PDF《精密滚动轴承》

精密滚动轴承 精密滚动轴承 目录 技术解说

1 轴承型号的选择 1-1 轴承的选择程序.

2 1-2 轴承型号的研讨.3

2 轴承的寿命 2-1 基本额定动载荷和额定寿命.4 2-2 当量动载荷.4 2-3 角接触球轴承的载荷

5 2-4 基本额定静载荷和当量静载荷.6

3 轴承的精度 3-1 向心轴承的公差.7 3-2 轴向载荷用角接触球轴承 (TAH/TBH系列) 的公差

9 3-3 交叉圆锥滚子轴承的公差.9 3-4 滚珠丝杠支撑轴承 (TAB系列) 的公差

10 3-5 滚珠丝杠支撑轴承 (TAF系列) 的公差.11 3-6 圆柱滚子轴承的圆锥孔精度.11

4 组配 4-1 组配轴承的特点.12 4-2 组配方式与组配记号

13 4-3 自由组配角接触球轴承.13

5 预载荷与刚性 5-1 预载荷的目的.14 5-2 预载荷的方法.14 5-3 预载荷的测量.14 5-4 预载荷的作用.15 5-5 标准预载荷量和轴向刚性.16

6 润滑 6-1 润滑的目的.22 6-2 润滑方法.22

7 极限转速 7-1 极限转速的修正

26 8 轴与轴承座的设计 8-1 与轴及轴承座的配合

27 8-2 轴与轴承座的推荐精度.28 8-3 倒角尺寸的极限值

29 9 轴承的使用 9-1 轴承的保管与搬运

30 9-2 轴承的安装.30 9-3 运转检验.34 9-4 拆卸

34 尺寸表 角接触球轴承 标准型

38 7900C/7900AC系列.40 7000C/7000AC系列.42 7200C/7200AC系列.44 高速角接触球轴承

46 BNH系列.48 轴向载荷角接触球轴承

50 TAH系列

52 TBH系列

54 双列圆柱滚子轴承

56 NN3000系列.58 NNU4900系列.60 交叉圆锥滚子轴承

62 XRN系列.64 XRG系列.66 滚珠丝杠支撑轴承

68 TAB系列.70 TAF系列.72 精密滚动轴承的种类和型号

37 技术解说轴承 型号的 选择 轴承的 寿命 轴承的 精度 组配 预载荷 与刚性 润滑 极限 转速 轴与轴 承座的 设计 轴承的 使用 技术解说 技术解说

1 2 轴承型号的选择 1-1 轴承的选择程序 要选择最合适的轴承种类和组配方式并不是一件容易的事 情. 如果说轴承的选择正确与否, 直接关系到能否达到轴承 预期的设计性能和寿命并不夸张. 轴承的选择程序没有通用的规则. 设计者每次要根据轴承 的各种特性中最需要的指标进行优先考虑并决定型号. 图1.1是轴承选择程序的一例, 可以作为设计时的参考. 图1.1 轴承的选择程序 以载荷・转数・要求寿命 为基准计算必要的额定动 载荷. 研讨轴和座套的精度是否跟轴承的精度 相同或者相近 为了防止轴承的损伤和异物侵入,研讨 作业环境,设计安装用夹具和工具. 防止外部的杂物・水 分等的侵入 无需保养但是不能更 换・补充润滑脂. 有必要以可以交换・补 给润滑脂为条件进行设计 需要针对从外部来的 异物侵入・油/润滑脂 泄漏等进行防止措施 要求轴承的性能使用条件・ 环境条件 决定使用的轴承. 轴承配列 轴承型号的研讨 决定额定动载荷 精度等级的选择 选择适当的 轴承尺寸 No Yes No No Yes Yes 润滑系统的选择 轴和轴箱的精度 研讨 关于使用・ 安装的研讨 关于保养的 设计研讨 决定内部游隙・ 预载荷 极限转速的研讨 组配的决定 极限值内 确定额定静载荷 使用载荷小 于额定静载荷 检查是否经济 (可否使用标准品) 载荷的方向・大小 旋转速度 噪音・扭矩 内・外圈的倾斜 刚性 轴方向位置的决定和配对 安装拆卸 轴承周围的环境(振动・冲击) 轴的振动精度 由于旋转导致的振动 旋转速度 区分转动圈 区分静止・转动・冲击 载荷 轴,座套的材质 区分固定侧和旋转侧 高速旋转时离心力带来 的内圈膨胀. 1-2 轴承型号的研讨 第3页2. 轴承的寿命 第4页3. 轴承的精度 第7页5. 预载荷与刚性 第14页6. 润滑 第22页8-2. 轴与轴承座的推荐精度 第28页9. 轴承的使用 第30页7. 极限转速 第26页2-4. 基本额定静载荷和 当量静载荷 第6页第27页8-1. 与轴及轴承座的配合 润滑方式的 重新审定 闭型轴承 开型轴承 如果轴承寿命长于机械寿命,要以不需 要保养为方针来进行设计・润滑・密封. 轴承的寿命以及润滑脂的寿命比机械寿 命短的情况下,按照可以简单进行轴承 更换・润滑脂补给和更换为方针进行设 计,并决定保养周期. 根据需要,安装显示器来监视振动・温度 并预测轴承寿命. 将球轴承换成滚子轴承 采用组配轴承 缩小尺寸,中途更换 可以容纳在设计 空间之内 脂润滑 油润滑 在高速旋转时如果要求低振动・低噪音, 轴承部分需要较高刚性,这种情况下需 加预载荷. 轴承型号的选择 NACHI BEARING

3 技术解说轴承的 寿命 轴承的 精度 组配 预载荷 和刚性 润滑 极限 转速 轴与轴 承座的 设计 轴承的 使用 轴承 型号的 选择 1-2 轴承型号的研讨 研讨项目 选定方针 容纳轴承的空间 设计轴的时候, 因为重视轴的刚性和强度, 最初决定轴径即轴承内径. 图1.2显示了使用在机床上的主要精密滚动轴承的型号和尺寸的大概情况. 载荷的方向 ・ 大小 根据径向载荷以及轴向载荷的大小, 载荷的方向 (单一方向或者是两个方向) , 性质 (振动和冲击) 来选定最合适 的型号. 一般来说, 滚子轴承的载荷能力比球轴承大. 旋转速度 根据组装机械规格上的最高旋转速度要求选择轴承型号. 轴承的极限转速受载荷的大小、 润滑方式、 轴承的精度、 保持架的材质、 保持架的形状等的影响非常大、 有必要 进行足够的研讨. 一般来说, 用于高速旋转时、 使用升温较少的角接触球轴承以及圆柱滚子轴承. 刚性 要提高旋转轴的刚性的话, 不仅要重视轴, 座套的刚性, 轴承的刚性也非常重要. 一般来说, 滚子轴承的刚性比球轴承大. 组配式角接触球轴承可以通过预载荷来提高刚性. 安装 ・ 拆卸 选择分离型的轴承, 可以提高定期检验时安装 ・ 拆卸轴承时的操作性. 79系列 NNU49系列 70系列 BNH系列 NN30系列 TAH系列 72系列 图1.2 使用在机床上的主要滚动轴承 轴承型号选择 技术解说

4 因此, 我们如下定义额定寿命和基本额定载荷Cr或Ca. 基本额定寿命 一组同样的轴承在同样的条件下进行运转, 其中的90%的 轴承在不发生因滚动疲劳造成材料损伤的前提下, 能够旋 转的总转数. 基本额定动载荷 (Cr或Ca) 可达到轴承寿命100万转的方向和大小不变的轴承载荷. 轴承的基本额定寿命根据公式2.1和2.2来进行计算. (公式2.1) (公式2.2) L : 基本额定寿命 (转) Lh : 基本额定寿命 (小时) C : 基本额定动载荷 (N) (径向轴承的时候为Cr、 推力轴承的时候为Ca) P : 轴承载荷 (当量动载荷) (N) (径向载荷的时候是Pr、 推力轴承的时 候是Pa) p :

3 (球轴承) 、 10/3 (滚子轴承) N : 转速: (min-1) 径向球轴承多列组配时的基本额定动载荷, 是用单列轴承 的额定动载荷乘以下列系数来算出的. 2列组配 3列组配 4列组配 1.62 2.16 2.64

2 轴承的寿命 公式2.1以及2.2中, 轴承载荷P是指方向和大小没有变动的 纯径向载荷 (纯轴向载荷) . 但是在实际的使用条件下、 径向 载荷和轴向载荷同时发生的情况较多, 在这种情况下有必 要换算成当量动载荷来计算寿命 当量动载荷可以按照公式2.3来计算 (公式2.3) Pr : 径向当量动载荷 (N) Pa : 轴向当量动载荷 (N) Fr : 径向载荷 (N) Fa : 轴向载荷 (N) X : 径向载荷系数 (表2.1) Y : 轴向载荷系数 (表2.1) 2-1 基本额定动载荷和额定寿命 对于滚动轴承机能上的要求, 根据用途的不同而不同. 比如 有 负荷能力大 摩擦小 旋转圆滑、 安静 精度高 刚性大 等要求, 这些机能一定要同时让它们持续. 这些机能被称为 轴承的耐久性 (润滑脂寿命、 音响寿命、 疲劳寿命等) 即广义 上的寿命. 但是耐久性会因为各种损伤和劣化影响它的持续 性. 另外, 还有其他如开裂、 咬粘等损伤也会影响轴承寿命, 但是 要将这些损伤跟轴承寿命区别开来. 出现这些损伤的原因, 除了轴承选择失误, 还有包含轴承周边设计和轴承的使用安 装等因素. 另一方面、 载荷带来的反复应力会使轴承材料本身由于滚动 疲劳而造成损伤、 即使正确使用轴承, 终究会达到轴承狭义 上的寿命. 一般来讲, 一旦出现金属疲劳的迹象, 立刻可以判 断该轴承已经不能继续使用, 到这个时候轴承的寿命也就到 了尽头. 轴承的寿命可以用从轴承开始运转以来的总旋转数 或者在转速一定的情况下轴承的总运转时间来表示. 轴承的寿命即便在同一载荷条件下, 根据使用轴承大小和型 号的不同也各不一样. 在选择轴承时, 要重新计算轴承寿命. 轴承的疲劳寿命 (狭义寿命) 原本每个轴承也各有差异、 通常 是用一组相同的轴承在同样的条件下的运转统计的结果来 进行描述. 因此在选择轴承时, 轴承的计算寿命不能理解为 全部轴承的平均寿命, 只能理解为该轴承大部分可以到达的 预期寿命才比较实际. 2-2 当量动载荷 公称接 触角 iFa/ Cor e 单列・单式轴承 复列・复式轴承 Fa/Fr>

e Fa/Fr≤e Fa/Fr>

e X Y X Y X Y 径向 球轴承 15° 0.015 0.38 0.44 1.47

1 1.65 0.72 2.39 0.029 0.40 1.40 1.57 2.28 0.058 0.43 1.30 1.46 2.11 0.087 0.46 1.23 1.38 2.00 0.12 0.47 1.19 1.34 1.93 0.17 0.50 1.12 1.26 1.82 0.29 0.55 1.02 1.14 1.66 0.44 0.56 1.00 1.12 1.63 0.58 0.56 1.00 1.12 1.63 25° ? 0.68 0.41 0.87 0.92 0.67 1.41 30° ? 0.80 0.39 0.76 0.78 0.63 1.24 40° ? 1.14 0.35 0.57 0.55 0.57 0.93 轴向 球轴承 50° ? 1.49 0.73

1 1.37 0.57 0.73

1 55° ? 1.79 0.81

1 1.6 0.56 0.81

1 60° ? 2.17 0.92

1 1.9 0.55 0.92

1 注1) i在DB/DF形组配时为

2、 单列/DT形组配时为1. 注2) 单列/DT形组配时、 Fa/Fr e的时候Pr=Fr 注3) 接触角为15°时, 对于表上没有的iFa/Cor的X, Y以及e的值, 通过线性内插 法求得. 注4) 在高转速 (dmn值>

80万) 使用的情况下, 还需要考虑除外部载荷以外作用 在滚动体上的离心力. 这种情况下请跟NACHI进行咨询. 表2.1 载荷系数 轴承的寿命 轴承配置 载荷条件 轴向载荷 径向当量动载荷 NACHI BEARING

5 技术解说轴承 型号的 选定 轴承的 精度 组配 预载荷 和刚性 润滑 极限 转速 轴与轴 承座的 设计 轴承的 使用 轴承的寿命 2-3 角接触球轴承的载荷 使用角接触球轴承时, 轴承的支撑点如图2.1所示, 一定要在 轴承内部接触线的延长线和轴心的交点 (作用点) 上. 因此角接触球轴承在尺寸表上记载着 a 值的作用点位置. 特别似乎有力矩载荷作用于轴承时, 更要考虑这一点. 当有径向载荷作用于角接触球轴承时, 会发生轴方向的分 力. 这个轴方向分力通过公式2.4来求得. (公式2.4) Fa'

: 轴向分力 (N) Fr : 径向载荷 (N) Y : 轴向载荷系数 由于受此分力影响, 作用在轴承上的轴向载荷以及径向当量 动载荷如表表2.2所示. FrI, FrII : 加在轴承I, II上的载荷(N) YI, YII : 轴承I, II的轴向载荷系数 PrI, PrII : 轴承I, II的径向当量动载荷 表2.2 使用角接触球轴承时的轴向载荷和当量动载荷 图2.1 角接触球轴承的轴向分力 II I FrI Fa FrII II I FrI Fa FrII II I FrI Fa FrII II I FrI Fa FrII Fr Fa'

轴承的 寿命 Fa : 来自于外部的轴向载荷 (N) XI, XII : 轴承I, II的径向载荷系数 技术解说

6 2.4.1 基本额定静载荷 与发生在滚动面材料疲劳现象造成轴承无法使用的情况不 同, 轴承载荷会造成滚道和滚动体的接触部分出现压痕造成 永久变形, 影响轴承运转, 造成轴承失效. 基本额定静载荷 (Cor或者Coa) 是指在滚动体和滚道的接触 部, 最大接触应力达到以下值时的静载荷. 球轴承 ―

4200 MPa 滚子轴承 ―

4000 MPa 在这个接触应力下, 滚动体和滚道产生的永久变形量的和 达到滚动体直径的大约1/10000 (图2.2) 滚动体 滚道圈 载荷滚道面的变形 G1 滚动体的变形 G2 Da 图2.2 永久变形量 2.4.2 当量静载荷 当量静载荷是反映滚动体和滚道接触面收到最大应力时实 际负载情况下的静载荷. 对向心轴承, 恒定方向和大小的径向载荷称为径向当量静 载荷, 对于推力轴承, 恒定方向和大小的轴向载荷称为轴向 当量静载荷. 径向当量静载荷是通过公式2.5 2.6来获得值, 取计算值较大 者. (公式2.5) (公式2.6) 轴向当量静载荷是通过公式2.7来获得值 (公式2.7) Por : 径向当量静载荷 (N) Poa : 轴向当量静载荷 (N) Fr : 径向载荷 (N) Fa : 轴向载荷 (N) Xo : 径向静载荷系数 (表2.3) Yo : 轴向静载荷系数 (表2.3) 轴承的寿命 2-4 基本额定静载荷和当量静载荷 2.4.3 安全系数 一般应用中, 基本额定静载荷被认为是极限载荷. 但是根据实际使用机械的性质和用途, 有必要考虑安全系 数(So 1) 公式2.8以及表2.4为计算公式和安全系数 (参考) . (公式2.8) Po max : 额定当量静载荷 (N) Co : 基本额定静载荷 (N) So : 安全系数 (表2.4) 表2.4 安全系数 So 使用条件 So 球轴承 滚子轴承 需高旋转精度

2 3 存在振动, 冲击 1.5

2 正常工作条件

1 1.5 2.4.4 轴向极限载荷 角接触球轴承等可以承受轴向载荷的轴承, 存在极限轴向 载荷. 球轴承的情况下 a 滚动体和滚道面的接触面压在42000MPa以下的轴向载 荷b滚动体和滚道面的接触面生成的接触椭圆突出于滚道 槽的肩部时的轴向载荷 上述两个值中取较小值为极限载荷. 轴向载荷 轴向载荷 接触椭圆 2a

2 b 图2.3 接触椭圆 径向轴承 公称接触角 单列、 DT形DB、 DF组配 Xo Yo Xo Yo 径向 球轴承 15° 0.5 0.46

1 0.92 25° 0.5 0.38

1 0.76 30° 0.5 0.33 1........