在支点跨距大时应选用什么轴承

1. 求带式输送机传动装置设计

课程设计说明书

一.电动机的选择：
1.选择电动机的类型：
按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列斜闭式自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（手册P167）
选择电动机容量 ：
滚筒转速：
负载功率:
KW
电动机所需的功率为：
（其中： 为电动机功率， 为负载功率， 为总效率。）
2.电动机功率选择：

折算到电动机的功率为:

3.确定电动机型号：
按指导书 表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围为: .取V带传动比 ，则总传动比理论范围为 ，故电动机转速的可选范围为
符合这一范围的同步转速有750,1000和1500
查手册 表 的：选定电动机类型为：
其主要性能：额定功率： ,满载转速: ，额定转速: ,质量:
二、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1.减速器的总传动比为：

2、分配传动装置传动比：
按手册 表1，取开式圆柱齿轮传动比
因为 ,所以闭式圆锥齿轮的传动比 .
三.运动参数及动力参数计算:
1.计算各轴的转速:
I轴转速：

2.各轴的输入功率
电机轴：
I轴上齿轮的输入功率:
II轴输入功率：
III轴输入功率：
3.各轴的转矩
电动机的输出转矩：

四、传动零件的设计计算
1.皮带轮传动的设计计算:
（1）选择普通V带
由课本 表5.5查得：工作情况系数：
计算功率:
小带轮转速为：
由课本 图5.14可得：选用A型V带：小带轮直径
（2）确定带轮基准直径,并验算带速
小带轮直径 ,参照课本 表5.6,取 ,

由课本 表5.6,取
实际从动轮转速:
转速误差为:
满足运输带速度允许误差要求.
验算带速
在 范围内,带速合适.
(3)确定带长和中心距
由课本 式5.18得:

查课本 表5.1,得:V带高度:
得:
初步选取中心距:
由课本 式5.2得:
根据课本 表5.2选取V带的基准长度:
则实际中心距:
(4)验算小带轮包角:
据课本 式5.1得: (适用)
(5)确定带的根数:
查课本 表5.3,得: .查课本 表5.4,得:
查课本 表5.4,得: .查课本 表5.2,得:
由课本 式5.19得:
取 根.
(6)计算轴上压力
查课本 表5.1,得:
由课本 式5.20,得:单根V带合适的张紧力:

由课本 式5.21,得:作用在带轮轴上的压力为 :

2、齿轮传动的设计计算:
(1)选择齿轮材料及精度等级
初选大小齿轮的材料均为45钢,经调质处理,硬度为
由课本表取齿轮等级精度为7级,初选
(2)计算高速级齿轮
<1>查课本 表6.2得:
取 ,
由课本 图6.12取 ,由课本 表6.3,取 ,
齿数教少取 ,取 则 .
<2>接触疲劳许用应力
由课本 图6.14查得: .
由课本 表6.5,查得: ,
则应力循环次数:

查课本 图6.16可得接触疲劳的寿命系数: ,
.
<3>计算小齿轮最小直径
计算工作转矩:
由课本 表6.8,取: ,

<4>确定中心距:
为便于制造和测量,初定: .
<5>选定模数 齿数 和螺旋角
一般: ,初选: 则 .
由 得:
由课本 表6.1取标准模数: ,则:
取 ,则: .
取 , .
齿数比:
与 的要求比较,误差为1.6%,可用.是:
满足要求.
<6>计算齿轮分度圆直径
小齿轮: ;
大齿轮:
<7>齿轮宽度

圆整得大齿轮宽度: ,取小齿轮宽度: .
<8>校核齿轮弯曲疲劳强度
查课本 图6.15,得 ;
查课本 表6.5,得: ;
查课本 图6.17得:弯曲强度寿命系数: ;

由课本 表6.4,得: ，
Z较大 ,取 ，
则: ，
所以两齿轮齿根弯曲疲劳强度满足要求,此种设计合理.
〈9〉齿轮的基本参数如下表所示:

名称 符号 公式 齿1 齿2
齿数

19 112
分度圆直径

58.015 341.985
齿顶高

3 3
齿根高

3.75 3.75
齿顶圆直径

64.015 347.985
齿根圆直径

50.515 334.485
中心距

200
孔径 b
齿宽

80 75

五、轴的设计计算及校核：
1.计算轴的最小直径
查课本 表11.3,取:
轴:
轴:
轴:
取最大转矩轴进行计算,校核.
考虑有键槽,将直径增大 ,则: .
2.轴的结构设计
选材45钢,调质处理.
由课本 表11.1,查得: .
由课本 表11.4查得: , .
由课本 式10.1得:联轴器的计算转矩:
由课本 表10.1,查得: ,
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查手册 表8-7,
选择弹性柱销联轴器,型号为: 型联轴器,其公称转矩为:
半联轴器 的孔径: ,故取: .
半联轴器长度 ,半联轴器与轴配合的毂孔长度为: .
(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.

(2)确定轴各段直径和长度
<1> 段:为了满足半联轴器的轴向定位要求, 轴段右端需制出一轴肩,故取 段的直径 ,左端用轴端挡圈定位,查手册表按轴端去挡圈直径 ,半联轴器与轴配合的毂孔长度: ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短,取: .
<2>初步选择滚动轴承,因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用蛋列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据: .
由手册 表 选取 型轴承,尺寸: ，轴肩
故 ，左端滚动轴承采用绉件进行轴向定位,右端滚动轴承采用套筒定位.
<3>取安装齿轮处轴段 的直径： ，齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为 ,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取： ,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度 ,取 ,则轴环处的直径： ，轴环宽度： ,取 ， ，即轴肩处轴径小于轴承内圈外径,便于拆卸轴承.
<4>轴承端盖的总宽度为： ,取： .
<5>取齿轮距箱体内壁距离为: .
, .
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.
(3)轴上零件的周向定位
齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接
按 查手册 表4-1,得:平键截面 ,键槽用键槽铣刀加工,长为: .
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为; ,半联轴器与轴的联接,选用平键为: ,半联轴器与轴的配合为: .
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为: .
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸,
参照课本 表11.2,取轴端倒角为: ,各轴肩处圆角半径: 段左端取 ,其余取 , 处轴肩定位轴承,轴承圆角半径应大于过渡圆角半径,由手册 ,故取 段为 .
(5)求轴上的载荷
在确定轴承的支点位置时,查手册 表6-7,轴承 型,取 因此,作为简支梁的轴的支撑跨距 ,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.
(6)按弯扭合成应力校核轴的强度.

<1>作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为: ，
得： ， ， .
<2>求作用于轴上的支反力
水平面内支反力:

垂直面内支反力:

<3>作出弯矩图
分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.

计算总弯矩:

<4>作出扭矩图: .
<5>作出计算弯矩图: ,
.

<6>校核轴的强度
对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.
由课本 式11.4,得: ,
由课本 表11.5,得: ,
由手册 表4-1,取 ,计算得: ,
得: 故安全.
(7)精确校核轴的疲劳强度
校核该轴截面 左右两侧.
<1>截面 右侧:由课本 表11.5,得:
抗弯截面模量: ,
抗扭截面模量: ,
截面 右侧的弯矩: ,
截面 世上的扭矩为: ,
截面上的弯曲应力: ,
街面上行的扭转切应力: .
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 ,
由课本 图1.15,查得:
得:
由课本 图1.16,查得:材料的敏性系数为:
故有效应力集中系数为:

由课本 图1.17,取:尺寸系数 ;扭转尺寸系数: .
按磨削加工,
由课本 图1.19,取表面状态系数: .
轴未经表面强化处理,即: .
计算综合系数值为:
.
由课本第一章取材料特性系数: .
计算安全系数 :
由课本 式,得: ,
.
由课本 表11.6,取疲劳强度的许用安全系数: .
,故可知其安全.
<2>截面 左侧
抗弯截面模量为: .
抗扭截面模量为: .
弯矩及弯曲应力为: ,
扭矩及扭转切应力为: ,
过盈配合处的 值: ,由 ,得: .
轴按磨削加工,由课本 图1.19,取表面状态系数为: .
故得综合系数为： ,
.
所以在截面 右侧的安全系数为： ,
.
.

故该轴在截面右侧的强度也是足够的.
3. 确定输入轴的各段直径和长度

六. 轴承的选择及计算
1.轴承的选择：
轴承1：单列圆锥滚子轴承30211（GB/T 297-1994）
轴承2：单列圆锥滚子轴承30207（GB/T 297-1994）
2.校核轴承：
圆锥滚子轴承30211，查手册：
由课本 表8.6，取

由课本 表8.5，查得：单列圆锥滚子轴承 时的 值为： .
由课本 表8.7，得：轴承的派生轴向力： , .
因 ，故1为松边，
作用在轴承上的总的轴向力为： .
查手册 表6-7，得:30211型 , .
由课本 表8.5，查得： ,
,得: .
计算当量动载荷： ,
.
计算轴承寿命，由课本 式8.2，得： 取: .
则： .

七.键的选择和计算
1.输入轴：键 ， ， 型.
2.大齿轮：键 ， ， 型.
3.输出轴：键 ， ， 型.
查课本 表3.1， ,式3.1得强度条件: .
校核键1： ;
键2： ;
键3： .
所有键均符合要求.
八.联轴器的选择
选择 轴与电动机联轴器为弹性柱销联轴器
型号为： 型联轴器:
公称转矩: 许用转速: 质量: .
选择 轴与 轴联轴器为弹性柱销联轴器
型号为： 型联轴器:
公称转矩: 许用转速: 质量: .
九.减数器的润滑方式和密封类型的选择
1、 减数器的润滑方式：飞溅润滑方式
2、 选择润滑油：工业闭式齿轮油（GB5903-95）中的一种。
3、 密封类型的选择：密封件：毡圈1 30 JB/ZQ4606-86
毡圈2 40 JB/ZQ4606-86

十.设计小节
对一级减速器的独立设计计算及作图，让我们融会贯通了机械专业的各项知识,更为系统地认识了机械设计的全过程，增强了我们对机械行业的深入了解,同时也让我们及时了解到自己的不足，在今后的学习中会更努力地探究.
十一.参考资料
1.“课本”：机械设计/杨明忠 朱家诚主编 编号 ISBN 7-5629-1725-6 武汉理工大学出版社 2004年6月第2次印刷.
2.“手册”：机械设计课程设计手册/吴宗泽，罗圣国主编 编号ISBN7-04-019303-5 北京高等教育出版社 2006年11月第3次印刷.
3“指导书”：机械设计课程设计指导书/龚桂义，罗圣国主编 编号ISBN 7-04-002728-3 北京高等教育出版社 2006年11月第24次印刷.

2. 如何正确选用轴承

1、双支点单向固定支承

每个轴承内、外圈沿轴向只有一个方向受约束。也叫两端固定。

一个支承限制轴的双向轴向位移（称固定支承），另一个支承可沿轴向移动（称游动支承），不能承受轴向负荷。适合于工作温度较高和支点跨距较大的场合。

3、双支点游动支承

两个支承均无轴向约束，又称两端游动支承。常用于人字齿轮场合，以防齿轮卡死和人字齿两侧受力不均匀。

三、滚动轴承的固定

1、周向固定

其作用是保证轴承受力后，轴承的内圈与轴颈、外圈与座孔之间不致于产生相对圆周运动。

利用外圈与轴承座孔、内圈与轴颈之间的配合进行固定；

以轴承为基准件。轴承内孔与轴颈采用基孔制，外径和座孔采用基轴制配合；

转动圈比坚定圈紧。旋转座圈一般应保证有过盈量，不转的座圈应保证有较小的间隙的间隙配合或过渡配合。

2、轴向固定

见表13-11

四、滚动轴承支承的调整

1、轴向间隙的调整

调整垫片：增减轴承端盖与机座结合面之间的垫片厚度进行调整。

调节压盖：用螺钉调节可调压盖（调节杯）的轴向位置。

调整环：增减轴承端面和压盖间的调整环的厚度进行调整。

2、轴系位置的调整

五、滚动轴承的游隙和预紧

1、轴承的游隙

ü轴承游隙可分为径向游隙和轴向游隙；

ü游隙过大，旋转精度降低；

ü游隙过小，摩擦增大，温度升高，轴承寿命降低。

ü游隙代号在轴承代号的后置代号中标注出。共分六组：1、2、0、3、4、5，以字母C和游隙组别数字表示。

2、滚动轴承的预紧

预紧：在安装轴承时采用某种措施，使滚动轴承内保持一个相当的轴向力，以消除轴承游隙，并使滚动体和内、外套圈之间产生预变形。

作用：增加轴承刚度，减小轴承工作时的振动，提高轴承的旋转精度。

预紧方法：

ü定位预紧：在轴承的风（或外）套圈之间加一金属垫片或磨窄某一套圈的宽度，在受到一定轴向力后产生预变形而预紧。

ü定压预紧：利用弹簧的压紧力使轴承承受一定的轴向负荷并产生预变形而预紧。

3. 什么是轴承组合设计的两端固定、一端游动方式它适用于什么场合为什么

在轴的两个支点中，一个支点限升兆制轴的双向移动，承受双向轴向力，称为固定端，而另一支点允许轴自由游动，不承受轴向力，称为游动端，轴的这种支承方式称链空为一端固定、一端游动式。它适用于工作温度变化较大、跨距较大的长轴。因工作温度变化较大的长轴的棚笑瞎伸长量较大，故需要游动支点，以补偿热伸长。

4. 轴承隔圈怎么选配隔圈宽度对主轴的刚度有什么影响对最优跨距的影响急求！

想问，可否是双列圆锥轴承的中隔圈。一般来说轴承的中隔圈的宽度根据轴承的游隙要求而定制。而轴承的游隙影响了主轴的刚度。对于跨距不是很懂，是否是轴系中各个支撑点的距离呢？

5. 2018-08-25 滚动轴承

16.1 滚动轴承概述

16.1.1 滚动轴承的组成

滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架等四部分组成。

内圈装配在轴上并与轴一起旋转，外圈与轴承座孔装配在一起，起支承作用。

滚动体是滚动轴承的核心元件，它使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。保持架将滚动体等距离排列隔开，以避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。

16.1.2 滚动轴承的材料及特点

滚动轴承的内圈、外圈和滚动体使用强度高、耐磨性好的轴承钢制造，，工作表面要求磨削抛光，从而达到很高的精度。

轴承保持架有冲压的和实体的两种，冲压保持架一般用低碳钢板冲压制成，与滚动体间有较大的间隙。实体保持架常用铜合金、铝合金或塑料经切削加工制成，有较好的定心作用。

滚动轴承与滑动轴承相比，其特点如下：滚动轴承具有滚动摩擦的特点，摩擦阻力小，启动及运转力矩小，启动灵敏，功率损耗小且轴承单位宽度承载能力较大，润滑、安装及维修方便等。与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点是径向轮廓尺寸大，接触应力高，高速重载下轴承寿命较低且噪声较大，抗冲击能力较差。

16.2 滚动轴承的类型及其代号

16.2.1 滚动轴承的结构特性

公称接触角。滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线和轴承半径方向的夹角α，称为轴承公称接触角（简称接触角）。公称接触角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力，接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。

游隙。滚动轴承中滚动体与内圈、外圈滚道之间的间隙，称为滚动轴承的游隙。游隙分为径向游隙和轴向游隙，其定义是当轴承的一个套圈固定不动，另一个套圈沿径向或轴向的最大移动量，称为轴承的径向游隙和轴向游隙。轴承标准中将径向游隙分为基本游隙组和辅助游隙组，应优先选用基本游隙组值，轴向游隙值可由径向游隙值按一定关系换算得到。

16.2.2 滚动轴承的类型

滚动轴承类型繁多，可从不同角度进行分类。按滚动体形状分为球轴承和滚子轴承。球形滚动体与内外圈的接触是点接触，运转时摩擦损耗小，承载能力和抗冲击能力弱；滚子滚动体与内外圈是线接触，承载能力和抗冲击能力强，但运转时摩擦损耗大。按滚动体的列数，滚动轴承又分为单列、双列以及多列。

按轴承所承受的载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可以分为以下几种。

向心轴承。向心轴承主要用于承受径向载荷，0°≤α≤45°。向心轴承又分为径向接触轴承（α=0°）和向心角接触轴承（0°<α≤45°）。

推力轴承。主要用于承受轴向载荷，45°<α≤90°。推力轴承又可分为轴向接触轴承（α=90°）和推力角接触轴承（45°<α<90°）。

16.2.3 滚动轴承的代号

为了统一表征各类轴承的特点，便于阻止生产和选用，Gb/T 272-1933和JB/T 2974-2004规定了一般用途的滚动轴承代号的编制方法。滚动轴承代号由字母和数字表示，并由前置代号、基本代号和后置代号三部分构成。基本代号是轴承代号的主体，代表轴承的基本类型、结构和尺寸，由轴承类型代号、直径系列、宽度系列和内径代号构成。前置代号和后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等方面有改变时，在基本代号左右增加的补充代号。

类型代号。类型代号用数字或字母表示。若代号为“0”，则可省略。

尺寸系列代号。尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号和直径系列代号组合而成。对于同一内径的轴承，在承受大小不同的载荷时，可使用大小不同的滚动体，从而使轴承的外径和宽度相应地发生了变化。宽度系列是指相同内外径的向心轴承有几个不同的宽度，宽度系列代号有8,0,1,2,3,4,5,6，对应于相同内径轴承的宽度尺寸依次递增。直径系列是指相同内径的轴承有几个不同的外径，直径系列代号有7,8,9,0,1,2,3,4,5，对应于相同内径轴承的外径尺寸依次递增。

内径代号。内径代号表示轴承内圈孔径的大小，滚动轴承内径可以从1mm到几百mm变化。对常用内径d=20~480mm的轴承，内径一般为5的倍数，内径代号的两位数字表示轴承内径尺寸被5除得的商数。对于内径为10mm，12mm，15mm，17mm的轴承，内径代号依次为00,01,02和03。对于内径为500mm，22mm，28mm，32mm的轴承，用公称内径毫米数直接表示，但在与尺寸系列代号之间用“/”分开。

内部结构代号。内部结构代号表示轴承内部结构变化。代号含义随不同类型、结构而异。

公差等级代号。表示轴承的精度等级，分为2级、4级、5级、6级、6X级和0级，共6个级别，依次由高级到低级，其代号分别为/P2,/P4,/P5,/P6,/P5X,/P0。公差等级中，6X级仅适用于圆锥滚子轴承，0级为普通级，在轴承代号中不标出。

游隙代号。常用的轴承径向游隙系列分为1组、2组、0组、3组、4组、和5组，共6个组别，依次由小到大。0组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出。其余的游隙组别在轴承代号中分别用/C1,/C2,/C3,/C4,/C5表示。公差等级代号与游隙代号同时表示时，可进行简化，取公差等级代号加上游隙组号组合表示，例如/P63表示公差等级6，径向游隙3组。

配置代号，表示一对轴承的配置方式。

成套轴承分部件代号。表示轴承的分部件，用字母表示。滚动轴承的分部件表示可以自由地从轴承上分离下来的带或不带滚动体，或带保持架和滚动体的轴承套圈或轴承垫圈，以及可以自由地从轴承上分离下来的滚动体与保持架的组件。

16.3 滚动轴承的选择

16.3.1 轴承的载荷

轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。

根据轴承所受载荷的大小。在选择轴承类型时，由于滚动轴承中主要元件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后变形的也较小。而球轴承中主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，应优先选用球轴承。

根据轴承所受载荷的方向。在选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承；对于受较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。当轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆柱滚子轴承；当轴向载荷较大的时候，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆柱滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构。

16.3.2 轴承的转速

从工作转速对轴承要求看，可以确定以下几点：球轴承与滚子轴承相比较，有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承；在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体越小，运转时滚动体加在外圈滚道上的离心惯性力也就越小，因而也就更适于在更高的转速下工作；保持架的材料与结构对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许更高一些的转速、青铜实体保持架允许更高的转速；推力轴承的极限转速均很低，当工作转速高时，若轴向载荷不十分大，可以用角接触球轴承承受纯轴向力；若工作转速略超过样本规定的极限转速，可以提高轴承的公差等级，或适当加大轴承的径向游隙、选用循环润滑或油雾润滑、加强对润滑油的冷却等措施改善轴承的高速性能。

16.3.3 轴承的调心性能

轴承能够自动补偿轴和箱体中心线的相对偏斜，从而保持轴承正常工作状态的能力成为轴承的调心性。调心球轴承和调心滚子轴承都具有良好的调心性能，它们所允许的轴线偏斜角分别为3°和1°~2.5°。

圆柱滚子轴承和滚针轴承对轴承的偏斜最为敏感，这类轴承在偏斜状态下的承载能力可能低于球轴承。因此在轴的刚度和轴承座孔的支承刚度较低时，应尽量避免使用这类轴承。

16.3.4 轴承的安装和拆卸

便于装拆，也是在选择轴承类型时应考虑的一个因素。在轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内、外圈可分离的轴承。当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1:12的圆锥孔（用以安装在紧定衬套上）的轴承。

16.3.5 运转精度

用滚动轴承支承的轴，其轴向及径向运转精度既与轴承零件的精度及弹性变形有关，也与相邻部件的精度及弹性变形有关。因此，对于运转精度要求高的轴承，需选用过盈配合。

16.3.6 经济性要求

球轴承比滚子轴承价格便宜，调心轴承价格较高。在满足使用功能的前提下，应尽量选用球轴承、低精度、低价格的轴承。

此外，轴承类型的选择还要考虑轴承装置整体设计要求，如轴承的配置使用性、游动性等要求，如支承刚度要求较高时，可成对采用角接触型轴承，需调整径向间隙时宜采用带内锥孔的轴承，支点跨距大、轴的变形大或多支点轴，宜采用调心轴承，空间受限时，可采用滚针轴承。

16.4 滚动轴承的载荷分析、失效形式和设计准则

16.4.1 滚动轴承的工作情况分析

滚动轴承工作时各元件间的运动关系。滚动轴承是承受载荷而又旋转的支承件。作用于轴承上的载荷通过滚动体由一个套圈传递给另一个套圈。内、外圈相对回转，滚动体既自传又绕轴承中心公转。

滚动轴承中的载荷分布。以向心轴承为例，假定轴承仅受径向载荷，考虑有一个滚动体的中心位于径向载荷的作用线上，上半圈的滚动体不承受载荷，下半圈滚动体受载荷，且滚动体在不同位置受的载荷大小也在变化。

轴承元件上的载荷及应力变化。由轴承的载荷分布可知，滚动轴承工作时，滚动体所处位置不同，轴承各元件所受的载荷和应力随时都在变化。在承载区内，滚动体所受的载荷由0逐渐增加到最大值，然后再逐渐减小到0。滚动体受的是变载荷和变应力。

16.4.2 滚动轴承的失效形式及设计准则

滚动轴承的主要失效形式：

疲劳点蚀。滚动轴承在工作时，滚动体或套圈的滚动表面反复受脉动循环变化接触应力的作用，工作一段时间后，出现疲劳裂纹并继续发展，使金属表面产生麻坑或片状剥落，造成疲劳点蚀。通常疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式，，轴承的设计就是针对这种失效而展开的。

塑性变形。在较大的静载荷及冲击载荷作用下，在滚动接触表面将会产生永久性的凹坑，会增大摩擦力矩，在轴承运转中产生强烈振动和噪声，降低运转精度，即轴承因塑性变形而失效。因此对这种工况下的轴承需做静强度计算。

磨损。由于密封不好、灰尘及杂质侵入轴承造成滚动体和滚道表面产生磨粒磨损，或由于润滑不良引起轴承早期磨损或烧伤。

其他失效形式。由于装拆操作、维护不当引起元件破裂。

滚动轴承设计准则，选定轴承类型后，决定轴承尺寸时，应针对主要失效形式进行计算。疲劳点蚀失效是疲劳寿命计算的主要依据，塑性变形是静强度计算的主要依据。对一般工作条件下做回转的滚动轴承应进行接触疲劳寿命计算，还应做静强度计算；对于不转动、摆动或低速转的轴承，要求控制塑性变形，应做静强度计算；高速轴承由于发热易造成磨损和烧伤，除进行寿命计算外，还要核验极限转速。

此外，决定轴承工作能力的因素还有轴承组合的合理结构、润滑和密封等，它们对保证轴承正常工作其重要作用。

16.5 滚动轴承尺寸的选择计算

16.5.1 基本额定寿命L

一个滚动轴承的寿命是指轴承中任一个滚动体或滚道首次出现疲劳扩展之前，一个套圈相对于另一个套圈的转数，或在一定转速下的工作小时数。

滚动轴承的寿命是相当离散的，由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样材料、同样尺寸以及同一批生产出来的轴承在完全相同的条件下工作，它们的寿命也会不相同。

对一批轴承可用数理统计方法，分析计算一定可靠度R或失效概率n下的轴承寿命。一般在计算中取R=0.9，此时Ln = L10，称为基本额定寿命。

16.5.2 基本额定动载荷C

轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力也就越大，因而在发生点蚀破坏前所能接受的应力变化次数也就越少，亦即轴承的寿命越短。把基本额定寿命轴承所能承受最大载荷取为基本额定动载荷。基本额定动载荷指的是大小和方向恒定的载荷，是向心轴承承受纯径向载荷或推力轴承承受纯轴向载荷的能力。

16.5.3 当量动载荷P

为了进行寿命计算，须将实际载荷换算成一个与C载荷性质相同的假定载荷。在这个假定载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，称该假定载荷为当量动载荷，用P表示。在恒定的径向载荷Fr和轴向载荷Fa作用下，当量动载荷为 P=XFr+YFa 。其中，X,Y分别是径向动载荷系数和轴向动载荷系数。向心轴承只承受径向载荷时P=Fr；推力轴承只承受轴向载荷时P=Fa。

16.5.4 寿命计算

轴承的载荷P与基本额定寿命L10之间的关系 PⁿL10=Cⁿx1=常数 ，其中，n=ε，下同；P是当量动载荷；L10是基本额定寿命；C是基本额定动载荷；ε是寿命指数，对于球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。可得滚动轴承的基本额定寿命L10为 L10=(C/P)ⁿ ，在实际工程计算中，轴承寿命常用小时表示，此时基本额定寿命Lh（单位为小时）为 Lh=(10的6次方/60n)·(C/P)ⁿ 。其中，n次方之外的n是轴承的转速，单位r/min。

如果载荷P和转速n已知，预期计算寿命Lh'也确定，则所需轴承应具有的基本额定动载荷C'可计算得出 C'=P(60nLh'/10的6次方)括号内开ε次方 。如果要讲该数值用于高温轴承，需要将C乘以温度系数Ft，即对C值加以修正。考虑机械工作时的冲击、振动对轴承载荷的影响，应将P乘以载荷系数Fp，对当量动载荷进行修正。

修正后，公式变为 L10=(FtC/FpP)ⁿ，Lh=(10的6次方/60n)·(FtC/FpP)ⁿ， C'=FpP(60nLh'/10的6次方)括号内开ε次方/Ft 。这三个公式是设计计算时常用的轴承寿命计算式，由此可确定轴承的寿命或型号。

16.5.5 角接触向心轴承轴向载荷的计算

为了使角接触向心轴承的内部轴向力得到平衡，以免轴窜动，通常这种轴承都要成对使用，对称安装。Fa为轴向外载荷，F'是径向载荷Fr产生的内部轴向力。O₁，O₂点分别为轴承1和轴承2的压力中心，即支反力作用点。把内部轴向力F'的方向与外加轴向载荷Fa的方向一致的轴承标为2，另一端标为轴承1。取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，如达到轴向平衡时，应满足 Fa+F₂'=F₁' 。

如果求得不满足上式的时候，会出现两种情况。当Fa+F₂'>F₁'时，则轴有向右蹿动的趋势，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承所受的总轴向力Fa₁必须与Fa+F₂'相平衡，即 Fa₁=Fa+F₂' ，而被“放松”的轴承2只受其本身内部轴向力F₂'，即Fa₂=F₂'。当Fa+F₂'<F₁'时，同前理，轴承1只受其本身内部轴向力F₁'，即Fa₁=F₁'，轴承2所受的总轴向力为 Fa₂=F₁'-Fa 。

综上，计算角接触向心轴承所受轴向力的方法可以归结为：先通过内部轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判定被“放松”或被“压紧”的轴承；然后确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身内部轴向力，被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身内部轴向力后其余各轴向力的代数和。

16.5.6 滚动轴承的静载荷

基本额定静载荷C0。对于转速很低或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳点蚀。但为了防止滚动体和内、外因产生过大的塑性变形，应进行静强度计算。轴承受力最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷，作为轴承静载荷的界限，称为基本额定静载荷，以C0表示。对向心轴承来说，基本额定静载荷是指使轴承套圈仅产生相对纯径向位移的载荷的径向分量，称之为径向基本额定静载荷，用C0r表示。对推力轴承，基本额定静载荷是指中心轴向载荷，称为轴向基本额定静载荷，用C0a表示。

当量静载荷P0。如果轴承的实际载荷情况与基本额定静载荷的假定情况不同时，要将实际静载荷换算为一个假想载荷。在该假想载荷下轴承中受载最大的滚动体与滚道接触处产生的永久变形量与实际载荷作用下的相同，把这个假想载荷叫做当量静载荷。其计算式为 P0=X0Fr+Y0Fa ，其中X0,Y0是径向静载荷系数和轴向静载荷系数。

按静载荷选择轴承。公式为 C0≥S0P0 ，其中，S0是静强度安全系数，P0是当量静载荷。S0的取值取决于轴承的使用条件，当要求轴承转动很平稳时，S0应大于1，以避免轴承滚动表面的局部塑性变形量过大；当对轴承转动平稳性要求不高时，或轴承仅做摆动运动时，S0可取1或小于1，以尽量使轴承在保证正常运行的条件下发挥最大的静载能力。

16.6 滚动轴承的组合设计

16.6.1 轴与轴承座孔的刚度和同轴度

轴和安装轴承的箱体或轴承座，以及轴承组合中受力的其他零件必须有足够的刚度。因为这些零件的变形都要阻碍滚动体的滚动而导致轴承的提前失效。

为了保证轴承正常工作，应保证轴的两轴颈的同轴度和箱体上两轴承孔的同轴度。保持同轴度最有效的办法是采用整体结构的箱体，并将安装轴承的两个孔一次加工而成。

16.6.2 轴承的配置

合理的轴承配置应保证轴和轴上零件在工作中的正确位置，防止轴向窜动，固定其轴向位置，当受到轴向力时，能将力传到机体上，同时，为了避免轴因受热伸长致使轴承受过大的附加载荷，甚至卡死，又须允许它有一定的轴向游动量。为此，采取的配置方法有下列三种：

双支点各单向固定。由两个轴承各限制一个方向的轴向移动。考虑到轴受热伸长，在一端的轴承外圈与轴承盖端面之间留有一定的间隙。对于可调游隙式轴承，则在装配时将间隙留在轴承内部。

一支点双向固定，另一端支点游动。对于跨距较大且工作温度较高的轴，其热伸长量较大，应采用一支点双向固定，另一端支点游动的支承结构。作为固定支撑的轴承，应能承受双向轴向载荷，故内、外圈在轴向都要固定。

两支点全游动。当轴和轴上零件已从其他方面得到轴向固定时，两个支承就应该是全游动的。

16.6.3 滚动轴承的轴向固定

轴承内、外圈都应可靠固定，固定方法的选择取决于轴承上的载荷性质、大小及方向，以及轴承类型和其在轴上的位置等。当冲击振动愈严重，轴向载荷愈大，转速愈高时，所用的固定方法应愈可靠。

轴承内圈轴向固定的常用方法有：用轴用弹性挡圈和轴肩固定，主要用于承受轴向载荷不大及转速不很高的单列向心球轴承；用轴端挡圈和轴肩固定，可用于轴径较大的场合，能在高转速下承受较大的轴向载荷；用圆螺母和止动垫圈固定，拆装方便，用于轴向载荷大、转速高的场合；用紧定衬套、止动垫圈和圆螺母固定，用于光轴上轴向力和转速都不大的、内圈为圆锥孔的轴承。

轴承外圈轴向固定的常用方法由：用嵌入箱体沟槽内的孔用弹性挡圈和凸台固定，常用于单列向心球轴承；用轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内固定，适用于箱体不变设置凸台且外圈带有止动槽的轴承；用轴承端盖和凸台固定，适用于高速及承受很大轴向载荷的各类向心和向心推力轴承；用轴承盖和套杯的凸台固定，适用于不宜在箱体上设置凸台等场合；用螺纹环固定，适用于轴承转速极高，轴向载荷大，不适用于轴承固定的场合。

16.6.4 滚动轴承游隙的调整方法

为保证轴承正常工作，应使轴承内部留有一定间隙，称为轴承游隙。调整游隙的常用方法有：

加厚或减薄端盖与箱体间垫片的方法来调整游隙；通过调整螺钉，经过轴承外圈压盖，移动外圈来实现，在调整后应拧紧防松螺母；靠轴上的圆螺母来调整，但这种方法由于必须在轴上制出应力集中严重的螺纹，削弱了轴的强度。

当轴上有圆锥齿轮或蜗轮等零件时，为了获得正确的啮合位置，在安装时或工作中需要有适当调整轴承的游隙和位置的装置。

16.6.5 滚动轴承的预紧

滚动轴承的预紧，就是在安装轴承时用某种方法使滚动体和内、外圈之间产生一定的初始压力和预变形，以保证轴承内、外圈均处于压紧状态，使轴承在工作载荷下，处于负游隙状态运转。预紧的目的是：增加轴承的刚度；使旋转轴在轴向和径向正确定位，提高轴的旋转精度；降低轴的振动和噪声，减小由于惯性力矩引起的滚动体相对于内、外圈滚道的滑动；补偿因磨损造成的轴承内部游隙变化；延长轴承寿命。

常用的预紧装置：夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈而预紧；在一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧；夹紧一对磨窄了的轴承内圈或外圈而预紧；上述三种装置由于工作时的温升而使各零件间的尺寸关系发生变化时，预紧力的大小也随之改变，采用预紧弹簧，则可以得到稳定的预紧力。

16.6.6 滚动轴承的配合与装拆

为了防止轴承内圈与轴以及外圈与外壳孔在机器运转时产生不应有的相对滑动，必须选择正确的配合。滚动轴承是标准件，其内圈的孔为基准孔，与轴的配合采用基孔制；外圈的外圆柱面为基准轴，与轴承座孔的配合采用基轴制。

选择轴承配合种类时，一般原则是对于转速高、载荷大、温度高、有振动的轴承应选用较紧的配合，而经常拆卸的轴承，应选用较松的配合。

轴承组合设计时，应考虑轴承的装拆，以使在装拆过程中不致损坏轴承和其他零件。

拆卸时，常用拆卸器或压力机把轴承从轴上拆下来。

16.6.7 滚动轴承的润滑

润滑的主要目的是降低摩擦力、减轻磨损。此外，还有降低接触应力、散热、吸振、防锈等作用。

轴承的润滑剂主要有润滑脂和润滑油两种。此外，也有使用固体润滑剂的。

脂润滑。对于球轴承dn<160000，圆柱、圆锥轴承dn<100000~120000，调心滚子轴承dn<80000，推力球轴承dn<40000，一般采用润滑脂润滑。采用脂润滑的结构简单，润滑脂不易流失，受温度影响不大，对载荷性质、运动速度的变化有较大的适应性，使用时间较长。常用润滑脂为钙基润滑脂和钠基润滑脂。

油润滑。从滚动轴承润滑和散热的效果来看，油润滑较好，但需要复杂的供油系统和密封装置。油润滑时，常用的润滑方法有以下几种：油浴润滑，把轴承局部浸入润滑油中；滴油润滑，用给油器使油成滴滴下，油因转动部分的搅动，在轴承箱内形成油雾状，滴下的油将运动中摩擦热量带走，起冷却作用；飞溅润滑，用进入油池内的齿轮或甩油环的旋转将油飞溅进行润滑；喷油润滑，用油泵将润滑油增压，通过油管或机体上特制的油孔，经喷嘴将油喷射到轴承中去，流过轴承的润滑油，经过过滤冷却后再循环使用；油雾润滑，超高速的轴承可以采用油雾润滑，润滑油在油雾发生器中变成油雾。

固体润滑。常用的固体润滑方法有：用黏结剂将固体润滑剂黏结在滚道和保持架上；把固体润滑剂加入工程塑料和粉末冶金材料中，制成有自润滑性能的轴承零件；用电镀、高频溅射、离子镀层、化学沉积等技术使固体润滑剂或软金属在轴承零件摩擦表面形成一层均匀致密的薄膜。常用的固体润滑剂有二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯等。

16.6.8 滚动轴承的密封

密封是为了防止灰尘、水分及其他杂质进入轴承，并组织轴承内润滑剂的流失。

轴承的密封方法很多，通常可归纳成两大类，即接触式密封和非接触式密封

接触式密封。这类密封的密封件与轴接触。工作时轴旋转，密封件与轴之间有摩擦与磨损，故轴的转速高时不宜采用。

毛毡圈密封。将矩形截面毛毡圈安装在轴承端盖的梯形槽内，利用毛毡圈与轴接触起密封作用。

密封圈密封。密封圈由耐油橡胶、皮革或塑料制成。安装时用螺旋弹簧把密封唇口箍紧在轴上，有较好的密封效果，适用于轴的圆周速度v<7m/s，工作温度为-40~100℃的用纸或油润滑的轴承。

非接触式密封。这类密封利用间隙（或加甩油环）密封，转动件与固定件不接触，故允许轴有很高的转速。

间隙密封。在轴承端盖与轴间留有很小的径向间隙而获得密封，间隙越小，轴向宽度越长，密封效果越好。

迷宫式密封。在轴承端盖和固定于轴上转动件间制出曲路间隙而获得密封，有径向迷宫式和轴向迷宫式两种。

挡油环密封。挡油环与轴承座孔间由很小的径向间隙，且挡油环外突出轴承座孔端面∆=1~2mm。工作时挡油环随轴一同转动，利用离心力甩去落在挡油环上的油和杂物，起密封作用。

甩油密封。油润滑时，在轴上开出沟槽或装入一个环，都可以把欲向外流失的油甩开，再经过轴承端盖的集油腔及与轴承腔相通的油孔流回。或者在紧贴轴承处装一甩油环，在轴上车有螺旋式送油槽，可有效防止油外流。

组合密封。将上述各种密封方式组合在一起，以充分发挥其密封性能，提高整体密封效果。

6. 悬臂轴的轴承支承方式

背对背式，面对面式。
1、背对背式。载荷作用中心处于轴承中心线之外，支点间跨距较大，悬臂长度较小，故悬臂端刚性较大，当轴受热伸长时，轴承游隙增大，轴承不会卡死破坏。
2、面对面式。载荷作用中心处于轴承中心线之内，结构简单，装拆方便，当轴受热伸长时，轴承游隙减小，容易造成轴承卡死，因此要特别注意轴承游隙的调整。

7. 减速机间隙如何调整

以下是对选用几种固定方法的减速机在调整轴承空隙的办法总结。
1 轴系两头固定方法
这种结构常选用端盖固定轴承外圈，结构简略，运用便利。在一般的齿轮减速机及轴承支承点跨距＜300㎜的蜗杆减速机中较为常见。
1）外装式端盖的减速机轴承空隙调整
此种方法结构简略，运用便利，在减速机中被广泛选用。
外装式端盖固定的齿轮轴系结构:出厂时大多会在两头留有适量的轴向空隙，以确保轴承的灵敏运转及轴系零件的热伸长。此空隙一般在0.25㎜～0.4㎜范围内，否则会使翻滚体受载不均匀并引起较为严重的轴向窜动。因而要靠调整轴承空隙来确保必定的轴向空隙。在调整此种固定方法的轴系时，首要打开减速机的观察孔，看准齿轮的啮合状况后，再确定轴系是从哪个方向移动空隙。
假如确定高速轴向输入侧调整空隙，就要把高速轴的闷盖拆下，用深度游标卡尺测出轴承距端盖平面的深度记下；然后用撬杠类东西把轴系向输入侧移动，再测出闷盖端轴承距端盖平面的深度，两个深度尺度的差值便是轴承移动的量。把轴系移动好后，就在轴承孔上加上与移动量相等的垫片，最终装上闷盖。
待一切部件装配完后，悄悄盘动减速机，查看各轴滚动是否灵敏。若仍有卡阻，则可对加的垫片厚度适量减薄。直到把减速机各轴的滚动调整到灵敏。根据实际状况，还能够把装置于箱体上的轴承端盖进行切削加工，切削深度为轴承移动量或略大于移动量的0.20㎜。如切削深度大于端盖平面厚度的1/3，则因为端盖太薄，强度减弱，需求从头加工端盖。
对可调整空隙的向心推力轴承，可通过调整轴承由外圈的相对方位得到需求的轴承游隙。这种游隙一般比较小，以确保轴承刚性和削减噪声、振荡。对不行调空隙的轴承（如向心球轴承），可在装配时通过调整，使固定端盖与轴承外圈端面间留有适量的空隙，以容许轴系的热伸长。
在圆锥齿轮减速机中，关于悬臂的小锥齿轮的轴系，要求具有良好的刚性，并且能调整轴系的轴向方位，以达到两齿轮锥顶重合。因而常将整个轴系装于套环内而形成一个独立组件。套杯的肩起固定轴承的效果，凸肩不行过高，以利于轴承的拆开套杯凸缘及轴承端盖处都有垫片用来调整轴承空隙及调理轴系的轴向方位。
圆锥齿轮轴系选用向心推力轴承时，轴承有正装置和反装置两种安置方案。正装置的结构支点跨距较小，刚度较差，但用垫片完成调整比较便利。反装置的结构装置轴承不方便，用圆螺母调整比较麻烦，但支点跨距较大，刚性较好。当要求两轴承安置紧凑而有需求进步轴系的刚性时，常选用此种结构。
2）嵌入式端盖的减速机轴承空隙调整
主要是通过减速机自身的调整端盖来完成轴承空隙的调整，不用拆开减速机的零部件。某矿卷扬机选用的蜗轮蜗杆减速机蜗杆轴承空隙的调整形式。
在生产空隙时停机对减速机轴承空隙进行调整，假如能卸出输出端的负载，调整将更为准确，利用调整端盖上的调整螺栓进行调整，调好后，悄悄盘动减速机，查看各轴滚动是否灵敏。若仍有卡阻，则反复调整，直到把减速机各轴的滚动调整到灵敏、无显着轴向窜动为佳。
因为运用中各零件的彼此效果，使得固定轴承外圈（或内圈）的挡圈和端盖上压轴承外圈的台肩会发生必定量的磨损，这些不起眼的磨损，累加起来也会使轴系有很大空隙，也能导致轴系发生窜动。
值得注意的是与调整螺栓配套的嵌入压盖，与轴承外圈触摸的部分，有的减速机上该压盖触摸面过少，经常导致磨损敏捷，大大缩短了轴承空隙调整周期，解决的办法是：增加内压盖与轴承外圈的触摸面积（从头制造加工，加宽内压盖的轴承外圈压边），也能有用的延伸轴承空隙的调整周期，避免轴承的损坏。
当然，内压盖磨损还有其它的原因，比如轴承支承孔磨损严重，破坏了原有的合作公差，致使轴承走外圆（外圈在摩擦力效果下随轴承滚动）等。