滚动轴承基础知识
轴承的作用是支承轴。
轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。
一、轴承应满足如下基本要求：
1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。
2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。
3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。
二、轴承的分类
根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。
根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。
滚动轴承概述
滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。
滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等
(各类滚动体)
滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。
本章主要讲授：
滚动轴承的类型和代号（认识轴承）；
滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）。
滚动轴承的材料
滚动轴承的内圈、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的轴承钢(铬锰合金钢)制造，常用牌号有GCrl5、GCrl5SiMn等。
淬火后硬度达到60-65HRC，工作表面要求磨削抛光。
轴承元件都经过150℃的回火处理，通常轴承工作温度不高于120℃，所以轴承元件的硬度不会下降。
l轴承保持架的材料要求应具有良好的减摩性，多用低碳钢板冲压铆接或焊接而成，也有用铜合金、铝合金或用工程塑料切制而成的实体保持架。在机械设计中，设计者只需要根据工作条件正确选择轴承的类型和尺寸并进行滚动轴承的组合设计，包括固定、安装、润滑、密封等结构设计。
滚动轴承的主要类型和代号
一、滚动轴承的分类
按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承；
按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承
夹角α叫作轴承的接触角；夹角β叫作载荷角。
滚动轴承的主要类型和代号
按轴承的结构形式不同分类：
在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。
作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列６类：
滚动轴承的主要类型和代号
二、滚动轴承的代号方法
代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。
滚动轴承代号构成：
基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。
后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。
前置代号——表示轴承的分部件。
滚动轴承的主要类型和代号
内径代号：内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=5×08=40mm。
特殊情况：
尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。
外径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。
宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。
但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。
类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、 0级，共五个级别 。
以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)为代号，0级不标注 。
游隙代号：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六个组别。
以/C1、/C2、 /C3 、/C4 、/C5为代号，0组不标注。
滚动轴承主要类型代号表
代号示例
三、轴承代号示例
6308：6─深沟球轴承，3─中系列，08 ─内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组；
N105/P5：N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；
7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=15°；
30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；
6103：6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；
注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。
滚动轴承的类型选择
滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。
一、滚动轴承选择的一般过程如下：
二、滚动轴承类型选择应考虑的问题
1．承受载荷情况
方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。
大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。
2．尺寸的限制
当对轴承的径向尺寸有较的严格限制时，可选用滚针轴承。
3．转速的限制
球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。
4．调心性要求
调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。
滚动轴承的工作情况分析
滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。
滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜（如下图所示）。
工作时，轴承各个元件上载荷及产生的应力是时时变化的，而固定套圈受载最大处的工作状态最为恶劣。
向心推力轴承在纯径向力Fr的作用下会产生派生轴向力Fd。
当约有半圈滚动体受载时，Fd计算如下：
向心推力轴承实际承受的轴向力Fa取决于产生派生轴向力Fd和外加于轴承的轴向力Fae，其关系式为：Fa ＝max{Fd ， Fae}
滚动轴承尺寸的选择
滚动轴承尺寸的选择取决于轴承承受的载荷、对轴承寿命要求以及可靠性的要求等。
滚动轴承的载荷有动载荷与静载荷之分，不同的载荷对应着不同的失效形式。
载荷及失效形式的分析是本节的重要内容。
滚动轴承的寿命主要是指轴承的疲劳寿命，由于疲劳寿命与概率密切相关率，因此轴承的寿命必然与可靠性问题相关。
本节从以下方面讲述滚动轴承尺寸的选择：
滚动轴承的失效形式
滚动轴承的寿命计算
滚动轴承的当量动载荷
向心推力轴承的轴向力计算
滚动轴承的静承载能力
滚动轴承尺寸选择的过程
滚动轴承的可靠度
滚动轴承尺寸的选择
一、滚动轴承的失效形式
滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：
套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。
除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。
例如：
转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；
润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；
装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。
这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。
滚动轴承尺寸的可靠度
滚动轴承的可靠度
在一般的工程问题中，均以轴承的基本额定动载荷和基本额定寿命来衡量轴承的承载能力，这时对应的可靠度均为90%。
但是，对于航空航天产品、国防装备等，对于轴承的可靠度有更高的要求。
这时滚动轴承寿命的计算须引入可靠性系数a1，即修正寿命为：
可靠度不为90%时的额定寿命修正系数a1 (GB/T6391-1995)
a1也可按下式计算确定：
式中R为要求达到的可靠度。
滚动轴承的当量动载荷
在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。
各类轴承的当量动载荷可按下式计算：
P=XFr YFa
式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷
X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数
为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。
即：P=fp(XFr YFa)
角接触轴承的载荷计算
四、向心推力轴承的轴向力计算
向心推力轴承的轴向载荷Fa与轴承的派生轴向力Fd和轴上所受轴向载荷Fac有关。
取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，当达到轴向平衡时，应满足
Fac Fd2=Fd1
由于Fd1和Fd2是按公式计算的，不一定恰好满足上述关系式，因此有下列两种情况
当Fae＋Fd2＞Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fae＋Fd2 轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2
当Fae＋Fd2＜Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fd1 轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2－Fae
角接触轴承的内部轴向力
滚动轴承的派生轴向力Fd
对于向心推力轴承，由径向载荷Fr1和Fr2所派生的轴向力Fd1和Fd2的大小可按下表所列的公式计算。
该表是对于大约半圈受载时，滚动轴承的派生轴向力。
角接触轴承轴向力计算
向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为：
由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承；
确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力；
被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法也可以归纳为：
就一个支点的轴承而言，对比其本身派生轴向力与外加轴向力（另一支点的派生轴向力与外加轴向力之合力），其较大者为该轴承的轴向力。
一支承处成对安装角接触轴承的计算特点
载荷和轴向载荷联合作用，工作时两个单列角接触轴承的滚动体承受载荷大小不等，其中任一个发生蚀破坏即认为这一支点失效，故其基本参数按如下计算：
基本额定动载荷：
CrƩ=20.7Cr≈1.62Cr（球轴承）
CrƩ=2（7/9）Cr≈1.71Cr（滚子轴承）
基本额定动载荷：C0rƩ=2C0r
极限转速：n0Ʃ=（0.6-0.8）n0
式中，Cr、C0r、n0分别为单列角接触轴承的基本额定动载荷、基本额定静载荷和极限转速。
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