3
圆柱滚子轴承
0级
-
6级
5级
4级
2级
圆锥滚子轴承
公制系列（单列）
GB307
SB/T53419-94
SB/CO/T10-89
0级
6X级
6级
5级
4级
-
表4
公制系列（双列、四列）
0级
-
-
-
-
-
英制系列
Class4
-
Class2
Class3
Class0
Class00
调心滚子轴承
GB307
0级
-
-
-
-
-
表3
推力球轴承
0级
-
6级
5级
4级
-
表5
推力调心滚子轴承
0级
-
-
-
-
-
表6
配合的目的 配合的目的在于使轴承内圈或外圈牢固地与轴或外壳固定，以免在相互配面上出现不利的轴向滑动。
这种不利的轴向滑动（称做蠕变）会引起异常发热、配合面磨损（进而使磨损铁粉侵入轴承内部）以及振动等问题，使轴承不能充分发挥作用。
因此对于轴承来说，由于承受负荷旋转，一般必须让套圈带上过盈使之牢固地与轴或外壳固定。
轴及外壳的尺寸公差 公制系列的轴及外壳孔的尺寸公差已由GB/T275-93《滚动轴承与轴和外壳的配合》标准化，从中选定尺寸公差即可确定轴承与轴或外壳的配合。
配合的选择 配合的选择一般按下述原则进行。
根据作用于轴承的负荷方向、性质及内外圈的哪一方旋转，则各套圈所承受的负荷可分为旋转负荷、静止负荷或不定向负荷。
承受旋转负荷及不定向负荷的套圈应取静配合（过盈配合），承受静止负荷的套圈，可取过渡配合或动配合（游隙配合）。
轴承负荷大或承受振动、冲击负荷时，其过盈须增大。
采用空心轴、薄壁轴承箱或轻合金、塑料制轴承箱时，也须增大过盈量。
要求保持高旋转时，须采用高精度轴承，并提高轴及轴承箱的尺寸精度，避免过盈过大。
如果过盈太大，可能使轴或轴承箱的几何形状精度影响轴承套圈的几何形状，从而损害轴承的旋转精度。
非分离型轴承（例如深沟球轴承）内外圈都采用静配合，则轴承安装、拆卸极为不便，最好将内外圈的某一方采用动配合。
１）负荷性质的影响
轴承负荷根据其性质可分为内圈旋转负荷、外圈旋转负荷及不定向负荷，其与配合的关系如表１所示：
轴承旋转条件
图 例
负荷性质
配合方式
内圈：
旋转
负圈：
静止
负荷方向：
固定
内圈旋转负荷
外圈静止负荷
内圈：
采用静配合（过盈配合）
外圈：
可用动配合（游隙配合）
内圈：
静止
负圈：
旋转
负荷方向：
与外圈同时旋转
内圈：
旋转
负圈：
静止
负荷方向：
固定
内圈静止负荷
外圈旋转负荷
内圈：
可用动配合（游隙配合）
外圈：
采用静配合（过盈配合）
内圈：
静止
负圈：
旋转
负荷方向：
与内圈同时旋转
２）负荷大小的影响
内圈在径向负荷作用下，半径方向即被压缩又有年伸展，周长趋于微小增加因此初始过盈将减少。
过盈减少量可由下式计算：
这里：
⊿dF:
内圈的过盈减少量，mm
d:
轴承公称内径，mm
B:
内圈公称宽度，mm
Fr:
径向负荷，N{kgf}
Co:
基本额定静负荷，N{kgf} 因此，当径向负荷为重负荷（超过Co值的25%）时，配合必须比轻负荷时紧。
若是冲击负荷，配合必须更紧。
３）配合面粗糙度的影响
若考虑配合面的塑性变形，则配合后的有效过盈受配合面加工质量的影响，近似地可用下式表示：
［磨削轴］
⊿deff=（d/（d+2））*⊿d......（3）
［车削轴］
⊿deff=（d/（d+3））*⊿d......（4）
这里：
⊿deff：
有效过盈，mm
⊿d：
视在过盈，mm
d：
轴承公称内径，mm４）温度的影响
一般来说，动转时的轴承温度高于周边温度，而且轴承带负荷旋转时，内圈温度高于轴温，因此热膨胀将使有效过盈减少。
现设轴承内部与外壳周边的温差为⊿t则不妨可假定内圈与轴在配合面的温差近似地为（0.01-0.15）⊿t。
因此温差产生的过盈减少量⊿dt可由式５计算：
⊿dt=（0.10to0.15）⊿t*α*d
≒0.0015⊿t*d*0.01......（5）
这里：
⊿dt:
温差产生的过盈减少量，mm
⊿t:
轴承内部与外壳周边的温差，℃
α:
轴承钢的线膨胀系数,（12.5×10-6）1/℃
d:
轴承公称内径，mm 因此，当轴承温度高于轴温时，配合必须紧。
另外，在外圈与外壳之间，由于温差或线膨胀系数的不同，反过来有时过盈也会增加。
因此在考虑利用外圈与外壳配合面之间的滑动避让轴的热膨胀时，需要加以注意。
５）配合产生的轴承内部最大应力 轴承采用过盈配合安装时，套圈时会膨胀或收缩，从而产生应力。
应力过大时，有时套圈会破裂，需要加以注意。
配合产生的轴承内部最大应力可由表２的式子计算。
作为参考值，取最大过盈不超过轴径的1/1000，或由表２的计算式得到的最大应力σ不大于120Mpa{12kgf/mm2}为安全。
表２配合产生的轴承内部最大应力
轴与内圈
外壳孔与外圈
这里：
σ:
最大应力,MPa{kgf/mm2｝
d:
轴承公称内径（轴径），mm
Di:
内圈滚道直径，mm
球轴承……Di=0.2（D+4d）
滚子轴承……Di=0.25（D+3d）
⊿deff:
内圈的有效过盈，mm
do:
中空轴半径，mm
De:
外滚道直径，mm
球轴承……De=0.2（4D+d）
滚子轴承……De=0.25（3D+d）
D:
轴承公称外径（外壳孔径），mm
⊿deff:
外圈的有效过盈，mm
Dh:
外壳外径，mm
E:
弹性模量，2.08×105MPa{21200kgf/mm2}
６）其他
精确性要求特别高时，应提高轴与外壳的精度。
与轴相比，一般外壳难加工、精度低，因此放松外圈与外壳的配合为宜。
采用中空轴及薄壁外壳时，配合必须比通常紧。
采用双半型外壳时，应放松与外圈的配合。
对于铸铝或轻合金外壳，配合必须比通常紧一些。
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