哈尔滨轴承 - 外球面球轴承

1.   结构特点

● 带座外球面球轴承由外球面球轴承和轴承座两大部分构成。轴承与座的配合面为球面，因此能自动调整补偿中心误差。

● 轴承按与轴的夹紧方式分类，通常有四类：带顶丝类；带偏心套类；圆锥孔带紧定套类；锁紧套类。

● 轴承座按材质分类，通常有两个大类：铸造座和冲压座。

● 外球面球轴承设计有各种不同的密封装置，可根据不同的工作环境来选用不同的密封结构，从而保证轴承的可靠性和较长的使用寿命。

2.   带立式座顶丝外球面球轴承构造

● 铸铁座：刚性整体结构，易安装。

● 宽内圈：利于用顶丝锁紧，刚性更好。

● 顶丝：内圈上两个120°夹角的顶丝，确保轴承容易地与轴紧固。

● 挡圈：两边各有一件，将尘埃有效地阻挡在外。

● 接触式橡胶密封：安装在靠两边挡圈的内侧，保证润滑脂在滚动体与滚道间有效地润滑。

● 油杯：从该处可注入新的润滑脂。

● 可调球面：当轴有不可避免的变形，或安装难保证同轴度时，可自动进行调节补偿。

3.   带座外球面球轴承类型

4.   外球面球轴承

带有密封装置的外球面球轴承，其内部结构尺寸、钢球、保持架等均与深沟球轴承相同。

4.1．套圈和钢球的材质

轴承套圈和钢球均用高碳铬轴承钢GCr15制造，其化学成分如表2

轴承套圈的硬度为59HRC~64HRC，钢球的硬度为61HRC~66HRC，具有高的耐磨性和高的接触疲劳强度。

对于带顶丝类的外球面球轴承（UC200、UC300、RB200、UCX00、SB200、CSB200、ER200、SER200等系列），内圈螺孔部位经特殊热处理，沟道部位保持较高的硬度，螺孔周围的硬度则降低，保证顶丝在用较大力矩紧固时，螺孔不会因硬度太高而开裂。

4.2.   轴承公差

4.2.1.  外圈公差

 外圈的公差应符合表3

注：（1）ΔDmp=单一平面内平均外径偏差

       （2）Kea=成套轴承外圈的径向跳动

       （3）D=轴承公称外径

4.2.2.  内圈公差

        （1） 圆柱孔内圈的公差

      圆柱空内圈的公差应符合表4

注：（1）d=轴承公称内孔直径

（2）ΔDmp=单一平面内平均外径偏差

       （3）Kia=成套轴承内圈的径向跳动

       （4）ΔBs=内圈单一宽度偏差

（2）圆锥空内圈的公差

圆锥空内圈的公差应符合表5

注：（1）d=轴承公称内孔直径

（2）d₁=基本圆锥孔在理论大端的基本直径

        d₁可按以下公式得出

        d₁=d+0.083333B

（3）B=内圈公称宽度

（4）θ=公称圆锥角=2°23′9.4″=2.38594°

（5）Δdmp=单一平面内平均内孔直径偏差（指理论小端）

（6）Δdmp=基本圆锥孔在理论大端的平均内孔直径偏差

4.2.3.   内圈基准端面到外球面中心距离“S”的公差

内圈基准端面到外球面中心距离“S”的公差见表6

4.3. 径向游隙

外球面球轴承的径向游隙通常比深沟球轴承的径向游隙要大。圆柱孔外球面轴承的径向游隙见表7；圆锥孔外球面轴承的径向游隙见表8.

5.轴承座

5.1.轴承座的材质

      铸造座的材质为HT200（灰铸铁）和QT450-10（球墨铸铁），球墨铸铁座仅局限于PFTD2系列和FCT2系列；冲压座的材质为08或10冷轧钢板。

5.2.铸造座的公差

5.2.1铸造座球孔公差

        铸造座球孔公差见表10

5.2.2.立式座公差

         立式座公差见表11

5.2.3.方形、菱形座公差

         方形、菱形座公差见表12

轻型菱形座、三角形座公差见表13

带凸台的方形、圆形座公差见表14

可调菱形座、悬挂式座公差见表15

5.2.4.环形座公差

环形座公差见表16

5.2.5.滑块座公差

         滑块座公差见表17

5.3.冲压座

5.3.1.冲压立式座公差

         冲压立式座公差见表18

5.3.2.冲压圆形、三角形、菱形座公差

冲压圆形、三角形、菱形座公差见表19

6.轴承的选用

轴承尺寸的选择主要是根据轴承所承受的载荷，轴承的寿命及可靠性等要求进行。基本额定载荷是用来评定轴承承载能力的技术指标，基本额定载荷包含基本额定动载荷和基本额定静载荷。

表征轴承在旋转（转速n＞10转/分）时的承载能力为基本额定动载荷C，表征轴承在静止或缓慢旋转或震荡摆动（转速n≤10转/分）时的承载能力为基本额定静载荷C_O。

外球面球轴承为向心球轴承类，主要承受径向力。因此，表征为径向基本额定动载荷C_r和径向基本额定静载荷C_or。

径向基本额定动载荷C_r和径向基本额定静载荷C_or的数值均在产品的外型尺寸表上显示

通常，寿命计算是选用滚动轴承的重要依据。寿命一般指轴承的疲劳寿命。当正确使用轴承时，即载荷适中，安装正确，润滑良好，轴承的破坏主要是交变接触应力引起滚动表面层的疲劳剥落，这种损坏形式是不可能完全避免的。但是各种机械用途不同，对轴承的要求也不同，在所规定的期间内要求轴承保持某种性能。而轴承工作一段时间后，噪声、振动增加，磨损造成精度下降，润滑脂老化等都将导致轴承失效，或不能满足该种机械的要求。这种失效前的寿命，分别称为噪声寿命、磨损寿命、润滑脂寿命。

除上述寿命外，轴承不能再使用原因还有烧结、断裂、裂纹、卡伤、密封失效等，这些应作为轴承故障，故障来源于选择轴承不当、机械设计不良、安装、使用、维护保养与制造等方面的错误，与轴承寿命应相区别。

6.1.基本额定载荷和寿命

径向基本额定动载荷Cr：系指一套滚动轴承理论上所能承受的恒定的径向载荷，在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为一百万转。

寿命：单个滚动轴承的寿命，指轴承的一个套圈货钢球材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前，轴承的一个套圈相对于另一个套圈旋转的转数。

可靠度：系指一组在相同条件下运转，近于相同的滚动轴承，期望达到货超过规定寿命的百分率，单个滚动轴承的可靠度为该轴承达到或超过规定寿命的概率。

基本额定寿命：对于采用当代常用优质材料和具有良好加工质量，并在常规运转条件下运转的轴承，系指与90%的可靠度相关的额定寿命。

6.2.按基本额定动载荷选用轴承

6.2.1.基本额定寿命

滚动轴承额定寿命的计算方法，在国家标准GB/T6391（等同国标标准ISO281）中有明确规定。向心球轴承的基本额定寿命计算公式：

其中：L₁₀：基本额定寿命（百万转）

C_r：径向基本额定动载荷

P_r：径向当量动载荷

径向当量动载荷P_r：系指一恒定的径向载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷条件下相同的寿命。

如果轴承在一个恒定的转速下工作，基本额定寿命可转换成小时数，其计算公式为：

其中：L_10h=基本额定寿命（小时）

n=轴承工作转速（转/分）

简易算法：假设需要500小时基本额定寿命；这里引入转速因数f_n和寿命因数f_h

这样，公式简化为：

f_n和f_h值能根据工作转速和设定的寿命在图1中查出。再根据所需要的径向当量动载荷，就能算出径向基本额定动载荷，然后，根据相应的Cr值就能确定选用什么尺寸的轴承了。

如果轴承是在变载荷和变速下工作，在确定轴承寿命时，则应用平均当量动载荷和平均转速来计算。平均当量动载荷一般按下式计算：

式中：P_m=平均当量动载荷

P=当量动载荷（函数式）

N=载荷变动一个周期内的总转数

6.2.2.轴承安全寿命的设定

当你选择轴承时，常常要根据相应的机械类型、工作环境和可靠性要求来设定一个适当的安全寿命，总的说来，这个设定的安全寿命就决定了机械与这相关的维护保养周期。

6.2.3.当量动载荷“P”的计算方法

轴承的基本额定动载荷是在假定的运转条件下确定的，即向心轴承仅受径向载荷。而实际应用场合常常同时承受径向载荷和轴向载荷，这样，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为与额定动载荷条件相一致的当量动载荷。当合成载荷的大小和方向恒定时，其当量动载荷的一般计算公式为：

P=XF_r+YF_a

其中：P= 当量动载荷（N）

F_r=径向载荷（N）=轴承实际载荷的径向分量（N）

F_a=轴向载荷（N）=轴承实际载荷的轴向分量（N）

X= 径向系数

Y=轴向系数

外球面球轴承的轴向载荷能力与轴承与轴的固紧方式有关。

带紧定螺钉或带偏心套固紧类的轴承，如果轴与轴承的配合较好且螺钉足够紧（见表32紧固力矩），轴向载荷F_a不能超过未被利用的允许径向载荷F_r的20%。

如果是用紧定套锁紧的轴承，如果安装固紧正确，轴向载荷F_a最大也只能是未被利用的允许径向载荷F_r的20%。

外球面球轴承的径向系数X和轴向系数Y，可从下表中查出（也可用插入法求得）。

当轴承承受恒定力矩载荷时，当量动载荷可按以下公式计算：

P_m=f_m · P

其中：P_m=考虑力矩载荷的当量动载荷

f_m =当力矩载荷较小时：f_m =1.5

当力矩载荷较大时：f_m=2

当轴承承受冲击载荷时，当量动载荷可按下式计算：

P_d=f_d · P

其中：P_d=考虑冲击载荷的当量动载荷（N）

f_d =冲击载荷因数；可按以下方法选取：

当无冲击载荷或轻微冲击载荷时：

f_d =1~1.2

当有一定的冲击载荷时：

f_d =1.2~1.8

6.3.选用实例

某一轴承工作转速为1000r/m，仅承受一径向载荷F_r=3000N，要求基本额定寿命最少20000小时，选择轴承尺寸。

根据转速n=1000r/m能查出：

f_n=0.322（从图1中显示约近0.32）

根据要求基本额定寿命20000小时（设定的安全寿命）能查出：

f_n=3.42（从图1中显示约近0.34）

仅承受一径向载荷

P=F_r=3000（N）

这样

用另一种简易方法计算轴承寿命，即图2的查表法。

具体做法是：连接转速n（1000r/m）的点和设定的基本额定寿命L10h（20000小时）的点，划一直线，直线与中间C/P值刻线的交点就是所求的C/P值，从图中看出：

C/P=10.6，已知P=Fr=3000，这样该轴承所需的基本额定动载荷为：

C/P=10.6

C=10.6P

      =10.6×3000=31800（N）

然后，根据各种尺寸轴承的基本额定载荷值，就能确定应该选什么尺寸的轴承了。

6.4. 额定寿命的修正

通常采用基本额定寿命L10作为衡量轴承性能的准则就足以满足要求，该寿命是指90%可靠度下的寿命。

然后，对于某些应用场合，或许要求计算更高可靠度下的寿命，同时，对于许多应用场合，还希望更精确、更完善地考虑轴承质量和运转条件对寿命的影响，修正额定寿命L_nm则满足于这一要求。

修正额定寿命L_nm，可以按下式计算：

L_nm=a₁a_ISOL₁₀

可靠度寿命修正系数a₁的值列于表21

系统方法的寿命修正系数a_ISO

考虑一下影响因素：

———— 材料（如洁净度、硬度、疲劳极限、温度响应）；

———— 润滑（如粘度、轴承转速、轴承尺寸、润滑剂类型、添加剂）；

———— 环境（如污染程度、湿度）；

———— 杂质颗粒（如硬度、尺寸、形状、材料）；

———— 套圈中内应力（如制造过程产生的、安装后套圈过盈产生的内应力）；

———— 安装（如装拆损伤、不同心）；

———— 轴承载荷。

也就是说，以上任何因素的改变，都直接影响到轴承的寿命。在选用轴承时，应充分考虑各方面因素的影响，给出合适的系数，从而避免选用不当而达不到预期效果。

关于寿命计算方法，可参阅国家标准GB/T6391

7.润滑和工作温度

7.1.润滑脂

带座外球面球轴承的轴承内，装填中小型电机轴承润滑脂（2号锂基脂），其物理及化学性能参考表22。

7.2.工作温度

一般轴承工作温度不超过120℃（外圈测量温度为100℃），外球面球轴承持续工作温度在70℃以上时，必须考虑缩短再润滑周期，低温极限为不超过零下20℃。

如果要求轴承达到更高货更低的工作温度，请咨询我们以获得更多信息。

7.3.再润滑周期

通常情况下，润滑脂寿命能满足轴承额定寿命的使用期。但在润滑脂变质快的场合下使用轴承时，需定期补充润滑脂，使轴承保持正常的润滑状态，保证轴承得到较长的寿命。

再润滑周期主要由轴承转速、工作温度以及周围环境所决定。再润滑周期可参考表23.

补充润滑脂的加脂量参考表24

注：1.轴承初期润滑脂的填充量占轴承内部有效空间容积的30~40%。建议润滑脂的补充量以初期的填充量为参考，即表中所列数值。因为补充量过多，可能会导致轴承异常发热和润滑脂的泄露。

2.密封结构为三唇密封圈的轴承润滑脂补充量推荐表中数值的1.5倍。

3.轴承低速场合使用时，为提高轴承的防尘性能，润滑脂补充量可选择表中数值的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°）三种类型。常规座所带油杯类型按表25所示。而表26列出的M6×1，M8×1，1/4-28UNF，1/8-27NPT以及G1/8油杯不同类型尺寸与设计，以满足客户对油杯的特殊要求。

8.极限转速

外球面球轴承的极限转速主要取决于轴承工作时产生的摩擦热大小，它与载荷情况、环境温度、润滑条件及寿命都有密切联系，而轴承与轴的良好配合也是实现高转速的保证。一般情况下，带顶丝类和带偏心套类外球面轴承与轴采用间隙配合，轴的精度选用h7级公差；当载荷较轻、转速低时，轴的精度可选用h8或h9级公差；当高速、重载荷时，轴承与轴采用较紧的配合，轴的精度采用j7级公差。带紧定套类外球面球轴承与轴配合，轴的精度采用h9级公差，并保证IT5/2圆柱度要求，表中用（h9/IT5）表示。

CS200系列外球面球轴承极限转速与深沟球轴承极限转速想当，其极限转速参考值如表27中所示。

外球面球轴承在不同配合下的极限转速参考值如表27所示

注：1.h9/IT5一栏适用于带紧定套外球面球轴承，其余j7~h9各栏适用于带顶丝或带偏心套外球面球轴承。

2.带三唇密封圈外球面球轴承的极限转速为上表所示值的20%~25%。

9.轴的精度

     在轴承上装有内六角螺钉，用以安装固定轴，正常工作状态下轴承与轴通常采用间隙配合，轴的尺寸精度按表28所示。

但是，如果轴承需要高的转速，或须承受高的负荷，这时轴承与轴的配合应该采用过渡配合，轴的尺寸精度按表29所示。

带有紧定套的轴承，轴承内孔为1:12的锥孔，这样轴承适合于作为长轴的中间支承。这时与之配合的轴的尺寸精度按表30所示。

用于工业风扇、风机的带座外球面球轴承，要求转速高。这时外球面球轴承与轴的配合要求较高，轴的精度一般选用h5或j5级公差。如表31所示。

10.轴承安装与固定

10.1.带顶丝轴承

这种轴承宽内圈的一端装有成120°角的两个紧定螺钉，紧定螺钉把轴承内圈与轴固紧。安装时，要有足够的力矩才能保证轴承与轴的紧固，表32为推荐的紧定螺钉的紧定力矩。

如果轴承工作在下列情况下：1）轴承有振动；2）轴承有相对移动；3）轴承的载荷较大或者转速较高，在轴上紧定螺钉的相应位置应开有紧定槽或窝。（如图3所示）

10.2.带紧定套轴承

这种轴承的内孔有1:12的锥度。安装时，先把套放进轴承内孔，再嵌入防松垫片，然后装上螺母。安装轴时，先用手尽力拧紧螺母，再用扳手拧进2/5~3/5圈即可。螺母拧紧后，把防松片弯进放松槽内，否则，可能因螺母松动而引起轴与套筒间的相对滑动。如图4所示。

10.3.带偏心套轴承

这种轴承内圈加长端有一偏心凸台，偏心套一侧也有偏心凹槽，安装在轴上时，偏心凸台和偏心凹槽对好，先向轴旋转方向拧紧偏心套，再拧紧偏心套上的紧定螺钉。

10.4.轴承座的安装

带座轴承的正确安装顺序应该是：先安装座，再安装轴。原则上轴承座可以装在任何地方，但为了保证轴承的使用寿命，安装面必须平坦，牢固。

带立式座轴承及带法兰座轴承安装平面倾斜角度的要求，相对于轴的中心线不应超过±2°，见图5。若带有冲压通盖的不应超过±1°。

10.5.滑块座的安装

滑块座安装于两条平行线导轨之间，通过调整螺栓来实现滑块座在导轨上的移动，从而达到调整轴的中心距的目的。有关配合部分如图6所示。

滑块座安装尺寸及公差按表33、表34及表35所示。

表33、表34及表35  图6

11.不同转速及C_r/P_r比值下轴承额定寿命预算

例：

在稳定径向载荷F_r=3250N，转速为1500r/min条件下，对UC212轴承额定寿命预算：

UC212轴承的额定动负荷为47800N。

假设轴承没有轴向载荷，那么当量动载荷P_r=F_r×f_d=3250N×1.2=3900N（当没有冲击载荷或冲击载荷较小时，冲击载荷因数f_d=1~1.2）。

使用表36，从相应转速r/min一栏中查到最接近C_r/P_r值，易获得轴承大概的额定寿命。

所以得C_r/P_r=47800/3900=12.256

在转速n=1500r/min一栏中，查到12.2最接近C_r/P_r值，它对应的20000小时即为UC212轴承在已知条件下大概的额定寿命。

轴承的实际寿命还需考虑额定寿命修正系数a₁和a_ISO予以修正。