2017-05-29 來源：浙江哈軸 閱讀次數(shù)：7387
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(diào)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(zhì)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(jù)不同的工作環(huán)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(nèi)圈：利于用頂絲鎖緊，剛性更好。
● 頂絲：內(nèi)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(nèi)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(diào)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(diào)節(jié)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(nèi)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(zhì)
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(nèi)圈螺孔部位經(jīng)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(nèi)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(nèi)圈公差
（1） 圓柱孔內(nèi)圈的公差
圓柱空內(nèi)圈的公差應符合表4
注：（1）d=軸承公稱內(nèi)孔直徑
（2）ΔDmp=單一平面內(nèi)平均外徑偏差
（3）Kia=成套軸承內(nèi)圈的徑向跳動
（4）ΔBs=內(nèi)圈單一寬度偏差
（2）圓錐空內(nèi)圈的公差
圓錐空內(nèi)圈的公差應符合表5
注：（1）d=軸承公稱內(nèi)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(nèi)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(nèi)平均內(nèi)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(nèi)孔直徑偏差
4.2.3. 內(nèi)圈基準端面到外球面中心距離“S”的公差
內(nèi)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(zhì)
鑄造座的材質(zhì)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(zhì)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(diào)菱形座、懸掛式座公差見表15
5.2.4.環(huán)形座公差
環(huán)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(jù)軸承所承受的載荷，軸承的壽命及可靠性等要求進行?；绢~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CO。
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Cr和徑向基本額定靜載荷Cor。
徑向基本額定動載荷Cr和徑向基本額定靜載荷Cor的數(shù)值均在產(chǎn)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(jù)。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(guī)定的期間內(nèi)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(yǎng)與制造等方面的錯誤，與軸承壽命應相區(qū)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(xiàn)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(shù)。
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(guī)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(guī)定壽命的概率。
基本額定壽命：對于采用當代常用優(yōu)質(zhì)材料和具有良好加工質(zhì)量，并在常規(guī)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(guī)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）
Cr：徑向基本額定動載荷
Pr：徑向當量動載荷
徑向當量動載荷Pr：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(shù)，其計算公式為：
其中：L10h=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(shù)fn和壽命因數(shù)fh
這樣，公式簡化為：
fn和fh值能根據(jù)工作轉速和設定的壽命在圖1中查出。再根據(jù)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(jù)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：Pm=平均當量動載荷
P=當量動載荷（函數(shù)式）
N=載荷變動一個周期內(nèi)的總轉數(shù)
6.2.2.軸承安全壽命的設定
當你選擇軸承時，常常要根據(jù)相應的機械類型、工作環(huán)境和可靠性要求來設定一個適當?shù)陌踩珘勖?，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(yǎng)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=XFr+YFa
其中：P= 當量動載荷（N）
Fr=徑向載荷（N）=軸承實際載荷的徑向分量（N）
Fa=軸向載荷（N）=軸承實際載荷的軸向分量（N）
X= 徑向系數(shù)
Y=軸向系數(shù)
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Fa不能超過未被利用的允許徑向載荷Fr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Fa最大也只能是未被利用的允許徑向載荷Fr的20%。
外球面球軸承的徑向系數(shù)X和軸向系數(shù)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：
Pm=fm · P
其中：Pm=考慮力矩載荷的當量動載荷
fm =當力矩載荷較小時：fm =1.5
當力矩載荷較大時：fm=2
當軸承承受沖擊載荷時，當量動載荷可按下式計算：
Pd=fd · P
其中：Pd=考慮沖擊載荷的當量動載荷（N）
fd =沖擊載荷因數(shù)；可按以下方法選取：
當無沖擊載荷或輕微沖擊載荷時：
fd =1~1.2
當有一定的沖擊載荷時：
fd =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Fr=3000N，要求基本額定壽命最少20000小時，選擇軸承尺寸。
根據(jù)轉速n=1000r/m能查出：
fn=0.322（從圖1中顯示約近0.32）
根據(jù)要求基本額定壽命20000小時（設定的安全壽命）能查出：
fn=3.42（從圖1中顯示約近0.34）
僅承受一徑向載荷
P=Fr=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(jù)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(zhì)量和運轉條件對壽命的影響，修正額定壽命Lnm則滿足于這一要求。
修正額定壽命Lnm，可以按下式計算：
Lnm=a1aISOL10
可靠度壽命修正系數(shù)a1的值列于表21
系統(tǒng)方法的壽命修正系數(shù)aISO
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(huán)境（如污染程度、濕度）；
———— 雜質(zhì)顆粒（如硬度、尺寸、形狀、材料）；
———— 套圈中內(nèi)應力（如制造過程產(chǎn)生的、安裝后套圈過盈產(chǎn)生的內(nèi)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(shù)，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(nèi)，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(xù)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(zhì)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(tài)，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(huán)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(nèi)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(shù)值。因為補充量過多，可能會導致軸承異常發(fā)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(shù)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(shù)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(guī)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(chǎn)生的摩擦熱大小，它與載荷情況、環(huán)境溫度、潤滑條件及壽命都有密切聯(lián)系，而軸承與軸的良好配合也是實現(xiàn)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
注：1.h9/IT5一欄適用于帶緊定套外球面球軸承，其余j7~h9各欄適用于帶頂絲或帶偏心套外球面球軸承。
2.帶三唇密封圈外球面球軸承的極限轉速為上表所示值的20%~25%。
9.軸的精度
在軸承上裝有內(nèi)六角螺釘，用以安裝固定軸，正常工作狀態(tài)下軸承與軸通常采用間隙配合，軸的尺寸精度按表28所示。
但是，如果軸承需要高的轉速，或須承受高的負荷，這時軸承與軸的配合應該采用過渡配合，軸的尺寸精度按表29所示。
帶有緊定套的軸承，軸承內(nèi)孔為1:12的錐孔，這樣軸承適合于作為長軸的中間支承。這時與之配合的軸的尺寸精度按表30所示。
用于工業(yè)風扇、風機的帶座外球面球軸承，要求轉速高。這時外球面球軸承與軸的配合要求較高，軸的精度一般選用h5或j5級公差。如表31所示。
10.軸承安裝與固定
10.1.帶頂絲軸承
這種軸承寬內(nèi)圈的一端裝有成120°角的兩個緊定螺釘，緊定螺釘把軸承內(nèi)圈與軸固緊。安裝時，要有足夠的力矩才能保證軸承與軸的緊固，表32為推薦的緊定螺釘?shù)木o定力矩。
如果軸承工作在下列情況下：1）軸承有振動；2）軸承有相對移動；3）軸承的載荷較大或者轉速較高，在軸上緊定螺釘?shù)南鄳恢脩_有緊定槽或窩。（如圖3所示）
10.2.帶緊定套軸承
這種軸承的內(nèi)孔有1:12的錐度。安裝時，先把套放進軸承內(nèi)孔，再嵌入防松墊片，然后裝上螺母。安裝軸時，先用手盡力擰緊螺母，再用扳手擰進2/5~3/5圈即可。螺母擰緊后，把防松片彎進放松槽內(nèi)，否則，可能因螺母松動而引起軸與套筒間的相對滑動。如圖4所示。
10.3.帶偏心套軸承
這種軸承內(nèi)圈加長端有一偏心凸臺，偏心套一側也有偏心凹槽，安裝在軸上時，偏心凸臺和偏心凹槽對好，先向軸旋轉方向擰緊偏心套，再擰緊偏心套上的緊定螺釘。
10.4.軸承座的安裝
帶座軸承的正確安裝順序應該是：先安裝座，再安裝軸。原則上軸承座可以裝在任何地方，但為了保證軸承的使用壽命，安裝面必須平坦，牢固。
帶立式座軸承及帶法蘭座軸承安裝平面傾斜角度的要求，相對于軸的中心線不應超過±2°，見圖5。若帶有沖壓通蓋的不應超過±1°。
10.5.滑塊座的安裝
滑塊座安裝于兩條平行線導軌之間，通過調(diào)整螺栓來實現(xiàn)滑塊座在導軌上的移動，從而達到調(diào)整軸的中心距的目的。有關配合部分如圖6所示。
滑塊座安裝尺寸及公差按表33、表34及表35所示。
表33、表34及表35 圖6
11.不同轉速及Cr/Pr比值下軸承額定壽命預算
例：
在穩(wěn)定徑向載荷Fr=3250N，轉速為1500r/min條件下，對UC212軸承額定壽命預算：
UC212軸承的額定動負荷為47800N。
假設軸承沒有軸向載荷，那么當量動載荷Pr=Fr×fd=3250N×1.2=3900N（當沒有沖擊載荷或沖擊載荷較小時，沖擊載荷因數(shù)fd=1~1.2）。
使用表36，從相應轉速r/min一欄中查到最接近Cr/Pr值，易獲得軸承大概的額定壽命。
所以得Cr/Pr=47800/3900=12.256
在轉速n=1500r/min一欄中，查到12.2最接近Cr/Pr值，它對應的20000小時即為UC212軸承在已知條件下大概的額定壽命。
軸承的實際壽命還需考慮額定壽命修正系數(shù)a1和aISO予以修正。
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