轴承Bearing.docx
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轴承Bearing
第一节滚动轴承的基本结构
以滑动轴承为基础发展起来的滚动轴承，其工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦，一般由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成的通用性很强、标准化、系列化程度很高的机械基础件。
由于各种机械有着不同的工作条件，对滚动轴承在负荷能力、结构和使用性能等方面都提出了各种不同要求。
为此，滚动轴承需有各式各样的结构。
但是，最基本的结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架所组成。
各种零件在轴承中的作用分别是：
对于向心轴承，内圈通常与轴紧配合，并与轴一起运转，外圈通常与轴承座或机械壳体孔成过渡配合，起支承作用。
但是，在某些场合下，也有外圈运转，内圈固定起支承作用或者内圈、外圈都同时运转的。
对于推力轴承，与轴紧配合并一起运动的称轴圈，与轴承座或机械壳体孔成过渡配合并起支承作用的称座圈。
滚动体（钢球、滚子或滚针）在轴承内通常借助保持架均匀地排列在两个套圈之间作滚动运动，它的形状、大小和数量直接影响轴承的负荷能力和使用性能。
保持架除能将滚动体均匀地分隔开以外，还能起引导滚动体旋转及改善轴承内部润滑性能等作用。
第二节滚动轴承的分类
1．按滚动轴承结构类型分类
（1）轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，分为：
1）向心轴承----主要用于承受径向载荷的滚动轴承，其公称接触角从0到45。
按公称接触角不同，又分为：
径向接触轴承----公称接触角为0的向心轴承：
向心角接触轴承----公称接触角大于0到45的向心轴承。
2）推力轴承----主要用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角大于45到90。
按公称接触角不同又分为：
轴向接触轴承----公称接触角为90的推力轴承：
推力角接触轴承----公称接触角大于45但小于90的推力轴承。
（2）轴承按其滚动体的种类，分为：
1）球轴承----滚动体为球：
2）滚子轴承----滚动体为滚子。
滚子轴承按滚子种类，又分为：
圆柱滚子轴承----滚动体是圆柱滚子的轴承，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3；滚针轴承----滚动体是滚针的轴承，滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm;圆锥滚子轴承----滚动体是圆锥滚子的轴承;调心滚子轴承一一滚动体是球面滚子的轴承。
（3）轴承按其工作时能否调心,分为:
1）调心轴承----滚道是球面形的,能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动的轴承;
2）非调心轴承（刚性轴承）----能阻抗滚道间轴心线角偏移的轴承。
（4）轴承按滚动体的列数,分为:
1）单列轴承----具有一列滚动体的轴承;
2）双列轴承----具有两列滚动体的轴承;
3）多列轴承----具有多于两列滚动体的轴承,如三列、四列轴承。
（5）轴承按其部件能否分离,分为：
1）可分离轴承----具有可分离部件的轴承；
2）不可分离轴承----轴承在最终配套后,套圈均不能任意自由分离的轴承。
（6）轴承按其结构形状（如有无装填槽,有无内、外圈以及套圈的形状,挡边的结构,甚至有无保持架等）还可以分为多种结构类型。
2.按滚动轴承尺寸大小分类轴承按其外径尺寸大小，分为:
（1）微型轴承----公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承;
（2）小型轴承----公称外径尺寸范围为28-55mm的轴承;
（3）中小型轴承----公称外径尺寸范围为60-115mm的轴承;
（4）中大型轴承----公称外径尺寸范围为120-190mm的轴承
（5）大型轴承----公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承;
（6）特大型轴承----公称外径尺寸范围为440mm以上的轴承。
第三节滚动轴承的基本生产过程
由于滚动轴承的类型、结构型式、公差等级、技术要求、材料及批量等的不同,其基本生产过程也不完全相同。
一、各种轴承主要零件的加工过程:
1．套圈的加工过程:
轴承内圈和外圈的加工依原材料或毛坯形式的不同而有所不同,其中车加工前的工序可分为下述三种,整个加工过程为：
棒料或管料（有的棒 料需经锻造和退火、正火）----车加工----热处理----磨加工----精研或抛光----零件终检----防锈----入库----（待合套装配〉
2．钢球的加工过程,钢球的加工同样依原材料的状态不同而有所不同,其中挫削或光球前的工序,可分为下述三种,热处理前的工序,又可分为下述二种，整个加工 过程为：
棒料或线材冷冲（有的棒料冷冲后还需冲环带和退火）----挫削、粗磨、软磨或光球----热处理----硬磨----精磨----精研或研磨----终检分组----防锈、包装----入库〈待合套装配〉。
3．滚子的加工过程滚子的加工依原材料的不同而有所不同,其中热处理前的工序可分为下述两种,整个加工过程为:
棒料车加工或线材冷镦后串环带及软磨----热处理----串软点----粗磨外径----粗磨端面----终磨端面----细磨外径----终磨外径----终检分组----防锈、包装----入库（待合套装配〉。
4．保持架的加工过程保持架的加工过程依设计结构及原材料的不同,可分为下述两类：
（1）板料→剪切→冲裁→冲压成形→整形及精加工→酸洗或喷丸或串光→终检→防锈、包装→入库（待合套装配）
（2）实体保持架的加工过程:
实体保持架的加工,依原材料或毛坏的不同而有所不同,其中车加工前可分为下述四种毛坯型式,整个加工过程为:
棒料、管料、锻件、铸件----车内径、外径、端面、倒角----钻孔（或拉孔、镗孔）----酸洗----终检----防锈、包装----入库〈待合套装配〉。
二、滚动轴承的装配过程:
滚动轴承零件如内圈、外圈、滚动体和保持架等,经检验合格后,进入装配车间进行装配,其过程如下:
零件退磁、清洗→内、外滚〈沟〉道尺寸分组选别→合套→检查游隙→铆合保持架→终检→退磁、清洗→防锈、包装→入成品库（装箱、发运〉。
第四节滚动轴承的特点
滚动轴承与滑动轴承相比,具有下列优点:
1．滚动轴承的摩擦系数比滑动轴承小,传动效率高。
一般滑动轴承的摩擦系数为0.08-0.12,而滚动轴承的摩擦系数仅为0.001-0.005;
2．滚动轴承已实现标准化、系列化、通用化,适于大批量生产和供应，使用和维修十分方便；
3．滚动轴承用轴承钢制造,并经过热处理,因此,滚动轴承不仅具有较高的机械性能和较长的使用寿命,而且可以节省制造滑动轴承所用的价格较为昂贵的有色金属;
4．滚动轴承内部间隙很小,各零件的加工精度较高,因此,运转精度较高。
同时,可以通过预加负荷的方法使轴承的刚性增加。
这对于精密机械是非常重要的;
5．某些滚动轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷,因此,可以简化轴承支座的结构;
6．由于滚动轴承传动效率高,发热量少,因此,可以减少润滑油的消耗,润滑维护较为省事;
7．滚动轴承可以方便地应用于空间任何方位的铀上。
但是,一切事物都是一分为二的,滚动轴承也有一定的缺点,主要是：
1．滚动轴承承受负荷的能力比同样体积的滑动轴承小得多,因此,滚动轴承的径向尺寸大。
所以,在承受大负荷的场合和要求径向尺寸小、结构要求紧凑的场合〈如内燃机曲轴轴承）,多采用滑动轴承；
2．滚动轴承振动和噪声较大,特别是在使用后期尤为显着,因此,对精密度要求很高、又不许有振动的场合,滚动轴承难于胜任,一般选用滑动轴承的效果更佳。
3．滚动轴承对金属屑等异物特别敏感,轴承内一旦进入异物,就会产生断续地较大振动和噪声,亦会引起早期损坏。
此外,滚动轴承因金属夹杂质等也易发生早期损坏的可能性。
即使不发生早期损坏,滚动轴承的寿命也有一定的限度。
总之,滚动轴承的寿命较滑动轴承短些。
可是,滚动轴承与滑动轴承相比较,各有优缺点,各占有一定的适用场合,因此,两者不能完全互相取代,并且各自向一定的方向发展,扩大自己的领域。
但是,由于滚动轴承的突出优点,颇有后来者居上的趋势。
目前,滚动轴承已发展成为机械的主要支承型式,应用愈来愈广泛。
预紧方法分为径向预紧法和轴向预紧法两大类，简单介绍如下：
1.径向预紧法
径向顶紧法多使用在承受径向负荷的圆锥孔轴承中，典型的例子是双列精密短圆柱滚子轴承，利用螺母调整这种轴承相对于锥形轴颈的轴向位置，使内圈有合适的膨胀量而得到径向负游隙，这种方法多用于机床主轴和喷气式发动机中。
2.轴向预紧法
轴向预紧法大体上可分为定位预紧和定压预紧两种。
在定位预紧中，可通过调整衬套或垫片的尺寸，获得合适预紧量；也可通过测量或控制起动摩擦力矩来调得合适的预紧;还可直接使用预先调好预紧量的成对双联轴承来实现预紧的目的，此时一般不需用户再行调整，总之，凡是经过轴向预紧的轴承，使用时其相对位置肯定不会发生变化。
定压预紧是用螺旋弹簧、碟形弹簧等使轴承得到合适预紧的方法。
预紧弹簧的刚性—般要比轴承的刚性小得多，所以定压预紧的轴承相对位置在使用中会有变化，但预紧量却大致不变。
定位预紧与定压预紧的比较如下:
（1）在预紧量相等时，定位预紧对轴承刚性增加的效果较大，而且定位预紧时刚性变化对轴承负荷的影响也小得多。
（2）定位预紧在使用中，由于轴和轴承座的温度差引起的轴向长度差，内外圈的温度差引起的径向膨胀量以及由负荷引起的位移等的影响，会使预紧量发生变化；而定压预紧在使用中，预紧的变化可忽略不计。
滚动轴承用钢的基本要求：
一、接触疲劳强度
轴承在周期负荷的作用下，接触表面很容易发生疲劳破坏，即出现龟裂剥落，这是轴承的主要损坏形式。
因此，为了提高轴承的使用寿命，轴承钢必须具有很高的接触疲劳强度。
二、耐磨性能
轴承工作时，套圈、滚动体和保持架之间不仅发生滚动摩擦，而且也会发生滑动摩擦，从而使轴承零件不断地磨损。
为了减少轴承零件的磨损，保持轴承精度稳定性，延长使用寿命，轴承钢应有很好的耐磨性能。
三、硬度
硬度是轴承质量的重要质量之一，对接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限都有直接的影响。
轴承钢在使用状态下的硬度一般要达到HRC61~65，才能使轴承获得较高的接触疲劳强度和耐磨性能。
四、防锈性能
为了防止轴承零件和成品在加工、存放和使用过程中被腐蚀生锈，要求轴承钢应具有良好的防锈性能。
五、加工性能
轴承零件在生产过程中，要经过许多道冷、热加工工序，为了满足大批量、高效率、高质量的要求，轴承钢应具备良好的加工性能。
例如，冷、热成型性能，切削加工性能，淬透性等。
轴承钢除了上述基本要求外，还应该达到化学成分适当、内部组织均匀、非金属夹杂物少、内部表面缺陷符合标准以及表面脱碳层不超过规定浓度等要求，这些项目在原材料标准中都有明确的规定。
轴承零件常用材料主要有：
高碳铬轴承钢、渗碳钢（如20Cr2Ni4A、15Mn、20Cr2MnMoA）、高温轴承钢（如Cr4Mo4V、Cr14Mo4、Cr15Mo4V、W18Cr4V）、不锈轴承钢（9Cr18、9Cr18Mo、1Cr18Ni9Ti）、真空脱气钢、防磁轴承钢等，其中最常用的是高碳铬轴承钢。
高碳铬轴承钢的基本钢号有GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn，它是我国轴承制造工业中用途最广、用量最大的钢种，具备良好的耐磨性能和接触疲劳性能，有较理想的加工性能，具备一定的弹性和韧性。
国外轴承热处理技术
热处理质量好坏直接关系着后续的加工质量以致最终影响零件的使用性能及寿命，同时热处理又是机械行业的能源消耗大户和污染大户。
近年来，随着科学技术的进步及其在热处理方面的应用，热处理技术的发展主要体现在以下几个方面：
（1）清洁热处理热处理生产形成的废水、废气、废盐、粉尘、噪声及电磁辐射等均会对环境造成污染。
解决热处理的环境污染问题，实行清洁热处理（或称绿色环保热处理）是发达国家热处理技术发展的方向之一。
为减少SO2、CO、CO2、粉尘及煤渣的排放，已基本杜绝使用煤作燃料，重油的使用量也越来越少，改用轻油的居多，天然气仍然是最理想的燃料。
燃烧炉的废热利用已达到很高的程度，燃烧器结构的优化和空-燃比的严格控制保证了合理燃烧的前提下，使NOX和CO降低到最低限度；使用气体渗碳、碳氮共渗及真空热处理技术替代盐浴处理以减少废盐及含CN-有毒物对水源的污染；采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油，采用生物可降解植物油代替部分矿物油以减少油污染。
（2）精密热处理精密热处理有两方面的含义：
一方面是根据零件的使用要求、材料、结构尺寸，利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检测技术，优化工艺参数，达到所需的性能或最大限度地发挥材料的潜力；另一方面是充分保证优化工艺的稳定性，实现产品质量分散度很小（或为零）及热处理畸变为零。
（3）节能热处理科学的生产和能源管理是能源有效利用的最有潜力的因素，建立专业热处理厂以保证满负荷生产、充分发挥设备能力是科学管理的选择。
在热处理能源结构方面，优先选择一次能源；充分利用废热、余热；采用耗能低、周期短的工艺代替周期长、耗能大的工艺等。
（4）少无氧化热处理由采用保护气氛加热替代氧化气氛加热到精确控制碳势、氮势的可控气氛加热，热处理后零件的性能得到提高，热处理缺陷如脱碳、裂纹等大大减少，热处理后的精加工留量减少，提高了材料的利用率和机加工效率。
真空加热气淬、真空或低压渗碳、渗氮、氮碳共渗及渗硼等可明显改善质量、减少畸变、提高寿命。
轴承零件的热处理质量控制在整个机械行业是最为严格的。
轴承热处理在过去的20来年里取得了很大的进步，主要表现在以下几个方面：
热处理基础理论的研究；热处理工艺及应用技术的研究；新型热处理装备及相关技术的开发
滚动轴承装配过程的概念与术语
1.接触角垂直于轴承轴心线的平面（径向平面）与经过轴承套圈或垫圈传动给滚动体的合力作用线（公称作用线）之间的夹角。
2.球组内（外径）轴承内一列球的内（外）接圆柱体的直径。
3.滚子组内（外）径径向接触滚子轴承内一列滚子的内（外）接圆柱体的直径。
4.轴承公称宽度套圈两理论端面（垫圈背面）间的距离。
用以限定向心轴承宽度（推力轴承高度）。
5.轴承实际宽度向心轴承的轴心线与限定轴承宽度的套圈实际端面的两个切平面交点间的距离。
用内圈端面及外圈端面限定轴承宽度。
6.轴承实际宽度偏差轴承实际宽度与公称宽度之差。
7.成套轴承内圈的径向跳动Kia内圈在不同的角位置时，内孔表面与相对外圈一固定点间的最大与最小径向距离之差。
在上述点的角位置或在其附近两边处的滚动体应与内、外圈滚道或内圈背面挡边（圆锥滚子轴承）内面相接触即轴承零件处于正常的相对位置。
8.成套轴承外圈的径向跳动Kea外圈在不同的角位置时，外径表面与相对内圈一固定间的最大与最小径向距离之差。
在上述点的角位置或在其附近两边处的滚动体均应于内、外圈滚道或内圈背面挡边（圆锥滚子轴承）内面相接触即轴承零件处于正常的相对位置。
9.成套轴承内圈端面对滚道的跳动Sia内圈在不同的角位置时，在距内圈轴心线径向距离等于内圈滚道接触直径之半处，内圈基准端面与相对于外圈一固定点之间最大与最小轴向距离之差。
内、外滚道均应与所有滚动体相接触。
10.成套轴承外圈端面对滚道的跳动Sea外圈在不同的角位置时，在距外圈轴心线径向距离等于外圈滚道接触直径之半处，外圈基准端面与相对于内圈一固定点之间最大与最小轴向距离之差。
内、外滚道均应与所有滚动体相接触。
11.端面对内孔的跳动Sd在距内圈轴心线的径向距离等于其滚道接触直径之半处，垂直于套圈轴心线的平面与套圈基准端面间的最大与最小轴向距离之差。
圆柱孔向心轴承
1.安装
通常内、外圈不可分的向心轴承，内圈与轴常采用较紧配合；外圈与座孔则采用较松配合。
此时可用压力将轴承先压装在轴上，然后轴承连同轴一起装入轴承座孔内。
压装时采用的装配套筒用软金属制成，如铜或软钢均可。
套筒内径略大于轴径，外径略小于轴承内圈挡边。
轴承须同时装入轴上和座孔内时，在套筒和轴承端面之间加一压板。
其孔径略大于轴径，外径略小于轴承外径。
其作用是防止轴承外圈在座孔内挠曲或卡住。
套筒上所施加的压力可以是机械的，也可是液压的。
但绝对不可直接锤击套圈端面。
因为套圈属淬硬薄壁零件，锤击易产生表面裂纹。
2.加热安装
安装过盈套圈所需加的力与轴承尺寸和配合过盈量的大小有关。
对于过盈量较大的中、大型轴承，常采用加热安装的方法。
热装前将轴承放入油箱均匀加热至80℃～100℃，然后从油中取出装在轴上。
加热时轴承不应放在箱底，以防沉淀杂质进入轴承中。
并应严格控制油温不得超过100℃。
根据轴承批量大小还可采用其他电加热方法，如感应加热器、电热板和电炉等。
3.拆卸
拆卸其内圈与轴较紧配合、外圈与座孔较松配合的不可分轴承时，先将轴连同轴承从轴承座孔中取出，然后再将轴承从轴上拆下。
拆卸内外圈可分轴承时，先将轴连同内圈拆下，然后再将内圈从轴上拆下；外圈从轴承座孔内拆出。
轴承从轴上拆下或轴承内圈由轴上拆下可用压力机。
也可用螺杆机构。
当外圈在座孔中配合较紧时，可用压力机构将外圈压出。
冲压外圈滚针轴承的外圈是用薄钢板精密冲压成形,结构空间小,是具有较大负荷容量。
适用于安装空间受到限制和壳体孔不宜作为滚道的场合。
且压入座孔后不必进一步轴向定位。
该类滚针轴承一般不用内圈,如果需要使用内圈,可从样本中选取。
同穿孔型冲压外圈滚针轴承相比,封口型冲压外圈滚针轴承对轴端轴承部位的密封极为有效。
脂润滑滚针轴承长期使用温度为-20°C-120°C。
1、主要结构形式
公制系列:
HK、BK、F、FH、FY、MF、MFH、MFY；TA..Z、TLA..Z、TAM、TLAM、YT、YTL。
英制系列:
SCE、BCE、SCH、BCH、SN、B、BH、M、MH、；BA...Z、BHA...Z、BAM、BHAM、YB、YBH。
例:
HK XX YY
型号 内切圆直径XX 高度YY
RS------为一个密封圈,配公制系统
2RS-----为二个密封圈,配公制系统
P-------为一个密封圈,配英制系统
PP------为二个密封圈,配英制系统
ASI/OH---为油孔
HK、BA、TA..Z--穿孔型冲压外圈滚针轴承
BK、TAM、TLAM--封口型冲压外圈滚针轴承
F--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承
FY、YT--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承（油脂限位）
FH、YTL--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承（重系列）
MF--封口型冲压外圈满装滚针轴承
MFH--封口型冲压外圈满装滚针轴承
SCE--穿孔型冲压外圈滚针轴承
BCE--封口型冲压外圈滚针轴承
SCH--穿孔型冲压外圈滚针轴承
BCH--封口型冲压外圈滚针轴承
SN--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承
B--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承
BH--穿孔型冲压外圈满装滚针轴承（重系列）
M--封口型冲压外圈满装滚针轴承
MH--封口型冲压外圈满装滚针轴承（重系列）
2.尺寸检查
由于薄壁外圈在加工过程中可能不圆,所以冲压滚针轴承尺寸精度在安装前无法检验。
只有当压入到具有推荐公差极限的轴承座孔中时,轴承才可达到所必需的几何精度。
（见表4）
冲压外圈滚针轴承的内切圆直径偏差的检查方法如下:
（1）把轴承压入环规中（壁厚≥20mm）,环规的尺寸按表2的规定。
（2）用圆柱形通规和止规检查轴承的内切圆直径。
轴径
Shaft
Diameter
轴承型号与近似重量
BearingDesignationandmassapprox
外形尺寸
BoundaryDimensions
基本额定负荷
BasicLoadRating
极限转速
LimitingSpeed
穿孔型
Openend
重量
Mass
封口型
Closedend
重量
Mass
Fw
D
C
动Cr
Dynamic
静Cor
Static
油润滑
Oil
mm
现行的
Current
老型号
OriginalCode
g
现行的Current
老型号
OriginalCode
g
mm
N
rpm
3
HK0306TN
--
1
BK0306TN
--
1
3
6.5
6
1230
840
48000
4
HK0408TN
37941/4
1.6
BK0408TN
35941/4
1.8
4
8
8
1540
1070
43000
5
HK0509
47941/5
2
BK0509
45941/5
2.1
5
9
9
2200
1790
39000
6
HK0607
27941/6
1.8
--
--
--
6
10
7
1600
1400
30000
HK0608
37941/6
2.1
BK0608
35941/6
2.2
6
10
8
1830
1550
32000
HK0609
47941/6
2.2
BK0609
45941/6
2.6
6
10
9
2650
2400
30000
HK0611
--
2.3
--
--
--
6
10
11
1700
1500
29000
HK06×12×08
7941/6
2.5
--
--
--
6
12
8
2230
2010
33000
7
HK0709
47941/7
2.3
BK0709
45941/7
2.9
7
11
9
2800
2150
27000
HK07×12×08
--
2.2
--
--
--
7
12
8
3300
3220
37000
HK07×12×09
--
2.4
--
--
--
7
12
9
3400
3150
37000
8
HK0808
37941/8
2.7
BK0808
35941/8
3
8
12
8
2550
2400
21000
HK0810
57941/8
3
BK0810
55941/8
3.4
8
12
10
3700
3450
21000
HK08×14×10
27942/8
5.35
BK08×14×10
25942/8
5.8
8
14
10
3800
3950
25000
HK08×14×12
37942/8
6.5
--
--
--
8
14
12
4100
4320
25000
9
HK0908
37941/9
3
BK0908
35941/9
3.4
9
13
8
36
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