精密轴承使用指南.docx
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精密轴承使用指南
目录
一、角接触球轴承的安装和初次润滑1
1、概述1
2、影响轴承过早失效的几个因素1
2.1、安装不当1
2.2、润滑不当1
2.3、污染2
2.4、疲劳2
3精密轴承安装的几种方式2
3.1、冷安装2
3.2、加热法安装2
3.3、液压技术安装3
二、角接触球轴承在使用过程中应注意的问题3
1、角接触球轴承的优点3
2、角接触球轴承的种类3
3、角接触球轴承如何选用4
4、角接触球轴承精度的选择4
5、角接触球轴承保持架的选择4
6、润滑方式的种类及其润滑选择5
7、如何选择润滑脂及润滑脂的填充量如何控制6
8、安装时应注意的事项6
9、内、外径上打径跳高点标记的作用6
10、如何理解角接触球轴承的“配对”或“组配”7
11、配对时为什么要加预紧力7
12、角接触球轴承加预紧力的目的7
13、配对轴承的预紧方式有哪几种？
有什么区别？
7
14、预载荷大小的选择8
15、选配预紧和万能预紧的区别9
16、角接触球轴承的配对形式10
17、万能配对的适用范围12
18、角接触球轴承的极限转速13
19、失效模式及其分析13
20、角接触球轴承代号方法14
21、高速角接触球轴承设计基本要求16
精密轴承使用指南
一、角接触球轴承的安装和初次润滑
1、概述
安装是轴承生命周期中的关键阶段之一，如果未使用正确的方法和工具安装轴承，则将缩短轴承的使用寿命。
初次润滑也是安装程序中的重要步骤。
选择适用于应用的轴承润滑脂是获得最佳性能的关键。
此外，所使用的润滑脂的量和润滑方法也影响轴承的寿命。
2、影响轴承过早失效的几个因素
影响轴承过早失效的几个因素有：
安装不当；润滑不当；污染和疲劳等。
2.1安装不当
所有过早失效的轴承中约有16%是安装不当（通常是野蛮装配…）和未意识到采用正确的安装工具引起。
在正确使用和有效的安装、拆卸前提下，单独的安装可能需要使用机械、液压或加热的方法。
使用专门工具和专业技术的安装，是延长机器正常运转时间的另一个正确步骤。
2.2润滑不当
虽然可安装和使用“免维护”轴承（即预先填充润滑脂的密封轴承），但是仍然有36%的轴承过早失效，是由于使用错误型号的润滑剂和填脂量不合适造成的，缺乏正确润滑的轴承将在正常的预期使用寿命前失效。
由于轴承通常是机械中最不易接近的部件，不经常润滑会使问题更加复杂。
2.3污染
轴承是精密部件，如果轴承和它的润滑剂不与污染物隔离，则轴承无法有效运行。
而且，由于各种润滑脂准备就绪的永久性密封轴承只占全部轴承的很小一部分，在所有轴承过早失效中至少有14%与污染问题有关。
2.4疲劳
轴承使用错误引起机器过载时，轴承会因承担过载的后果而失效，这在全部轴承过早失效中占有34%。
3、精密轴承安装的几种方式
3.1冷安装
小型和中型轴承通常使用冷安装，利用安装工具对轴承套圈施加力，有助于防止轴承损坏。
内圈过盈配合外圈过盈配合内、外圈均过盈配合
3.2加热法安装
在安装前，很多用户通常采用高温油浴加热轴承。
然而，这一方法可能污染轴承，导致轴承过早失效。
由于具有高度的可控性、效率和安全，现在感应加热器是加热轴承时最常用的技术。
油浴加热电感应加热
3.3液压技术安装
目前，开发出很多液压设备，液压技术广泛应用于轴承安装。
二、角接触球轴承在使用过程中应注意的问题
1、角接触球轴承的优点
角接触球轴承是深沟球轴承的变种，它的优点比较突出：
①结构简单；②极限转速比较高：
③摩擦力矩比较小；④可同时承受径向和轴向载荷；⑤同样的外形尺寸它比深沟球轴承动载荷、静载荷容量大；⑥旋转精度高，噪音小。
因此，它是高速、高精度、低噪音精密轴系首选的轴承。
2、角接触球轴承的种类
由于角接触球轴承是深沟球轴承的变种，所以凡是深沟球轴承派生的系列均可演变为角接触球轴承。
深沟球轴承有6000、6200、6300、6400、61800、61900等系列，相应的角接触球轴承有7000、7200、7300、7400、71800、71900等系列。
根据角接触时接触角的大小而分为C（15度）、AC（25度）、A（30度）及B（40度）。
3、角接触球轴承如何选用
选用角接触球轴承主要根据工作环境条件以及给轴承所限定的空间所决定.工作条件主要包括转速、受力情况，轴向和径向载荷的比例、润滑方式等。
首先要抓住主要矛盾，例如：
主要矛盾是要求高转速，那么首先要选择接触角为15度，极限转速比较高的轻系列轴承。
如果主要矛盾是承受轴向大的载荷，那么不妨就选用接触角为40度的2系列或者3系列的角接触球轴承；如果要求既有一定的转速又要能承受较大的轴向力，那么就应该选择接触角为25度的角接触球轴承。
另外，还要根据限定空间选择，但选定型号后，要查样本中的动载荷、静载荷容量和极限转速，验证是否满足使用转速和使用寿命要求。
4、角接触球轴承精度的选择
我国轴承精度标准有P0、P6、P5、P4、P2等级别。
P0为普通级，是按照常规工艺，大批量生产能达到的级别，价格最为经济，以后按P6、P5、P4、P2顺序精度等级逐次提高。
精度等级主要包括尺寸精度和旋转精度。
尺寸精度包括内径、外径、宽度，旋转精度包括径摆、侧摆、端面对内孔、外径垂直度等。
精度的旋转关键取决于对轴系的要求，一般来说要求高转速，高旋转精度的轴系，如：
电主轴、计算机硬盘驱动器等应选择接触角为15度的P2、P4级轴承为宜；要求中等转速、轴系刚性较大、中等旋转精度，那么选择接触角为25度的P4、P5级轴承为宜；要求转速低、刚度大、承载能力大，寿命长的轴系，则可选用经济的接触角为25度、30度、40度的P0、P6级为宜。
5、角接触球轴承保持架的选择
角接触球轴承所使用的保持架，就材质而言有酚醛胶布保持架、铜保持架、铁保持架、铝保持架及塑料保持架。
塑料保持架有尼龙聚酰亚氨，聚四氟乙烯保持架等。
选择保持架主要依据转速，环境温度及载荷大小。
原则上，高速、小载荷用非金属保持架；低速、重载荷使用金属保持架；高温环境条件用金属保持架；中温环境条件用塑料保持架，一般尼龙保持架使用温度不能超过120℃，聚四氟乙烯可在极低温环境下工作，譬如可在液氨中使用，酚醛胶布保持架可在常温至150℃环境中工作，聚酰亚氨发泡处理后可作自润滑保持架。
就结构而言分金属冲压筐形保持架，注塑筐形保持架，金属实体保持架和塑料实体保持架以及机加工金属实体保持架和胶布酚醛机加工保持架。
筐形保持架用于40°接触角轴承，实体保持架用于15°、25°接触角轴承。
6、润滑方式的种类及其润滑选择
角接触球轴承一般有四种润滑方式：
即油气润滑、油雾润滑、喷油润滑和脂润滑。
油气润滑实际是一种间歇式的滴油润滑；油雾润滑是一种连续式的将油雾化并喷入轴承内的润滑；喷油润滑是连续不断地将润滑油射入轴承内；脂润滑由润滑脂填入轴承内进行润滑。
几种润滑方式的性能特点如下表：
润滑方式
优点
缺点
油气润滑
·可控制最佳油量，轴承发热低，寿命长
·冷却效果好，温升低
·尘埃和切削液不易浸入
·几乎不污染环境
·适用于超高速
·润滑装置成本稍高
·使用维护要求高，成本较高
油雾润滑
·因不断注入新的润滑油，不致出现油变质
·尘埃和切削液不易浸入
·冷却效果较好
·适用于超高速
·油雾污染环境
·油流量随油的粘度和温度而定，难以控制到小流量
喷油润滑
·因流量大，尘埃和切削液不会进入轴承，
不致烧毁轴承
·喷油带走热量，轴承温升可控制
·适用于高速或一般高速
·摩擦损耗大
·因油有泄露，主轴不宜垂直安装
·润滑装置成本高
脂润滑
·使用方便，维护简单
·适用于高速或一般高速
·散热效果差，
·注脂量不好控制
·选用合适的油脂困难
7、如何选择润滑脂及润滑脂的填充量如何控制
生产润滑脂的企业很多，牌号也千差万别，因此选择润滑脂，必须根据轴承工况条件选取。
主要工况条件是转速、载荷和工作温度。
根据这些条件并参照润滑脂技术参数进行选取。
同样填脂量也要根据转速的高低、载荷大小和工作温度选取。
高速轻载填脂量一般控制在20%～25%，过多的填脂量将引起搅拌热使轴承工作温度升高，甚至会将轴承烧坏。
相反低速重载就可以填的多一些。
8、安装时应注意的事项
精密高速轴承拆封后，一般不用清洗（超高速精密轴承应清洗），因为专业生产厂家在轴承装配时已反复清洗过，然后涂上两用防锈油后进行包装，所以使用时一般不用清洗。
安装时切勿直接敲击，以免损伤滚动体和滚道；内圈和轴一般都采用过盈配合或过渡配合，但是过大的过盈量会影响轴承的游隙或接触角，甚至轴的不同度都会影响旋转精度和轴承的工作噪音；外圈和轴承箱一般采用过渡配合或间隙配合。
轴承装好后，一定要进行“跑合”，即先低速运转，然后逐渐加速直至达到工作转速。
9、内、外径上打径跳高点标记的作用
角接触精密轴承在轴系里一般都以组配形式安装和运转，而装好的轴系一般都希望在运转过程中达到最理想的旋转精度，特别是内、外圈的径跳。
旋转精度的好坏又主要取决于径跳的大小，径跳是由偏心和滚道圆度叠加而成。
偏心对于多套轴承来说，如果安装时能够放在一个角位置上，那么轴系在旋转过程中，偏心将从轴心旋转精度中剔除，可以达到最佳旋转精度。
这就是精密级角接触球轴承内、外圈要将径跳高点标出的原因。
其装配过程中，将内、外圈径跳高点放在一条直线上就能达到提高旋转精度的目的。
10、如何理解角接触球轴承的“配对”或“组配”
角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷，单列角接触球轴承只能承受单方向轴向载荷，一般不能单独使用。
因为正常的轴系要能够承受一定的径向力和轴向力，有一定的刚性和一定的转速，所以必然是两个或两个以上的单列角接触球轴承进行一定的组合后才能组成一个适用的轴系。
成对使用时，以预先调整好间隙的配对角接触球轴承最为方便。
11、配对时为什么要加预紧力
轴系在运转过程中有两种情况，一种是运转过程中径向、轴向有一定的游隙，另一种是运转过程中没有游隙。
运转过程中没有游隙时，轴承组配时就必须有预紧力，其目的主要是为了提高轴系的刚性，以满足轴系的工作性能。
12、角接触球轴承加预紧力的目的
角接触球轴承预紧的主要目的有：
①确定轴承轴向和径向的位置，同时可以抑制轴的跳动；②提高轴承的刚性；③防止轴向方向振动及由于共振而造成的异音；④防止抑制滚动体的旋转滑动、公转滑动及自转滑动等。
13、配对轴承的预紧方式有哪几种？
有什么区别？
图1
图2
配对角接触球轴承的预紧方式有定位预紧和定压预紧两种方式。
定位预紧是指轴承的轴向位置在使用的过程中保持相对不变的一种轴向预紧方式。
如图1所示，可以通过调整两轴承之间的隔套宽度来获得要求的预紧量。
在配对的同型号两轴承内圈或外圈端面磨去一定的预变形量，安装之后实现预紧，也属于定位预紧。
定位预紧可显著提高支承系统的刚度。
定压预紧亦称定力预紧，是指使轴承的轴向预紧载荷在工作中保持不变的一种轴向预紧方式。
如图2所示，可以通过调整弹簧的压缩量来获得一定的预紧量。
两种预紧方法各有特点：
①在相同预紧力的情况下，定位预紧要比定压预紧的刚度好；②定位预紧时，由于内、外圈温差和径向游隙变化容易引起预紧力的变化，而定压预紧对温度变化引起的预紧力变化不明显。
由此，可以得知，一般定位预紧适用于提高轴承刚度，而定压预紧适用于高速旋转或需要防止轴系发生轴向振动的场合。
14、预载荷大小的选择
预载荷过大将会导致异常发热、摩擦力矩增大、疲劳寿命降低等；预载荷过小轴承刚性太低，高速时旋动摩擦同样也会导致轴承过早损坏，因此，要充分研究使用条件、预载荷的目的等来决定预紧量。
一般预紧力分为三级：
即轻预紧、中预紧、重预紧，或根据客户的使用情况加载特殊的预紧力。
一般情况下：
磨削轴自动换刀数控机床主轴轴承应选轻预载荷或微预载荷；车床主轴轴承通常选中预载荷或重预载荷；铣床主轴选中预载荷或重预载荷。
15、选配预紧和万能预紧的区别
以下图3为例，为了使两套轴承加上预紧力F，在未加力前两套轴承内圈端面必须有间隙C，左侧轴承凸出量为C1，右侧轴承凸出量为C2，选配预紧时C1可能不等于C2，只要C1+C2=C（C趋近于0）即可；而万能配对预紧时，C1必须等于C2，而且每套轴承的内圈宽度和外圈宽度也必须相等。
图3
16、角接触球轴承的配对形式
组配轴承的工作性能随着受载方向的不同而发生变化，因此，对于不对称排列的组配轴承都有一固定的安装方向。
为便于正确安装使用，组配轴承的外圈上沿轴线方向标记有角线“V”，角线“V”开口对着作用在内圈上轴向载荷，即角线“V”尖角方向应与作用在轴承内圈上轴向载荷的方向一致。
如果作用在轴承内圈上的载荷为双向，则角线“V”尖角方向与作用在轴承内圈上较大轴向载荷的方向一致。
常见的组配方式有以下几种类型。
两套轴承组配的形式有三种：
即背靠背（DB型，又称“O”型）、面对面（DF型，又称“X”型）、串联（DT型），其结构图及其特点如下：
配对形式
代号
特点
轴承双联配置形式
背靠背
DB
·对称安装
·能承受径向载荷
·能承受两个方向的轴向载荷
·能承受较高的倾覆力矩
面对面
DF
·对称安装
·能承受径向载荷
·能承受两个方向的轴向载荷
·能微弱调心，承受倾覆力矩的能力较差
串联
DT
·两套轴承相同
·同向排行
·能承受径向载荷
·能承受一个方向较大的轴向载荷
三套轴承组配形式有：
TBT型、TFT型和TT型，图例如下：
TBTTFTTT
四套轴承组配形式有：
QBC型、QFC型、QT型、QBT型和QFT型，图例如下：
QFCQBCQT
QBTQFT
五套轴承组配形式有：
PBC型、PFC型、PT型、PBT型和PFT型，图例如下：
PFCPBCPT
PBTPFT
17、万能配对的适用范围
图4为万能配对轴承，内、外圈修磨等高，符合某一预紧级别（通常预紧分A、B、C）,要求凸出量C1=C2，并趋近于0，这样的轴承可任意组配成DB、DF、DT，然而也仅适用于这三种组配，如果想组配成三套组配、四套组配和五套组配时，工厂可根据不同组配形式，修磨出相应的凸出量以满足用户的设计要求。
表1
配对形式
载荷系数
DBDF
1
QBTQFT
1.6
QBCQFC
2
PBTPFT
1.75
PBCPFC
2.45
TBTTFT
1.35
图5
18、角接触球轴承的极限转速
滚动轴承，各自都有着一定的旋转速度极限。
轴承旋转时，随着轴承旋转速度加快，由轴承内部摩擦热而产生的温升也增高。
旋转速度的极限值是指不产生烧伤、过热、持续运转的经验速度允许值。
因此，各种轴承的极限转速，与轴承结构、材料、轴承载荷、润滑方法及轴承周围的冷却情况等变化而变化。
另外，需要说明的是：
轴承尺寸表中所记载的油润滑时和脂润滑时的极限转速，其前提是轴承结构为标准设计，所加载荷为普通载荷即P≤0.09，Fa/Fr≤0.3。
如果是带接触式密封圈的轴承，其密封圈的线速度就决定了轴承的极限转速；如果载荷方式超过了普通载荷，那么极限转速就要下降；如果轴承配对使用，那么根据组配轴承的个数和轴承精度等级，轴承极限转速会下降10%～40%。
所以在选用轴承时必须充分考虑这些因素。
19、失效模式及其分析
高速角接触球轴承一般常见的失效模式有：
旋转精度超差、烧结、发热、啸叫、保持架断裂、疲劳剥落等。
轴承烧结是破坏性的，烧结是轴承急剧升温到一定程度造成的，其原因如下：
①轴承选择不当，工作转速超过了极限允许转速；②设计不当，如：
保持架引导间隙过小；③安装使用不当，如预紧力过大；④漏脂，断油形成无润滑状态等。
啸叫或异声在高速轴承中是经常出现的，其主要原因多为保持架参数选取不合理：
如引导间隙过小或过大，或者是兜孔引导间隙和挡边引导间隙不“匹配”所造成。
保持架断裂，一种是发热，烧结后保持架跟随破坏的，另一种是保持架设计强度不够，第三个原因是保持架原材料本身就有起层和疏松造成的。
疲劳剥落属于正常损坏，也就是轴承已到寿命。
旋转精度超差的原因：
①轴承本身精度超差；②安装不当：
如径跳高点没有对齐或配合过紧，轴承的圆度不好；③预紧力过小等。
20、角接触球轴承代号方法
角接触球轴承代号由前缀、基本代号和后缀三部分组成。
20.1、常用的角接触球轴承前缀代号
前缀代号
性能特点
结构形式
7:
外圈带斜坡，内圈双挡边
高速、高承载能力、适于脂润滑
H7:
内、外圈均带斜坡
超高速、高刚度、适于油气润滑
B7:
内圈带斜坡，外圈双挡边
超高速、高刚度、适于油雾润滑
20.2、基本代号与其他轴承相同，最前面为类型代号，中间为尺寸（宽度）系列，后面为内径系列。
20.3、后缀代号常用的有
接触角代号：
C=15°；AC=25°；A=30°；B=40°
保持架材料代号
F-钢，球墨铸铁或粉末冶金实体保持架
Q-青铜实体保持架
M-黄铜实体保持架
L-轻合金实体保持架
T-酚醛层压布管实体保持架
TH-玻璃纤维增强
TN-工程塑料模注保持架
J-钢板冲压保持架
Y-铜板冲压保持架
ZA-锌铝合金保持架
保持架结构型式
H-自锁兜孔保持架；A-外引导；B-内引导。
配置代号
D-两套轴承组配；T-三套轴承组配；Q-四套轴承组配；P-五套轴承组配；S-六套轴承组配
组配时轴承排列
B-背靠背；F-面对面；T-串联；G-万能配对；BT-背靠背串联；FT-面对面串联；BC-成对串联背靠背；FC-成对串联面对面
配置时的轴向游隙，预紧及轴向载荷分配代号
GA-轻预紧，预紧值较小；GB-中预紧，预紧值大于GA；GC-重预紧，预紧值大于GB；G×××-预载荷为×××的特殊预紧。
G可以省略不标
CA-轴向游隙较小；CB-轴向游隙大于CA；CC-轴承游隙大于CB
振动值代号
Z1、Z2、Z3为加速度振动级别；V1、V2、V3为速度振动级别
密封代号
RZ-非接触式橡胶盖密封；RS-接触式橡胶盖密封
滚动体材料代号
HQ1-陶瓷球；S-不锈钢
21、高速角接触球轴承设计基本要求
该类轴承按用途可分三类：
一类是以最大动载荷容量为设计期望值；一种是超高速为期望值；一种是以兼顾高速和动载荷容量为期望值。
以最大动载荷容量为期望值时，取滚动体Dw=（D-d）/2×0.618
以超高速为期望值时，取滚动体Dw=（D-d）/2×0.384
兼顾动载荷容量和高速时，取滚动体Dw=（D-d）/2×0.5
挡边系数按表2选取
表2
接触角￠
15°和25°
40°
直径系列
0
2、3
2、3
Ki（内圈）
0.35
d≤250.35
d＞250.40
0.65
Ke（外圈）
0.35
d≤250.35
d＞250.40
0.60
沟曲率选取：
国内优化设计推荐Ri=0.515Dw；Re=0.525Dw
国外超高速轴承Ri＞Re
Ri≥0.54Dw
Re≤0.53Dw
精密轴承产品引导方式有内引导、外引导、滚动体引导三种方式，其特点分别为内引导：
转动惯量小，可以节省材料，但与外引导相比允许装球数量要少些；外引导转动惯量大，装球数量要比内引导多些；滚动体引导的特点是同样的转速下，比外引导和内引导发热量小，同时噪音也相对小些，但是结构复杂，很难加工，仅适于注塑型的塑料保持架。
对于高速轴承来说，在强度满足的情况下，径向壁厚和宽度尽量要取下限值，这样除了转动惯量小之外，更重要的是有利于散热和润滑。
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