哈軸集團-外球面球軸承的基本知識詳解-浙江哈軸寧波直銷中心

哈軸集團-外球面球軸承的基本知識詳解

2017-05-29 來源：浙江哈軸閱讀次數：7675

哈爾濱軸承 - 外球面球軸承

1. 結構特點

● 帶座外球面球軸承由外球面球軸承和軸承座兩大部分構成。軸承與座的配合面為球面，因此能自動調整補償中心誤差。

● 軸承按與軸的夾緊方式分類，通常有四類：帶頂絲類；帶偏心套類；圓錐孔帶緊定套類；鎖緊套類。

● 軸承座按材質分類，通常有兩個大類：鑄造座和沖壓座。

● 外球面球軸承設計有各種不同的密封裝置，可根據不同的工作環境來選用不同的密封結構，從而保證軸承的可靠性和較長的使用壽命。

2. 帶立式座頂絲外球面球軸承構造

● 鑄鐵座：剛性整體結構，易安裝。

● 寬內圈：利于用頂絲鎖緊，剛性更好。

● 頂絲：內圈上兩個120°夾角的頂絲，確保軸承容易地與軸緊固。

● 擋圈：兩邊各有一件，將塵埃有效地阻擋在外。

● 接觸式橡膠密封：安裝在靠兩邊擋圈的內側，保證潤滑脂在滾動體與滾道間有效地潤滑。

● 油杯：從該處可注入新的潤滑脂。

● 可調球面：當軸有不可避免的變形，或安裝難保證同軸度時，可自動進行調節補償。

3. 帶座外球面球軸承類型

4. 外球面球軸承

帶有密封裝置的外球面球軸承，其內部結構尺寸、鋼球、保持架等均與深溝球軸承相同。

4.1．套圈和鋼球的材質

軸承套圈和鋼球均用高碳鉻軸承鋼GCr15制造，其化學成分如表2

軸承套圈的硬度為59HRC~64HRC，鋼球的硬度為61HRC~66HRC，具有高的耐磨性和高的接觸疲勞強度。

對于帶頂絲類的外球面球軸承（UC200、UC300、RB200、UCX00、SB200、CSB200、ER200、SER200等系列），內圈螺孔部位經特殊熱處理，溝道部位保持較高的硬度，螺孔周圍的硬度則降低，保證頂絲在用較大力矩緊固時，螺孔不會因硬度太高而開裂。

4.2. 軸承公差

4.2.1. 外圈公差

外圈的公差應符合表3

注：（1）ΔDmp=單一平面內平均外徑偏差

（2）Kea=成套軸承外圈的徑向跳動

（3）D=軸承公稱外徑

4.2.2. 內圈公差

（1）圓柱孔內圈的公差

圓柱空內圈的公差應符合表4

注：（1）d=軸承公稱內孔直徑

（2）ΔDmp=單一平面內平均外徑偏差

（3）Kia=成套軸承內圈的徑向跳動

（4）ΔBs=內圈單一寬度偏差

（2）圓錐空內圈的公差

圓錐空內圈的公差應符合表5

注：（1）d=軸承公稱內孔直徑

（2）d₁=基本圓錐孔在理論大端的基本直徑

d₁可按以下公式得出

d₁=d+0.083333B

（3）B=內圈公稱寬度

（4）θ=公稱圓錐角=2°23′9.4″=2.38594°

（5）Δdmp=單一平面內平均內孔直徑偏差（指理論小端）

（6）Δdmp=基本圓錐孔在理論大端的平均內孔直徑偏差

4.2.3. 內圈基準端面到外球面中心距離“S”的公差

內圈基準端面到外球面中心距離“S”的公差見表6

4.3. 徑向游隙

外球面球軸承的徑向游隙通常比深溝球軸承的徑向游隙要大。圓柱孔外球面軸承的徑向游隙見表7；圓錐孔外球面軸承的徑向游隙見表8.

5.軸承座

5.1.軸承座的材質

鑄造座的材質為HT200（灰鑄鐵）和QT450-10（球墨鑄鐵），球墨鑄鐵座僅局限于PFTD2系列和FCT2系列；沖壓座的材質為08或10冷軋鋼板。

5.2.鑄造座的公差

5.2.1鑄造座球孔公差

鑄造座球孔公差見表10

5.2.2.立式座公差

立式座公差見表11

5.2.3.方形、菱形座公差

方形、菱形座公差見表12

輕型菱形座、三角形座公差見表13

帶凸臺的方形、圓形座公差見表14

可調菱形座、懸掛式座公差見表15

5.2.4.環形座公差

環形座公差見表16

5.2.5.滑塊座公差

滑塊座公差見表17

5.3.沖壓座

5.3.1.沖壓立式座公差

沖壓立式座公差見表18

5.3.2.沖壓圓形、三角形、菱形座公差

沖壓圓形、三角形、菱形座公差見表19

6.軸承的選用

軸承尺寸的選擇主要是根據軸承所承受的載荷，軸承的壽命及可靠性等要求進行。基本額定載荷是用來評定軸承承載能力的技術指標，基本額定載荷包含基本額定動載荷和基本額定靜載荷。

表征軸承在旋轉（轉速n＞10轉/分）時的承載能力為基本額定動載荷C，表征軸承在靜止或緩慢旋轉或震蕩擺動（轉速n≤10轉/分）時的承載能力為基本額定靜載荷C_O。

外球面球軸承為向心球軸承類，主要承受徑向力。因此，表征為徑向基本額定動載荷C_r和徑向基本額定靜載荷C_or。

徑向基本額定動載荷C_r和徑向基本額定靜載荷C_or的數值均在產品的外型尺寸表上顯示

通常，壽命計算是選用滾動軸承的重要依據。壽命一般指軸承的疲勞壽命。當正確使用軸承時，即載荷適中，安裝正確，潤滑良好，軸承的破壞主要是交變接觸應力引起滾動表面層的疲勞剝落，這種損壞形式是不可能完全避免的。但是各種機械用途不同，對軸承的要求也不同，在所規定的期間內要求軸承保持某種性能。而軸承工作一段時間后，噪聲、振動增加，磨損造成精度下降，潤滑脂老化等都將導致軸承失效，或不能滿足該種機械的要求。這種失效前的壽命，分別稱為噪聲壽命、磨損壽命、潤滑脂壽命。

除上述壽命外，軸承不能再使用原因還有燒結、斷裂、裂紋、卡傷、密封失效等，這些應作為軸承故障，故障來源于選擇軸承不當、機械設計不良、安裝、使用、維護保養與制造等方面的錯誤，與軸承壽命應相區別。

6.1.基本額定載荷和壽命

徑向基本額定動載荷Cr：系指一套滾動軸承理論上所能承受的恒定的徑向載荷，在該載荷作用下，軸承的基本額定壽命為一百萬轉。

壽命：單個滾動軸承的壽命，指軸承的一個套圈貨鋼球材料上出現第一個疲勞擴展跡象之前，軸承的一個套圈相對于另一個套圈旋轉的轉數。

可靠度：系指一組在相同條件下運轉，近于相同的滾動軸承，期望達到貨超過規定壽命的百分率，單個滾動軸承的可靠度為該軸承達到或超過規定壽命的概率。

基本額定壽命：對于采用當代常用優質材料和具有良好加工質量，并在常規運轉條件下運轉的軸承，系指與90%的可靠度相關的額定壽命。

6.2.按基本額定動載荷選用軸承

6.2.1.基本額定壽命

滾動軸承額定壽命的計算方法，在國家標準GB/T6391（等同國標標準ISO281）中有明確規定。向心球軸承的基本額定壽命計算公式：

其中：L₁₀：基本額定壽命（百萬轉）

C_r：徑向基本額定動載荷

P_r：徑向當量動載荷

徑向當量動載荷P_r：系指一恒定的徑向載荷，在該載荷作用下，滾動軸承具有與實際載荷條件下相同的壽命。

如果軸承在一個恒定的轉速下工作，基本額定壽命可轉換成小時數，其計算公式為：

其中：L_10h=基本額定壽命（小時）

n=軸承工作轉速（轉/分）

簡易算法：假設需要500小時基本額定壽命；這里引入轉速因數f_n和壽命因數f_h

這樣，公式簡化為：

f_n和f_h值能根據工作轉速和設定的壽命在圖1中查出。再根據所需要的徑向當量動載荷，就能算出徑向基本額定動載荷，然后，根據相應的Cr值就能確定選用什么尺寸的軸承了。

如果軸承是在變載荷和變速下工作，在確定軸承壽命時，則應用平均當量動載荷和平均轉速來計算。平均當量動載荷一般按下式計算：

式中：P_m=平均當量動載荷

P=當量動載荷（函數式）

N=載荷變動一個周期內的總轉數

6.2.2.軸承安全壽命的設定

當你選擇軸承時，常常要根據相應的機械類型、工作環境和可靠性要求來設定一個適當的安全壽命，總的說來，這個設定的安全壽命就決定了機械與這相關的維護保養周期。

6.2.3.當量動載荷“P”的計算方法

軸承的基本額定動載荷是在假定的運轉條件下確定的，即向心軸承僅受徑向載荷。而實際應用場合常常同時承受徑向載荷和軸向載荷，這樣，在進行軸承壽命計算時，必須把實際載荷轉換為與額定動載荷條件相一致的當量動載荷。當合成載荷的大小和方向恒定時，其當量動載荷的一般計算公式為：

P=XF_r+YF_a

其中：P= 當量動載荷（N）

F_r=徑向載荷（N）=軸承實際載荷的徑向分量（N）

F_a=軸向載荷（N）=軸承實際載荷的軸向分量（N）

X= 徑向系數

Y=軸向系數

外球面球軸承的軸向載荷能力與軸承與軸的固緊方式有關。

帶緊定螺釘或帶偏心套固緊類的軸承，如果軸與軸承的配合較好且螺釘足夠緊（見表32緊固力矩），軸向載荷F_a不能超過未被利用的允許徑向載荷F_r的20%。

如果是用緊定套鎖緊的軸承，如果安裝固緊正確，軸向載荷F_a最大也只能是未被利用的允許徑向載荷F_r的20%。

外球面球軸承的徑向系數X和軸向系數Y，可從下表中查出（也可用插入法求得）。

當軸承承受恒定力矩載荷時，當量動載荷可按以下公式計算：

P_m=f_m· P

其中：P_m=考慮力矩載荷的當量動載荷

f_m =當力矩載荷較小時：f_m =1.5

當力矩載荷較大時：f_m=2

當軸承承受沖擊載荷時，當量動載荷可按下式計算：

P_d=f_d· P

其中：P_d=考慮沖擊載荷的當量動載荷（N）

f_d =沖擊載荷因數；可按以下方法選取：

當無沖擊載荷或輕微沖擊載荷時：

f_d =1~1.2

當有一定的沖擊載荷時：

f_d =1.2~1.8

6.3.選用實例

某一軸承工作轉速為1000r/m，僅承受一徑向載荷F_r=3000N，要求基本額定壽命最少20000小時，選擇軸承尺寸。

根據轉速n=1000r/m能查出：

f_n=0.322（從圖1中顯示約近0.32）

根據要求基本額定壽命20000小時（設定的安全壽命）能查出：

f_n=3.42（從圖1中顯示約近0.34）

僅承受一徑向載荷

P=F_r=3000（N）

這樣

用另一種簡易方法計算軸承壽命，即圖2的查表法。

具體做法是：連接轉速n（1000r/m）的點和設定的基本額定壽命L10h（20000小時）的點，劃一直線，直線與中間C/P值刻線的交點就是所求的C/P值，從圖中看出：

C/P=10.6，已知P=Fr=3000，這樣該軸承所需的基本額定動載荷為：

C/P=10.6

C=10.6P

=10.6×3000=31800（N）

然后，根據各種尺寸軸承的基本額定載荷值，就能確定應該選什么尺寸的軸承了。

6.4. 額定壽命的修正

通常采用基本額定壽命L10作為衡量軸承性能的準則就足以滿足要求，該壽命是指90%可靠度下的壽命。

然后，對于某些應用場合，或許要求計算更高可靠度下的壽命，同時，對于許多應用場合，還希望更精確、更完善地考慮軸承質量和運轉條件對壽命的影響，修正額定壽命L_nm則滿足于這一要求。

修正額定壽命L_nm，可以按下式計算：

L_nm=a₁a_ISOL₁₀

可靠度壽命修正系數a₁的值列于表21

系統方法的壽命修正系數a_ISO

考慮一下影響因素：

———— 材料（如潔凈度、硬度、疲勞極限、溫度響應）；

———— 潤滑（如粘度、軸承轉速、軸承尺寸、潤滑劑類型、添加劑）；

———— 環境（如污染程度、濕度）；

———— 雜質顆粒（如硬度、尺寸、形狀、材料）；

———— 套圈中內應力（如制造過程產生的、安裝后套圈過盈產生的內應力）；

———— 安裝（如裝拆損傷、不同心）；

———— 軸承載荷。

也就是說，以上任何因素的改變，都直接影響到軸承的壽命。在選用軸承時，應充分考慮各方面因素的影響，給出合適的系數，從而避免選用不當而達不到預期效果。

關于壽命計算方法，可參閱國家標準GB/T6391

7.潤滑和工作溫度

7.1.潤滑脂

帶座外球面球軸承的軸承內，裝填中小型電機軸承潤滑脂（2號鋰基脂），其物理及化學性能參考表22。

7.2.工作溫度

一般軸承工作溫度不超過120℃（外圈測量溫度為100℃），外球面球軸承持續工作溫度在70℃以上時，必須考慮縮短再潤滑周期，低溫極限為不超過零下20℃。

如果要求軸承達到更高貨更低的工作溫度，請咨詢我們以獲得更多信息。

7.3.再潤滑周期

通常情況下，潤滑脂壽命能滿足軸承額定壽命的使用期。但在潤滑脂變質快的場合下使用軸承時，需定期補充潤滑脂，使軸承保持正常的潤滑狀態，保證軸承得到較長的壽命。

再潤滑周期主要由軸承轉速、工作溫度以及周圍環境所決定。再潤滑周期可參考表23.

補充潤滑脂的加脂量參考表24

注：1.軸承初期潤滑脂的填充量占軸承內部有效空間容積的30~40%。建議潤滑脂的補充量以初期的填充量為參考，即表中所列數值。因為補充量過多，可能會導致軸承異常發熱和潤滑脂的泄露。

2.密封結構為三唇密封圈的軸承潤滑脂補充量推薦表中數值的1.5倍。

3.軸承低速場合使用時，為提高軸承的防塵性能，潤滑脂補充量可選擇表中數值的2倍。

7.4.油杯

公司可提供的油杯包括A型（直通）、B型（45°）以及C型（90°）三種類型。常規座所帶油杯類型按表25所示。而表26列出的M6×1，M8×1，1/4-28UNF，1/8-27NPT以及G1/8油杯不同類型尺寸與設計，以滿足客戶對油杯的特殊要求。

8.極限轉速

外球面球軸承的極限轉速主要取決于軸承工作時產生的摩擦熱大小，它與載荷情況、環境溫度、潤滑條件及壽命都有密切聯系，而軸承與軸的良好配合也是實現高轉速的保證。一般情況下，帶頂絲類和帶偏心套類外球面軸承與軸采用間隙配合，軸的精度選用h7級公差；當載荷較輕、轉速低時，軸的精度可選用h8或h9級公差；當高速、重載荷時，軸承與軸采用較緊的配合，軸的精度采用j7級公差。帶緊定套類外球面球軸承與軸配合，軸的精度采用h9級公差，并保證IT5/2圓柱度要求，表中用（h9/IT5）表示。

CS200系列外球面球軸承極限轉速與深溝球軸承極限轉速想當，其極限轉速參考值如表27中所示。

外球面球軸承在不同配合下的極限轉速參考值如表27所示