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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5 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著,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。
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圆柱滚子轴承根据装用滚动体的列数不同,可以分为单列、双列和多列圆柱滚子轴承等不同结构。不同结构轴承还表现在挡边的位置设计方面。其中常用的圆柱滚子轴承有以下几种形式:单列圆柱滚子轴承N、NU型N型轴承的外圈无挡边,内圈的两侧有挡边。可以允许轴相对轴承座之间在轴向两个方向上的位移。NU型的轴承外圈两侧有挡边,内圈无挡边。也可以允许轴相对轴承座之间在轴向两个方向上的位移。因此,该类结构适用于作为游动端轴承使用。NJ、NF型NJ型轴承的外圈两侧有挡边,内圈单侧有挡边。可以承受一定量的单向轴向负荷。NF型的外圈单侧有挡边,内圈两侧有挡边。也可承受一定量的单向轴向负荷。因此,该类结构适用于作为单方向的轴向定位轴承使用。NUP、NFP型NUP型的轴承是外圈两侧有挡边,内圈一侧带(固定)单挡边,而另一侧为可分离的平挡圈。可以承受一定量的双向轴向负荷。NFP型的轴承外圈一侧带(固定)单挡边,而另一侧为可分离的平挡圈,内圈两侧有挡边。也可以承受一定量的双向轴向负荷。该类结构轴承可以限制轴相对于轴承座在轴向两个方向的位移。因此,适合于作为固定端轴承使用。NH(NJ+HJ)型NH型轴承是NJ型轴承与HJ型斜挡圈组合后的结构。由于NUP型轴承第圈较短,加上平挡圈不是固定的,使用不方便,而NH型轴承可以利用NJ型轴承整个内圈的宽度,与轴保持更紧密的配合。而且NH型轴承在安装和拆卸更方便。NH型轴承可以限制轴相对于轴承座在轴向两个方向的位移。因此,适合于作为固定端轴承使用。双列圆柱滚子轴承&&&&&&&&&&&  双列圆柱滚子轴承有圆柱形内孔和圆锥形内孔(轴承后置代号加K)两种结构。该类轴承具有结构紧凑、刚性大、承载能力大、受负荷后变形小等优点,特别适用于机床主轴支承。圆锥形内孔还可以起到微量调整游隙的作用,且可以简化定位装置结构,方便安装拆卸。常用的双列圆柱滚子轴承有以下下几种形式:NN、NNU型NN型轴承的外圈无挡边,内圈两侧有挡边中间有中挡边。可以允许轴相对轴承座之间在轴向产生两个方向的位移。NNU型轴承的外圈两侧有挡边中间有中挡边,内圈无挡边。可以允许轴相对轴承座之间在轴向产生两个方向的位移。因此,此类结构适于作游动端轴承。该类型轴承的保持架多采用车制实体保持架。NNF型  NNF型轴承是双列满装圆柱滚子轴承,轴承由一个带中挡边外圈,两个有双挡边内圈的结构型式。滚子由内圈的挡边引导,两个内圈用紧固圈固定在一起。该结构除了可以承受很大的径向载荷和轴向载荷之外,还可以承受倾覆力矩,因此,常用作固定端轴承使用。  NNF型轴承两侧采用接触式密封。轴承内填有润滑脂,润滑脂的工作温度为-50℃至+110℃,但由于受密封材料的限制,轴承的工作温度仅限于-40℃至+80℃之间。在使用工况较好的情况下,带有密封的NNF轴承无需进行保养,若轴承长期处于水汽或污染环境,且为中、高速运转时,可通过外圈上的润滑油槽和润滑油孔对轴承进行补充润滑。四列圆柱滚子轴承&&&&&&&&&&  四列圆柱滚子轴承主要用于冷、热轧机、开坯机等轧钢机机械上,轴承为分离式结构,轴承套圈和滚动体组件可方便地分离,因此,轴承的清洗、检查或安装拆装均很方便。FC型FC型轴承由两个外圈和一个内圈组成,每个外圈的两侧有挡边中间有中挡边,内圈无挡边。FCD型FCD型轴承实际上是由两个NN型轴承组合而成。FC型和FCD型轴承可以允许轴相对轴承座之间在轴向产生两个方向的位移。因此,此类结构适于作游动端轴承。该类型轴承的保持架多采用车制实体保持架。保持架  单列圆柱滚子轴承保持架多为钢板冲压保持架和黄铜车制实体保持架结构,也可以根据使用场合及顾客要求,设计和提供带玻璃纤维增强尼龙66保持架的轴承,带玻璃纤维增强尼龙66保持架的轴承,最高可在+120℃温度下持续运转。在持续高温或恶劣条件下工作的单列圆柱滚子轴承保持架,建议采用钢板冲压保持架和黄铜车制实体保持架结构。双(四)列圆柱滚子轴承保持架全部采用黄铜车制实体保持架结构。轴向负荷承载能力  圆柱滚子轴承经特殊结构设计第外圈带挡边的轴承,除了能承受径向负荷之外,还可承受一定的轴向负荷。其轴向负荷承载能力主要取决于滚子端面与挡边的接触面的形式、润滑条件、工作温度和轴承散热等。根据以下假设的条件,可以计算足够精确的允许轴向负荷&式中Fmax-最大允许轴向负荷,KN&&&&&&&C0-基本额定静负荷,KN&&&&&&&Fr-实际径向轴承负荷,KN&&&&&&&n-转速,r/min&&&&& d(D)-轴承内(外)径,㎜   k1-系数,油润滑时为1.5,脂润滑时为0.5   k2-系数,油润滑时为1.5,脂润滑时为0.15以上公式基于轴承工作温度与环境温度的温差60℃,粘度比大于等于2的条件下。需要提醒的是,未经过滚子端面与挡边特殊设计的圆柱滚子轴承不适合采用以上公式。为了防止挡边断裂,作用在轴承上固定或偶尔的轴向负荷Fa,技术部门建议不可大于以下数值:尺寸2系列轴承,Fa<0.(D为轴承外径㎜)KN其它尺寸系列轴承,Fa<0.(D为轴承外径㎜)KN对于短时间或偶尔作用的轴向负荷Fa,建议不可大于以下数值:&&&Fa=0.007D1.7(D为轴承外径㎜)KN当单列圆柱滚子轴承承受很大的轴向负荷时,要使挡边承受均匀的负荷且达到一定的旋转精度,挡肩的尺寸和轴向跳动必须满足一定的要求。有关挡肩轴向跳动精度可参见综述部分&轴承应用&的相关内容。挡(孔)肩的直径尺寸(见图1),在内圈无挡边的一侧技术部门建议高度为挡边高度的一半,以避免挡边承受循环的应力,在内圈带挡边的一侧,轴肩的直径可以使用以下公式来计算轴肩的直径:da=0.5(d1+F)式中   da-轴肩直径,㎜   d1-内圈挡边直径,㎜&&&&&F-内圈滚道直径,㎜当内圈与外圈的轴线角度误差超过1&时,在挡边上承受负荷的情况会发生很大的改变。以上参考值内的安全系数可能不适用。遇到这种情况时,请向技术部门咨询。为确保圆柱滚子轴承承受轴向负荷,尤其是承受较大轴向负荷时仍能正常工作,技术部门提醒注意以下几点:1)轴承内部径向游隙应控制在所需范围内,且宜小不宜大。2)采用含有极压添加剂的润滑剂。&最小负荷为了保证轴承获得良好的运转状态,单列圆柱滚子轴承同其它球轴承和滚子轴承一样,必须施加一定量的最小负荷,尤其是对高速、高加速度,或在负荷方向有频繁变化的条件下工作。因为,这些工况条件,滚子和保持架的惯性力以及润滑剂内郸擦将对轴承的滚动、旋转精度产生不良影响,在滚子和滚道之间有可能会产生对轴承有害的滑动运动。单列圆柱滚子轴承所需的最小负荷Fmin可用以下公式进行估算:&式中&&n-工作转速,r/minnr-(0.8~0.9)的极限转速,r/mindm-轴承平均直径dm=0.5(d+D),mmKr-最小负荷系数,其值见表下表。尺寸系列&Kr&10&2、3、4&22&23&100&150&200&250&  在低温状态下启动或润滑剂粘度较高的情况下,可能需要更大的最小负荷。通常情况下,轴承支承件本身的重量加上轴承所承受的负荷,已经超过所需的最小负荷。若尚未达到最小负荷,该类轴承必须施以额外的径向负荷,以满足最小负荷的要求。&&&尺寸、公差、游隙标准圆柱滚子轴承的外形尺寸符合GB/T273.3《滚动轴承向心轴承外形尺寸总方案》、GB/T283《滚动轴承圆柱滚子轴承外形尺寸》GB/T285《滚动轴承双列圆柱滚子轴承外形尺寸》、JB/T5389.1《滚动轴承轧机用四列圆柱滚子轴承》等的规定。标准圆柱滚子轴承的公差符合GB/T307.1《滚动轴承向心轴承公差》等标准的规定。标准圆柱滚子轴承的游隙符合GB/T4604《滚动轴承径向游隙》的规定。标准圆柱滚子轴承的尺寸公差等级一般按P0级(普通级)、游隙按0组(基本组)制造,若顾客对尺寸、公差、游隙有其它特殊时(含非标准),可提供相应的产品。当量动负荷对于承受动态负荷的圆柱滚子轴承,当用作游动端轴承时,其当量动负荷可按以下方法进行计算:P=Fr如果轴承承受轴向一个或两个方向负荷时,其当量动负荷可按以下方法进行计算:&&&&&&&&&&&&&当Fa/Fr&e&&&&P=Fr当Fa/Fr>e&&&&P=0.92Fr+Yfa式中e-极限值,对于尺寸系列为2、3和4时,e=0.2,其它系列e=0.3Y-轴向负荷系数,对于尺寸系列为2、3和4时,Y=0.6,其它系列Y=0.4承受轴向负荷的圆柱滚子轴承,必须同时承受径向负荷才能达到理想的运转效果,但轴向负荷与径向负荷比应小于0.5。当量静负荷对于承受静态负荷的深沟球轴承,其当量静负荷可按以下方法进行计算:P0=Fr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〉。、圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承的滚子通常由一个轴承套圈的两个挡边引导,保持架.滚子和引导套圈组成一组合件,可与另一个轴承套圈分离,属于可分离轴承。此种轴承安装,拆卸比较方便,尤其是当要求内.外圈与轴.壳体都是过盈配合时更显示优点。此类轴承一般只用于承受径向载荷,只有内.外圈均带挡边的单列轴承可承受较小的定常轴向载荷或较大的间歇轴向载荷。5、调心滚子轴承调心滚子轴承句有两列滚子,主要用于承受径向载荷,同时也能承受任一方向的轴向载荷。该种轴承径向载荷能力高,特别适用于重载或振动载荷下工作,但不能承受纯轴向载荷;调心性能良好,能补偿同轴承误差上海
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