[科普中国]-球轴承

球轴承的简介

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载荷。也叫滚珠轴承。

结构组成球轴承主要是由四个基本元件构成：滚珠（ball）、内环（inner ring）、外环（outer ring）与保持器也叫保持架（cage or retainer）。一般工业用的球轴承满足AISI 52100的标准，滚珠与环通常是以高铬钢制成，洛氏硬度（Rockwell C- scale hardness）约在61-65之间。而保持器的硬度相较于滚珠与环低，其材料有金属（如：中碳钢、铝合金）或非金属（如：铁弗龙、PTEF、高分子材料）。球轴承（ball bearing）比轴颈轴承(journal bearing)的转动摩擦阻力小，因此相同的转速下，摩擦产生的温度会比较低。

球轴承的用途球轴承的用途，是确定两个零件(通常是轴和轴承座）的相对位置和保证其自由旋转，同时传递它们之间的载荷。在高转速下(例如在陀螺球轴承中)，此用途可扩大到包括自由旋转而轴承中几乎无磨损。为了达到这种状态，可用一层称为弹性流体动力润滑膜的粘附流体膜将轴承的两个零件隔开。登哈德(1966年)指出，不仅在轴承承受轴上的载荷时，而且在轴承承受预紧而使轴的定位精度和稳定性不超出1微英寸或1毫微英寸时，都能维持弹性流体动力润滑膜1。

球轴承用于具有回转零件的各种机器和设备中。设计人员往往要决定，在特定应用场合应该采用球轴承还是流体膜轴承。下列特性使球轴承在很多场合要比流体膜轴承更合乎需要，

1．起动摩擦小且工作摩擦合适。

2。能承受径向和轴向联合载荷．

8．对润滑的中断不敏感．

4．无自激失稳现象。

5．低温起动容易。

在合理的范围内，改变载荷、转速和工作温度对球轴承的良好性能只有很小的影响。

下列特性则使球轴承不如流体膜轴承合乎需要。

1．有限疲劳寿命的变化大．

2．所需的径向空间较大．

3．阻尼能力低。

I．噪声水平较高。 ·

6．对中要求较严格。

6．成本较高．

照上述特性，活塞式发动机通常采用流体膜轴承，而喷气式发动机几乎只用球轴承。各种型式的轴承都有其特有的优点，在给定的应用场合，应当仔细选择最合适的轴承型式。英国工程科学数据组织(ESDU 1965年，1967年)曾为选择轴承这个重要问题提供了有用的准则。

轴承游隙轴承游隙（内部间隙）是指轴承在与轴或轴承箱未安装之前，轴承某一套圈相对于另一套圈在某一方向上可移动之总距离。根据移动方向，可分为径向游隙和轴向游隙，如图1所示。

必须将安装前轴承的内部间隙与安装后达到运行温度时轴承的内部间隙（运行间隙）区分开来。原始内部游隙（安装前）通常大于运行游隙，这是由于安装配合中涉及配合程度的差异，轴承内外圈及有关部件热膨胀的差异使得内外圈膨胀或收缩造成的。

轴承内部游隙与规定数值滚动轴承运转中的内部游隙（也称作游隙）的大小，对疲劳寿命、振动、噪声、温升等轴承性能影响很大。

因此选择轴承内部游隙，对于决定了结构尺寸的轴承，是一项重要研究项目。

一般为得到稳定的测试值，给予轴承规定的测试载荷，然后测试游隙。因此测得的游隙值，大出理论游隙（在径向游隙中，也称为几何游隙），即多一个因给予测试载荷而引产生的弹性变形量（称为测试游隙以示区别）。

通常，安装前的游隙按理论内部游隙规定。

内部游隙的选择根据使用条件选用最适宜的游隙时应考虑下列几点：

（1）轴承与轴和外壳的配合而导致游隙的变化。

（2）轴承工作时由于内、外套圈的温度差而导致游隙的变化。

（3）轴和外壳所用的材料因膨胀系数不同而影响轴承游隙的变化。

一般正常工作的轴承，应优先用基本组的径向游隙。但在特殊条件下工作的轴承，如高温、高速、低噪声、低摩擦等要求，可选用辅助组的径向游隙。对精密轴承、机床主轴用轴承等选用较小的径向游隙。对轴承游隙有特殊要求的，轴承可以满足客户的需要。

深沟球轴承的游隙控制针对深沟球轴承生产中常用轴向游隙控制径向游隙，合套后径向游隙超差的问题，通过严格控制内、外沟道和钢球的精度，并压缩计算轴向游隙时的径向游隙范围，下限值保持不变，上限值压缩15%。以此方法得到的轴向游隙为基准控制合套后的实际径向游隙，实例验证表明，该方法可满足工艺要求2。

角接触球轴承的游隙分析对于角接触球轴承来说，游隙同样决定着它的疲劳寿命，如果游隙选择不当，非常容易引起轴承早期失效。

角接触球轴承一般成对使用，使用场合分为预游隙和预载荷 2 种。 刚度要求较高的机床轴承采用预载荷配置，并且轴的配合过盈量很小（约为几微米），配对时无需考虑配合过盈量对工作游隙的影响。 但是对于配合过盈量较大的轴承，必须考虑过盈量对其径向游隙的影响，此时多采用预游隙配置。 而 JB /T 10186—2000 仅对 7200B 和7300B 轴承系列的预游隙值进行了规定，对其他系列没有规定，因此需要进行理论计算，选择一个合适的游隙范围。

影响角接触球轴承预紧的因素：如果轴承的预紧力增大，刚度可以提高，但过大的预紧力将使轴承产生异常发热，从而导致轴承出现早期失效。 在定位预紧中，预紧力取决于轴承的安装条件，包括轴承的配合、运行中的离心效应和温升。

1、轴承的配合

对于机床轴承，一般内圈为过盈配合，外圈为间隙配合。 内圈与轴的过盈配合使其径向尺寸发生变化，从而导致预紧力的增大。

2、离心效应

当轴承高速运行时，内沟道由于离心效应将发生膨胀，引起轴承径向游隙发生变化，并增大预紧量。

3、温升

当轴承运行时， 由 于其内部摩擦、润滑剂搅拌和其他外部因素的共同作用，将导致轴承温度升高和零件的膨 胀。

（1）轴承参数中，接触角对轴向游隙变化量影响较大。（2）过盈配合、离心效应、温升对轴承游隙的
影响中，过盈配合的影响最大。（3）实际应用中，如果轴承过盈配合时，需将配合过盈量对轴承游隙的影响考虑在内，应预留一定游隙， 以免造成预紧力过大， 使轴承提前失效。 角接触球轴承在实际配对时，应将其径向游隙变化量转化为轴向游隙变化量进行考虑3。

滚动轴承的优缺点在机械零件设计中，经常用到滚动轴承和滑动轴承，滚动轴承与滑动轴承相比较，有以下优缺点。

优点（1）在一般工作情况中，滚动轴承摩擦系数小，不会随着摩擦系数的变化而变化，比较稳定；起动、运转力矩小，功率损失小，效率高。

（2）滚动轴承径向游隙小，而且可以通过轴向预紧的方法进行消除，所以运转精度高。

（3）滚动轴承轴向宽度小，有的轴承同时承受径向和轴向的复合载荷，结构紧凑，组合简单。

（4）滚动轴承是标准化部件，标准化程度高，可以成批生产，所以成本低。

缺点（1）滚动轴承滚动体和管道接触面积小，特别是球轴承，耐冲击能力差。

（2）由于滚动轴承的结构特点，决定了径向游隙比较大，造成振动和噪声较大。

（3）滚动轴承在高速、重载情况下，寿命降低。

（4）滚动轴承的内外圈采用整体式结构，不能采用部分结构，造成长轴中间的轴承安装比较困难4。