轴承基础知识学习资料
我国轴承工业的发展历程
中国是世界上最早发明滚动轴承的国家之一。从考古文物与资料看, 中国最古老的具有现代滚动轴承结构雏形的轴承, 出现于公元前221~207年(秦朝) 的今山西省永济县薛家崖村。公元1280年(元朝) 在中国古代的天文仪器上也使用了圆柱滚动支承. 尽管历史上中国在滚动轴承技术领域曾走在世界文明的前列, 但在旧中国轴承工业却十分落后。新中国成立后, 特别是本世纪七十年代以来, 在改革开放的强大推动下, 轴承工业进入了一个崭新的高质快速发展时期。建国五十年来, 中国轴承工业已取得举世瞩目的辉煌成就!
轴承(滚动轴承简称) 是机械工业使用广泛、要求严格的配套件和基础件, 被人们称为机械的关节。由于使用范围广泛, 决定了轴承品种的多样性和复杂性。由于要求严, 决定了轴承质量和性能的重要性。轴承制造业是一种精密的基础件制造业, 它的精度以0.001毫米(mm)来衡量, 而普通机械零件的制造公差一般只有0.01mm 。电机的噪声和振动, 在很大程度上取决于轴承质量; 高精度机床主轴的摆差和温升, 更是与轴承质量息息相关。通讯卫星消旋装置中的轴承性能, 直接影响其通讯效果; 航天、航空中关键轴承发生故障, 就会造成严重的事故。总之, 工业、农业、国防、科学技术和家用电器等各个领域中的主机, 其精度、性能、寿命、可靠性和各项经济指标, 都与轴承有着密切的联系, 而且轴承工业的发展还关系着我国重大技术装备的制造水平及机械设备的出口能力。
轴承在国民经济和国防建设中正在起着越来越重要的作用: 新中国建立前, 轴承制造业几乎是一片空白。机械设备配套和维修需要的轴承, 基本上依赖进口。当时, 仅在辽宁省瓦房店和沈阳、上海及山西省长治等地有一些轴承厂、店, 但能独立生产轴承四元件(内外套圈、滚动体和保持架) 的工厂没有一家. 1949年, 全国轴承年产量仅为13.8万套。中国建立五十年来, 轴承工业飞速发展, 轴承品种从少到多, 产品质量和技术水平从低到高, 行业规模从小到大。
轴承工业的发展历程, 大致可分为三个阶段:
(一) 奠基阶段(1949~1957年)
1949年瓦房店轴承厂恢复生产, 成为中国第一家独立生产轴承的企业。抗美援朝期间, 瓦房店轴承厂部分北迁哈尔滨, 于1951年4月建成哈尔滨轴承厂并投入生产。1953年上海市轴承行业形成秦福兴轴承厂、上工轴承厂、荣泰新机器厂和金兴铁工厂4个中心厂及10多个卫星厂。在原苏联援助下, 全国156项重点工程之一的洛阳轴承厂1954年3月底破土动工兴建,1957年开始试制普通轴承13.6万套。至此, 我国轴承工业瓦房店、哈尔滨、洛阳、上海四个主要生产基地初步形成, 为轴承制造业的发展奠定了基础。1957年, 全国轴承产量首次突破1000万套大关。
(二) 体系形成阶段(1958~1977年)
此阶段处于国家‚一·五‛至‚五·五‛五个五年计划发展时期, 给轴承工业带来了新的机遇。‚一·五‛中期, 洛阳轴承厂于1958年7月通过国家验收, 顺利建成投产; 上海轴承工业开始形成一个有地方特色的轴承工业基地; 瓦房店、哈尔滨轴承厂充实完善, 获得较大发展。同时建成了部直属的洛阳轴承研究所和第十设计研究院等科研、工厂设计机构。此时期, 轴承制造业为重点主机配套的新产品发展较快, 已开始生产汽车万向节滚针轴承、磁电机轴承、机床主轴轴承和精密轴承, 并试制了铁路机车、轧钢机、重型机械、石油工业和航空发电机、坦克等主机所需的部分配套轴承.
‚二·五‛时期, 为适应农业机械化的发展, 在成都、杭州、合肥、无锡、济南、烟台、上海、北京、广州、昆明、长沙等地先后建成38个轴承厂(点), 迎来了中国轴承工业第一个发展高峰期。
这些轴承厂以后都发展成为各省市的重点企业。
在‚三·五‛期间, 即从六十年代中期开始, 中国轴承工业建设投资的重点集中在远离沿海工业发达的三线地区。在三线建设中, 陆续在西南、西北和中南地区, 兴建了贵州虹山、贵阳、兰州、甘肃海林、陕西海红、宁夏西北、青海海山和湖北襄阳等一批轴承厂, 进一步改善了企业的布局。其中襄阳轴承厂, 以生产汽车轴承为主, 与进入七十年代, 即‚四·五‛时期,? 轴承工业为满足‚大打矿山之仗‛的需求, 第二汽车制造厂同步发展, 成为一个新兴的汽车轴承生产基地.
一批地方中、小轴承厂又纷纷建立起来, 形成了中国轴承工业第二个发展高峰期。在七十年代初的建厂高潮中, 全国滚动轴承厂家已达600多个。此期间, 短圆柱滚子轴承、球面滚子轴承、圆锥滚子轴承都有较快发展, 轴承品种规格日趋齐全. 到‚五·五‛初期, 中国轴承制造业逐步建立起了瓦房店、哈尔滨、洛阳、襄阳轴承厂和上海轴承行业五个各具特色的生产基地, 以及星罗棋布的中小轴承企业。并建立了综合性的科研与工厂设计机构和一些行业内的工艺装备与测试仪器专业厂, 形成了布局基本合理、科研生产和后勤保障较完善的轴承工业体系。据1977年171个主要企业统计, 工业总产值达到10.1亿元(70年不变价), 轴承产量1.2亿套, 职工14.7万人, 拥有主要生产设备4.8万台, 固定资产原值14.9亿元, 全员总产值劳动生产率为6821元/人·年, 均比前一发展期有较大的进步。
(三) 高质快速发展阶段(1978~1999年)
1978年中共十一届三中全会的召开揭开了中国历史崭新的一页, 波澜壮阔的改革大潮在祖国大地汹涌澎湃。在邓小平理论指引下, 轴承行业不断推进改革, 扩大开放, 加快发展, 实现生产力大解放, 使综合技术经济实力明显增强, 在国际上的影响日益提高, 行业面貌发生了历史性的变化, 掀起了轴承工业发展史上第三次浪潮。
‚六·五‛时期, 轴承行业贯彻执行机械部‚三上一提高‛的方针, 通过技术改造和技术引进, 进一步改善了生产布局, 增强了短线产品的生产能力, 提高了经济效益。在技术引进的同时, 开展了与瑞典SKF 、日本NTN 、NSK 、美国TIMKEN 等名牌轴承公司的技术交往和合作。期间还开发了密封轴承、关节轴承、直线运动轴承、组合轴承、转臂轴承、谐波传动轴承等新产品, 轴承设计水平逐步接近(或部分达到) 国外同类产品的先进水平。其中瓦房店轴承厂生产的777/650型轧钢机轴承, 寿命达到国际先进水平, 获得国家优质产品银质奖。哈尔滨轴承厂生产的B 、C 级3182120-3182122? 和2268120-2268122机床主轴轴承, 获得国家优质产品银质奖。洛阳轴承厂设计的B3-706和B3-707型精密光学坐标镗床主轴轴承, 获得国家优质产品金质奖.
‚七·五‛期间, 在改革开放的推动下, 行业实行改组联合, 调整产业结构, 大搞技术改造, 扶优治散, 轴承工业生产持续高速发展。‚七·五‛末的1990年按290个主要企业统计, 实现工业总产值(90年不变价)69.7亿元, 产量突破5.9亿套, 拥有固定资产原值44.2亿元。本期的一个显著特点是轴承出口大幅增长, 与‚六·五‛末期比, 本期轴承出口创汇增长了16倍, 年平均增长76%,90年达当时历史最好水平, 出口创汇高达1.82亿美元。
‚八·五‛后期, 国家计委、机电部下发了《关于振兴特定基础机械和基础件若干措施意见的通知》, 明确了轴承为国家特定振兴基础件产品。轴承行业紧抓这一良机, 及时制定了《轴承行业‘九五’发展振兴纲要》, 行业唱响‚振兴‛主旋律, 使轴承工业高质快速发展。行业以需求为目标, 增强了为重点主机配套能力, 并配合引进设备国产化工作, 研制和生产了一批替代进口产品。例如, 为宝钢一期工程主体设备所需轴承国内产品配套率, 品种达34%,数量达80%;行业自行
开发的铁路客车轴承, 解决了长期的质量关键问题, 达到国际九十年代初同类产品的水平; 为泥浆泵配套的圆柱滚子轴承被评为国优金质产品奖。冶金、矿山、轧机、石油钻机和军工专用轴承产品的质量亦有明显提高。还研制出一批新工艺和专用设备和仪器, 如天水轴仪厂研制的外球面轴承胶盖机、轴承零件退磁清洗机, 瓦房店轴承厂制造的铁路轴承专用设备MK7675数控双端面磨床等.
‚九·五‛期间, 轴承行业确定以开发‚三车‛(汽车、铁路客车货车、工程农机车辆) 、‚三机‛(冶金、矿山、石化机械, 精密机床, 电机) 和‚三高‛(高附加值、高新技术、高精高效专用设备) 轴承及设备为特定振兴产品, 集中力量重点解决供需矛盾突出、技术难度大、扩大出口创汇能力、提高经济效益的轴承产品和专用工艺装备。由于近年来国家大的经济环境的影响, 行业中大中型国有企业遇到很大困难, 因而‚九·五‛项目的执行情况还不尽人意, 特别是后两年的技术改造任务还相当艰巨。但也有部分考核指标取得较大进展, 如工业总产值(90年不变价), 到2000年目标是209年, 工业总产值已达到200亿元, 为考核指标的95.7%。改革开放二十年来, 轴承工业实现了历史性的飞跃, 其主要标志是:
旧的计划经济体制逐步打破, 新的市场经济体制已初步形成, 轴承行业已建立较完备的工业体系。经济快速发展, 综合经济实力迅速增强。按90年不变价计算, 定点企业轴承工业总产值1978年为19.3亿元, 而到1997年已达127.4亿元, 提高了5.6倍, 年平均增长率为10.4%,是新中国轴承经济发展最快的时期。(如以销售总额计, 二十年间提高10.7倍, 年平均递增率为13.8%)。此期间由于乡镇企业、三资企业迅猛发展, 使轴承生产能力节节攀升, 全行业1997年工业总产值已达200亿元, 以此估算, 二十年中的年平均增长率达到13.2%。定点企业1980年工业总产值(90年不变价) 仅为20.0亿元, 而到1991年达到了80.4亿元, 表明轴承行业较早提前实现了工业总产值翻两番的战略目标。固定资产投资大幅度增加, 生产能力和技术水平登上新台阶。在‚六·五‛、七·五‛和‚八·五‛三个‚五年计划中, 中央、省、市和地方对轴承工业的技改和基建投入74亿元(其中‚六·五‛2亿元、‚七·五‛19亿元、‚八·五‛53亿元), ‚九·五‛建议42亿元, 使生产能力迅速增强, 技术水平明显提高。
轴承工业为主机和重大技术装备的配套能力有较大增强, 为国防建设和发展高新技术提供了高质量的新产品; 轴承出口所占份额较高,1997年全行业轴承出口额7.8亿套, 创汇4.3亿美元, 按产值计已占17.6%,按产量计已达43.3%,轴承市场国际化程度明显改观。
轴承的定义
轴承是一个支撑轴的零件,它可以引导轴的旋转,也可以承受轴上空转的零件,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承,一般来说的轴承指的是滚动轴承。
滚动轴承的定义
将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件,叫滚动轴承。
1、滚动轴承的结构、分类及特点
1.1结构
滚动轴承(以下简称轴承)一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。(如图1.1)
内圈与外圈之间装有若干个滚动体,由保持架使其保持一定的间隔一面相互接触和碰撞,从而进行圆滑的滚动。
轴承按照滚动体的列数,可以分为单列、双列和多列。
1)、内圈、外圈和滚动体
内圈、外圈上滚动体滚动的部分称作滚动面。球轴承套圈的滚动又称作沟道。
一般来说,内圈的内径、外圈的外径在安装时分别与轴和外壳有适当的配合。
推力轴承的内圈、外圈分别称作轴圈和座圈。
2)、滚动体
滚动体分为球和滚子两大类,滚子根据其形状又分为圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针。
3)、保持架
保持架将滚动体部分包围,使其在圆周方向保持一定的间隔。
保持架按工艺不同可分为冲压保持架、车制保持架、成形保持架和销式保持架。
按照材料不同可分为钢保持架、铜保持架、尼龙保持架及酚醛树脂保持架。
1.2轴承的工作状况
如下两图所示,轴承在工作(按一定转速转动)时,具有承受径向和轴向载荷的能力,并会产生径向与轴向的跳动。
1.3分类
轴承受负荷时作用于滚动面与滚动体之间的负荷方向与垂直于轴承中心线的平面内所形成的角度称作接触角,接触角小于45°主要承受径向负荷称为向心轴承,在45°~90°之间主要承受轴向负荷称为推力轴承,根据接触角和滚动体的不同,通用轴承分类如下:
深沟球轴承(单、双列) 角接触球轴承(单、双列)
四点接触球轴承
调心球轴承
向心圆柱滚子轴承(单、双、四列)
轴圆锥滚子轴承(单、双、四列)
滚承滚针轴承(单、双列)
动调心滚子轴承
轴承推力球轴承(单、双列)
推力角接触球轴承(单、双向)
推力推力圆柱滚子轴承
轴推力圆锥滚子轴承
承推力滚针轴承
推力调心滚子轴承
1.4特点
1.4.1滚动轴承的优点
滚动轴承虽有许多类型和品种,并拥有各自固定的特征,但是,它们与滑动轴承相比较,却具有下述共同的优点:
(1)、起动摩擦系数小,与动摩擦系数之差少。
(2)、国际性标准和规格统一,容易得到有互换性的产品。
(3)、润滑方便,润滑剂消耗少。
(4)、一般,一套轴承可同时承受径向和轴向两方向负荷。
(5)、可方便地在高温或低温情况下使用。
(6)、可通过施加预压提高轴承刚性。
1.4.2球轴承与滚子轴承
主要尺寸相同的球轴承与滚子轴承相比,一般球轴承由于摩擦阻力和旋转时的轴振摆小,所以,使用于高速、高精度、低力矩及低振动的场合。而滚子轴承具有大负荷容量,所以,适用于有中负荷或冲击负荷,并要求长寿命的场合。
1.4.3向心轴承与推力轴承
几乎所有的滚动轴承类型都可以同时承受径向负荷和轴向负荷。一般来说接触角45°以下,则径向负荷容量较大,分类为向心轴承;超过45°,则轴向负荷承受力大,即视为推力轴承。同时还生产向心和退离一体化的复合轴承。
1.4.4标准轴承和特殊轴承
标准轴承在主要尺寸和形式上均采用国际标准在全世界任何地区都可以容易而且经济地得到,因此,在机械装置设计是最好采用标准轴承。
但是 ,根据其机械性质、用途及轴承的要求性能,有时也采用与标准尺寸、标准类型不同的特殊轴承。适用于特定用途的特殊专用轴承、机械装置的某一部分与轴承一体化的组合轴承也属于特殊轴承。
1.5性能比较
各种类型轴承性能比较表1.1
◎:优 ○:良 △:略可 X:不可 ->:仅单向 :双向 □:合适 ■:合适, 但需利用配合
1.6各型号轴承特征
深沟球轴承
深沟球轴承是应用范围最为广泛、最具代表性的滚动轴承。
此类轴承内外圈滚道都呈圆弧状深沟,可承受径向、轴向及合成
负荷。结构简单,容易得到高精度,适合高速旋转。
深沟球轴承一般采用钢板冲压保持架,但尺寸较大不易冲压
成型或用于高速旋转的,则采用车削成型保持架。此类轴承通常
会有带防尘盖、带密封圈、非接触胶盖、接触胶盖或止动环轴承。
l 微型:67X 、68X 、69X 、60X 、62X 、63X 、MRXX 、MFXX
2 通用:67XX 、68XX 、69XX 、160XX 、60XX 、62XX 、63XX 、64XX
3 英制:RLSXX 、RMSXX 、EXX 、RXX 、ENXX
4 加厚:622XX 、623XX 、630XX 、632XX 、633XX 、638XX
5 双列:42XX 、43XX
6 不锈钢:SS60XX 、SS62XX 、SS63XX 、SS69XX 、SSRXX 、SSFRXX
7 非标:60/XX、62/XX、63/XX
角接触球轴承
角接触球轴承的钢珠与内外圈接触点的连线与径向成一角度。接触角度一般分为15°、25°、40°,分别用字母C 、AC 、B 表示。角接触球轴承主
要承受较大单向轴向负荷,接触角度越大,承受负荷能力越大。保持
架材料有钢板、黄铜或工程塑胶,成型方式有冲压或车削,视轴承形
式或使用条件不同而选用。其它尚有组合角接触球轴承、双列角接触
球轴承及四点接触球轴承。
l 单列:78XX 、79XX 、70XX 、72XX 、73XX 、74XX
2 微型:70X
3 双列:52XX 、53XX 、32XX 、33XX 、LD57、LD58
4 四点接触:QJ2XX 、QJ3XX
圆柱滚子轴承
圆柱滚子轴承是滚子轴承中构造最为简单的一类轴承,内轮、外轮与滚子呈线接触,径向负荷能力大,适宜于高速旋转。圆柱滚子轴承
为分离型,安装、拆卸比较简便。基本形式有:N、NU 、NF 、
NJ 、NUP :
l N形:内圈有双档边,与滚子不可分离,外圈无档边,
可从两边自由脱落;
2 NU形:外圈有双档边,与滚子不可分离,内圈无档边,
可从两边自由脱落;
3 NF 形:内圈有双档边,与滚子不可分离,外圈有单档边,
只能从一边自由脱落;
4 NJ形:外圈有双档边,与滚子不可分离,内圈有单档边,只能从一边自由脱落; 5 NUP 形:外圈有双档边,与滚子不可分离,内圈单档边,可从一边自由脱落,但内圈档边一侧有一定位档圈,可以取下。
圆柱滚子轴承还有双列NN 形、NNU 形及四列圆柱滚子轴承。圆柱滚子轴承一般采用钢板冲压保持架,尺寸较大或用于高速旋转的则采用黄铜车削保持架,双列或
四列圆柱滚子轴承则采用插销保持架,以延长轴承使用寿命。
圆锥滚子轴承
圆锥滚子轴承内外圈及滚子的圆锥顶点是与轴承中心线上的某一点一致的,内外圈是分离型的。单列圆锥滚子轴承能够承受径向负荷与
轴向负荷的合成负荷。圆锥滚子轴承在设计时有一种特殊
情况即设计成具有国际互换性,即在一组相同型号的轴承
中,无论将任何一个外圈装到某一带滚子的内圈上,都不
至于影响轴承的使用效果。
其它尚有双列及四列圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承保
持架尺寸较小的是以钢板冲压成型,尺寸较大的采用黄铜
或软钢车削而成,用于重负荷时,则采用插销形保持架。
l 系列:329XX 、320XX 、302XX 、322XX 、303XX 、313XX 、323XX 、
332XX 、331XX
调心球轴承
调心球轴承的外圈轨道面呈与轴承中心点一致的球面,内圈具
有双列轨道。外圈轨道加工成球面,使内圈与珠子的组合能在外圈
内保持一定程度的自由倾斜,即所谓的自动调心性能。因此可自动
调整轴和轴承箱因加工、安装不当而产生的轴心偏移。保持架一般
采用钢板冲压或工程塑胶冲压制成。
特别注意的是内圈内孔有时会设计成带锥度,配合紧定套使
用,安装、拆卸更为方便。
l 微型:10X 、12X 、13X
2 通用:12XX 、13XX 、22XX 、23XX
调心滚子轴承
调心滚子轴承是内圈有双列滚道,外圈滚道设计为球面滚道,
滚子为鼓形的轴承。外圈滚道面中心与轴承中心一致,具有自动调
心性能,即使由于在轴与轴承箱之间有安装误差或轴有挠曲,使内
外圈产生倾斜的场合下亦能正常使用。
此类轴承径向负荷能力大,亦能承受重大荷重及冲击负荷。而
且因为具有自动调心性能,在某种程度上能承受两个方向的轴向负
荷。因此此类轴承可以适用于轴可能挠曲或装配误差难以避免的大
型机械设备如造纸机械、振动筛及一般产业机械等设备。
自动调心滚子轴承的保持架,较小尺寸采用钢板冲压成型,较大尺寸则采用黄铜或软钢车船削制成。
l 系列:213XX 、222XX 、223XX 、230XX 、231XX 、232XX 、239XX 、240XX 、241XX 平面推力球轴承
平面推力球轴承有单向和双向之分,单向平面推力球
轴承是在一套滚道圈之间加装有钢球,接触角度一般为
90°,仅能承受单向轴向负荷,不适宜于高速旋转。此类
轴承可以分离成三片,俗称为三夹片轴承,两个垫片都有
供滚珠滚动的圆弧状深沟。
双向推力球轴承有安装于轴上的中间圈和两个外圈,
在中间圈与外圈之间分别加有钢球,能够承受双向轴向负
荷。
平面推力球轴承外圈平面座有平面座型、调心座型和带调心垫圈座型。单向、双向推力球轴承保持架一般采用钢板冲压成型。
l 三片式:511XX 、512XX 、513XX 、514XX
2 五片式:522XX 、523XX 、524XX
3 推力调心滚子:294XX 、293XX 、292XX
带座外球面轴承
带座外球面轴承是将滚动轴承与轴承座结合在一起的一种轴承单元。大部分滚动轴承都是将轴承心的外圈的外径做成球面,与带有
球状内孔的轴承座安装在一起,结构形式多样,通用
性和互换性好。
同时,此类轴承在设计上也具有一定调心性,易
于安装,具有双重结构的密封装置,可以在恶劣的环
境下工作。轴承座一般是采用铸造成型。常用座有铸
造立式座(P )、铸造方形座(F )、铸造凸台方形座(FS )、
铸造凸台圆形座(FC )、铸造菱形座(FL )、铸造环形座(C )、铸造滑块座等(T )。轴承心的种类常见的有以下两种:
l 带紧定螺钉外球面UC 类轴承;
2 带圆锥孔外球面UK 类轴承;
带座外球面轴承分为轴承心和轴承座,在叫法上是以轴承心加上轴承座称呼,如带紧定螺钉外球面轴承UC205配铸造立式座称UCP205。 带座外球面轴承由于具有很强的互换性,轴承心可以随意装配在同一规格不同形状的轴承座。
滚针轴承
窄截面的特点使之适用于有限的径向空间,可承受高径向载荷。广阔的
设计范围包括与其它轴承相组合,适合承受径向和轴向的载荷,提供给用户简单、紧凑和经济的轴承布置。
单向轴承
单向离合器俗称单向轴承,也就是仅能单一方向(顺
时针方向或逆时针反方向)传导的连轴器。当动力源传
动被动元件时只能单一方向来传动,若动力源改变方向
时,(如顺时针CW 变为逆时针CCW 方向),被动元件会自
动脱离不产生任何动力传动的功能。
直线滚珠轴承
直线滚珠轴承是与轴作滚动接触,并以轴为轨道,在轴方向上能做无限直线运动的高精度轴承。轴承外筒内装有保持架、钢球、侧板等,在构造上是由保持架引导使钢珠做极为圆滑的循环。具有摩擦阻力小、噪音低、贯性力小、耐腐蚀等优点,广泛应用于电子机械、印刷机械、物料搬运机械和各种精密
测量仪器等。
直线滚珠轴承有亚洲公制、欧洲公制及英制系列,而每一个系列又有三种形式,即标准型、调整型和开放型。 l 亚洲公制:标准型(SDM )、调整型(SDM …AJ )、开放型(SDM…OP) 2 欧洲公制:标准型(SDE )、调整型(SDE …AJ )、开放型(SDE …OP ) 3 英制系列:标准型(SDB )、调整型(SDB …AJ )、开放型(SDB …OP
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2、滚动轴承的主要尺寸与基本代号方法
2.1滚动轴承基本尺寸
对于轴承的主要尺寸,国际标准化组织(ISO )为保证国际上的互换性和生产中的经济性,已制定了统一的国际标准[ISO15、ISO355、ISO104],分别对向心轴承、圆锥滚子、推力轴承的主要外形尺寸作了相应的规定,即对轴承的内径、外径宽度以及倒角尺寸进行了系列化、标准化,我国标准也等效采用了ISO 标准的规定。
主要尺寸标准化是指轴承轮廓尺寸,即内径、外径、宽度或高度以及倒角尺寸,对于内部尺寸,原则上不规定。
轴承尺寸的选择,一般是根据作用于轴承的负荷以及对轴承寿命与负荷容量(额定负荷)的要求来进行考虑的。
对于向心轴承(除圆锥滚子轴承外),针对各自标准内径规定了最大的8种外径尺寸,其系列为直径系列(7、8、9、0、1、2、3)顺序依次增大。
对于同一内径,外径组合(向心轴承),规定了最大8种宽度尺寸,其宽度系列(8、0、1、2、3、4、5、6)顺序依次增大。
对于圆锥滚子轴承,相对于标准内径的直径系列有6种标准规定,分别以B 、C 、D 、E 、F 、G 表示,为外径依次增大,宽度尺寸有4种,分别为B 、C 、D 、F 表示,为外径依次增大,此外还规定接触角的系列(2、3、4、5、6、7)接触角依次增大。
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2.4轴承内径代号
2.5后置代号
2.5.1内部结构代号 表2.4
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2.5.6新旧轴承代号对照:表2.9
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2.5.7常见国内外轴承品牌代号
3、轴承的精度
轴承精度主要指尺寸精度和旋转精度,国标参照国际标准分别规定了不同的精度等级及主要尺寸的公差及公差值,轴承精度分为P0 (G)、P6 (D)、P5 (E)、P4 (B)、P2 (C)五个等级。
尺寸公差
旋转精度
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4、轴承的配合和游隙 4.1配合
轴承安装时轴承内径与轴、外径与外壳的配合非常重要,当配合过松时,配合面会产生相对滑动,称做蠕变。 蠕变一旦产生会对磨损配合面,损伤轴或外壳,而且,磨损粉末会侵入轴承内部,造成发热、振动和破坏。
过盈过大时,会导致外圈外径变小或内圈内径变大,会减小轴承内部游隙,另外,轴和外壳加工的几何精度也会影响轴承套圈的原有精度,从而影响轴承的使用性能。 4.1.1配合的选择
4.1.1.1负荷的性质与配合
选择配合,根据轴承承受负荷的方向和内圈、外圈的旋转状况而定,一般参照表4.1。
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2)、推荐使用的配合
为选择适合用途的配合,要考虑轴承负荷的性质、大小、温度条件、轴承的安装、拆卸各种条件因素。将轴承安装到薄壁外壳、空心轴的场合,过盈量需要比普通大;分离式外壳易使轴承外圈变形,因此外圈需要静配合的条件下应谨慎用;在振动大的场合,内圈、外圈应采取静配合。
最一般的推荐配合,参照表4.2,表4.3
表4.2 向心轴承与轴的配合
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3)、轴、外壳的精度和表面粗糙度
轴、外壳精度不要好的情况下,轴承受其影响,不能发挥所需性能。比如,安装部分挡肩如果精度不好,会产生内、外圈倾斜。在轴承负荷外,加上端部集中负荷,使轴承疲劳寿命下降,更严重的会成为保持架破损,烧结的原因。 再者,外壳由于外部负荷而造成的变形不大。需要能够充分支撑轴承的刚性,刚性愈高,对轴承噪音、负荷分布则愈有利。
在一般使用条件下,车削终加工或精密镗床加工就可以。但是,对于旋转跳动、噪声要求严格的场合及负荷条件过于苛刻,则需采用磨削终加工。
在整体外壳排列2个以上轴承时,外壳配合面要设计得能够加工穿孔。 在一般的使用条件下,轴、外壳的精度与光洁度可根据下表4.4。
4.2轴承游隙:
轴承游隙如图1:
图1 轴承游隙
4.2.1轴承内部游隙
所谓轴承内部游隙,即指轴承在未安装于轴或轴承箱时,将其内圈或外圈的一固定,然后使未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向,可以分为径向游隙和轴向游隙。
在测量轴承的内部就游隙时,为使测量值稳定,一般在套圈上施加测试负荷。因此,测试值要比实际游隙值大,即多出一个施加测试负荷而产生的弹性变形量。轴承内部游隙的实际值根据表4.5。对上述弹性变形造成的游隙增加量加以修正。滚子轴承的弹性变形量可忽略不计。
4.2.2轴承游隙的选择
轴承的运转游隙,由于轴承配合以及内外圈温差的原因,一般要比初期游隙小。运转游隙与轴承的寿命、温升、振动以及噪音有着密切的关系,所以必须将其设定为最佳状态。 从理论上讲,轴承在运转时,稍带负的运转游隙,则轴承的寿命最大。但要保持这一最佳游隙是非常困难的。随着使用条件的变化,轴承的负游隙会相应增大,从而导致轴承
寿命显著下降或产生发热。因此,一般将轴承的初期游隙定为略大于零。
图2:轴承径向游隙的变化
4.2.3轴承游隙的选择标准
从理论上讲,轴承在安全运转状态下,稍微有点负的运转游隙时,轴承寿命最大。但实际上要保持这一最佳状态是非常困难的一旦某种使用条件变化,则负游隙增大,从而招致轴承寿命显著下降或发热。因此,通常选择初期游隙时,要求运转游隙取为仅稍大于零。 对于通常条件下使用的轴承,将采用普通负荷的配合,转速和温度正常时,只需选择相应的普通游隙,使可得到适宜的运转游隙。
5、轴承的材料 5.1、轴承钢概述
滚动轴承的套圈和滚动体,反复承受高接触应力的同时还保持高精度旋转。因此,对轴承的套圈、滚动体及保持架的材料、性能,主要要求如下: 滚动疲劳强度大 套圈、滚动硬度高
保持架材料 求的性能所要求的性能
机械强度大此外,还需要加工性好。根据用途不同,还有要求其耐冲击性、耐热性、耐腐蚀性好。一般的滚动轴承套圈及滚动体都采用高碳铬轴承钢或渗碳钢。前者采用全淬火,表面和心部均可硬化;后者只在表层渗碳淬火,只有表层是硬化层。套圈及滚动体的硬度一般为HRC58~HRC65。
高碳铬轴承钢(GCr15)是滚动轴承的最佳材料,且应用范围广。渗碳钢多用铬钢(SCr )、铬钼钢(SCM )以及镍铬钼钢(SNCM )等渗碳钢只在表层适当适当深度范围内渗碳,形成硬化层,而中心部位硬度却较低。
非金属夹杂物多则引起疲劳龟裂,故非金属夹杂物越少,材料越清洁,滚动疲劳寿命则越长。
6、轴承使用中的预负荷、润滑和密封
6.1轴承的预负荷
滚动轴承在多数场合,在运转状态下,应有适当的游隙使用。根据目的不同,也有在组装轴承时,预先使轴承产生内部应力,以便让轴承带有负游隙来使用。这种使用方法称作预负荷。一般适用于向心推力球轴承、圆锥滚子轴承,将二个轴承成对使用,成为可以调整游隙的轴承。 6.1.1预负荷的目的
预负荷的主要目的及代表性例子如下。 (1)、在正确地决定轴的径向方向及轴向方向的位置的同时,抑制轴的跳动。 机床的主轴轴承、测量一起轴承。 (2)、提高轴承的刚性。机床的主轴用轴承、汽车差动机构小齿轮用轴承。 (3)、防止轴向方向振动及由于共振而造成的异音。 (4)、抑制滚动体的旋转滑动、公转滑动及自转滑动。高速旋转向心推力球轴承、推力球轴承。 (5)、对于套圈,保持滚动体的正确位置。将推力球轴承、推力调心滚子轴承用在水平轴时。
6.1.2预负荷的方法 (1)、定位预负荷
定位预负荷是对置轴承轴向方向的相对位置在使用中也不会改变的预负荷方法。其方法如下。
a 、为了实施预负荷将事先调整过宽度差或轴向游隙的组合轴承筋骨后使用的方法。 b 、使用调整过尺寸的衬垫、填隙片,以便给予轴承预负荷的方法。
c 、筋骨可以调整轴向方向游隙的螺杆、螺母后使用的方法。在这种场合,为了得到
适当的预负荷量,要一面测定起动摩擦力矩一面调整。所谓定压预负荷,是利用螺旋弹簧、碟形弹簧,给予轴承适当的预负荷的方法。在使用中,轴承的相对位置即使有变化,预负荷量也可以大致保持一致。
(2)、定压预负荷
定压预负荷为使轴承在轴向预紧负荷在使用中保持不变的一种负荷方式,其预紧量可通过调整卷簧、碟簧等的压缩量来实现。
6.2轴承的润滑
6.2.1滚动轴承的润滑目的是为了在轴承滚动面形成均匀的润滑油膜,从而减少轴承内部摩擦及磨损,防止烧结。其主要作用如下:
(1)、减少摩擦及磨损。
在构成轴承的套圈、滚动体及保持器的想和接触部分,防止金属接触,减少摩擦、磨损。
(2)、延长疲劳寿命
轴承的滚动疲劳寿命在旋转中,滚动接触面润滑良好,则延长。相反地,油粘度低,润滑油膜厚度不好,则缩短。
(3)、排出摩擦热、冷却。
循环给油法可以用油排出摩擦发生的热,或由外部传来的热,冷却。防止轴承过热,防止润滑油自身老化。
(4)、其他。
也有防止异物侵入轴承内部,或防止生锈、腐蚀的效果。 6.2.2润滑方法
轴承的润滑方法,分为脂润滑和油润滑,为了使轴承很好地发挥轴承的有效机能,首先,要选择适合使用条件、使用目的的润滑方法,如只考虑润滑效果,油润滑的润滑效果占优势。但脂润滑有可以简化轴承周围结构的优点,使用也很广泛。近年来,使用润滑脂的密封结构轴承也被越来越多地被采用。
表6.1 油润滑与脂润滑利弊比较
6.2.3脂润滑
脂润滑可做到充填一次润滑脂后长时间不需补充,而且其密封装置的结构也较简单,因此使用广泛。
脂润滑有预先在密封型轴承中充填润滑脂的密封方式,以及在外壳内部充填适量润滑脂,每隔一段时间进行补充或更换的充填供脂方式。
此外,对有多处轴承需要润滑的机械,还采用管道连接至各润滑处的集中供脂方式。 1)润滑脂的充填量
外壳内的润滑脂充填量随外壳的结构和容积而有所不同,一般充填至容积的1/3-1/2为宜。
充填量过多时,润滑脂因搅拌发热发生变质,老化和软化,应加以注意。 但用于低速轴承时,为防止异物侵入,有时也充填至容积的2/3-1。 2)润滑脂的补充与更换
润滑脂的补充与更换同润滑方式有密切的关系,无论采用何种方式,都必须使用清洁的润滑脂,并注意防止外部异物的侵入。 补充的润滑脂应昼为同一品牌号的润滑脂。
补充润滑脂时,尤为重要的是应保证新润滑脂确实进到轴承内部
6.2.4油润滑
(1)、油浴法
油浴法是用于低速、中速旋转的一般润滑方法。油面原则是在最下位的滚动体中心。最好安装油位表,以便于确认油面。
(2)、滴注供油法
滴注供油法多用语较高旋转的小型球轴承等。有贮藏在可视的 给油器中,滴下的油量,由上部的螺丝来调节。
(3)、飞溅式供油法
飞溅式供油法是不直接将轴承浸入油中,利用周围的齿轮回转轮回产生的 飞溅来使轴承润滑的方法。广泛使用于汽车的变速器、差动齿轮装置。
(4)、循环供油法
对于需要用油冷却轴承部分的告诉旋转,或周围温度很高的使用场合,多采用循环供油。
(5)、喷射供油法
喷射供油法多用于高速旋转用轴承。比如:喷气式发动机。对于同一油量,喷嘴根数多有利于冷却效果好。因喷射供油法的用油量多,应该要注意减少油的搅拌阻力,加大排油口,强制排油,以便有效地排热。
(6)、喷雾供油法
喷雾供油法是用空气使润滑油成无6状,喷到轴承上的润滑方法。起优点如下: 因润滑油量少,所以搅拌阻力小,适用于高速旋转; 从轴承内部很少漏油,所以,设备、制品的污染少; 可以经常提供新的润滑油、延长轴承的寿命;
因此,喷雾供油法用于机床的高速主轴、高速旋转泵、轧钢机辊颈用轴承的润滑。
(7)、油气供油法 6.3密封
轴承室的密封装置是防止来自外部的尘埃、水分、金属粉末等有害物的侵入,防止轴承内的润滑脂泄露。对任何运转条件,都必须始终起到密封防尘的目的。同时,可以是轴承拆卸、装配、保养等顺利进行,须根据各种不同用途,结合润滑方法来选择适当的密封装置。
密封装置分为非接触式结构和接触式结构两种。非接触式结构不与轴接触,也没有摩擦部分的密封装置,这种结构有细槽、甩油槽、曲路密封等几种形式,是利用离心力、小的游隙起到密封的目的;接触式密封机构是用合成橡胶、合成树脂、毛毡等接触唇与轴接触起到密封的作用。
7轴承的寿命
滚动轴承的寿命,是指轴承的疲劳寿命。就批量轴承而言,寿命是离散的,但寿命分布服从参数韦布尔分布。把90%轴承所能达到的寿命定义为轴承寿命,也可以认为轴承的可靠性为90%。因此,轴承可靠性越高,寿命越短,轴承寿命常用运转时间或旋转次数表示。
轴承寿命不能准确评定所有应用场合轴承的使用时间的长短,因此近年来对部分使用工况提出了一些新的寿命评定方法,如噪音寿命、润滑寿命和精度寿命等。
疲劳寿命
滚动轴承运转过程中,承受一定的负荷,即使是静态负荷,但对钢球和滚道而言,其应力却是循环往复的,材料将发生滚动疲劳从而使轴承达到寿命。其现象为滚动表面材料的一部分象鱼鳞一样突然脱落,这种现象称为疲劳剥落(Flaking )。 噪音寿命
对家用电器轴承,轴承承受的载荷很小,轴承寿命很长。但轴承运转一段时间后,亦会产生磨损、振动噪音增大、润滑脂劣化等。由于对家电轴承噪音要求严格,当轴承噪音超出容许范围时,就认为轴承已经不能继续使用。轴承低噪音运转的总时间称之为轴承噪音寿命。
润滑寿命
家用电器轴承通常采用免维护的脂润滑密封轴承。尽管轴承润滑只需要微量的润滑剂,但运转较长时间后由于润滑脂的劣化和泄漏,轴承润滑不良,从而使轴承失效。轴承良好润滑状态下运转的总时间称之为轴承寿命。
对于轻载轴承,轴承噪音寿命和润滑寿命短于轴承疲劳寿命。如家用电器轴承,只要轴承选型和安装正确,完全可以满足主机的寿命匹配要求 。
附件一、深沟球轴承加工的一般工艺流程:
附件二:
关于电机轴承漆锈的成因说明与预防措施
1前言
从1994年开始,我们发现了电机用轴承出现的漆锈现象。我们查阅了大量的资料,发现在国内、外电机业中都有发生过。象日本等工业化发达的国家,早在七十年代就出现了漆锈现象。从表面上看越好的轴承越容易发生漆锈。我们通过做了一些试验和分析,对漆锈有了基本的认识,现提出电机轴承漆锈的产生原因和预防措施,供大家参考。 2漆锈的现象与特征
漆锈主要出现在封闭式电机或封闭包装存放电机上。这主要是封闭型电机漆气不易向外逸出的缘故。发生漆锈现象的特征如下:
2.1地域性: 通常在高温高湿的南方地区及沿海地区发生率较高;
2.2季节性:高温闷热季节较易发生;
2.3方向性:靠近转子的轴承端面生锈,另一端面一般不锈;
2.4电机类型:通常为封闭式或封闭式储存电机;
2.5发生漆锈的轴承润滑脂具有一种殊的漆锈味,有时内部生锈比外部严重;
2.6漆锈现象的发生大多出现在使用溶剂型绝缘漆的电机,有时使用无溶剂型漆也会发生
(烘干时间不足)。
3漆锈产生机理
漆锈产生受内外综合因素的影响:电机用轴承漆锈是电机定子的绝缘漆挥发出的酸性分子与潮气一起被润滑脂吸收产生反应造成的。与绝缘漆的类型,定子的烘干工艺,电机的保管环境有关。使用氨基或酚基类绝缘漆时,漆在硬化过程中分子链极不稳定会有低分子物质逸出:如甲醛,在温湿度适当的时候,甲醛与潮气中的凝露反应产生甲酸,甲酸会使润滑脂水解,接而腐蚀轴承产生漆锈。
甲醛+
甲酸+
腐蚀生锈
4诱发因素
我们在漆锈试验过程中,发现漆锈的严重程度与湿度有紧密关系,一般在70%RH的环境下,极易发生漆锈。这与绝大多数的漆锈都发生在南方或沿海每年雨季的现象相吻合。从目前我们掌握的情况看,诱发的因素有:
4.1气候条件:高温高湿
4.2生产工艺:定子烘干不到位
4.3存放特点:密闭电机或密封包装
4.4漆锈的严重程度:漆的类型及漆基成份和润滑脂的类型有关
5漆锈的预防
综上所述,漆锈的预防必需在其机理上从电机设计与制造、绝缘漆和轴承上加以考虑。现将这些预防措施概略地整理如下:
5.1定子烘干工艺一定要保证,如时间a 与b 之间不明确;
时间
5.2当浸漆槽内的漆连续几天不用时要定期做好搅拌工作,否则易结块;
5.3溶剂型绝缘漆,当选用的溶剂不一样时,烘干时间要适当调整。如松香水比二甲苯的固化时间至少多1个小时;
5.4对不同规格电机的定子大小不一样,工艺时间也要适当调整;
5.5为保证使用的定子漆气完全释放,定子在使用过程应做到先进先出原则,让定子烘干后自然通风一段时间;
5.6尽量使用环氧类无溶剂型绝缘漆:因为它属低分子酸相对稳定,而且这种漆在生产过程是否已烘干也较易判断(因为它是从内往外干的,表层干了内部也就干了,不象氨基漆是从外表层往里干的,容易造成假象产生误判);
5.7在存放过程避免完全密封,尽可能地通风。对较潮湿的库房地面要打托盘并不要紧挨墙壁和墙角以保证通风;
5.8在润滑脂选用时,对轴承噪声和起动力矩要求不高的场合,尽量选用以矿物油为基础油的润滑脂。