球軸承

球軸承是滾動軸承的一種，球滾珠裝在內鋼圈和外鋼圈的中間，能承受較大的載荷。也叫滾珠軸承。

球軸承主要是由四個基本元件構成：滾珠（ball）、內環（inner ring）、外環（outer ring）與保持器也叫保持架（cage or retainer）。一般工業用的球軸承滿足AISI 52100的標準，滾珠與環通常是以高鉻鋼製成，洛氏硬度（Rockwell C- scale hardness）約在61-65之間。而保持器的硬度相較於滾珠與環低，其材料有金屬（如：中碳鋼、鋁合金）或非金屬（如：鐵弗龍、PTEF、高分子材料）。球軸承（ball bearing）比軸頸軸承(journal bearing)的轉動摩擦阻力小，因此相同的轉速下，摩擦產生的温度會比較低。

球軸承的用途，是確定兩個零件(通常是軸和軸承座）的相對位置和保證其自由旋轉，同時傳遞它們之間的載荷。在高轉速下(例如在陀螺球軸承中)，此用途可擴大到包括自由旋轉而軸承中幾乎無磨損。為了達到這種狀態，可用一層稱為彈性流體動力潤滑膜的粘附流體膜將軸承的兩個零件隔開。登哈德(1966年)指出，不僅在軸承承受軸上的載荷時，而且在軸承承受預緊而使軸的定位精度和穩定性不超出1微英寸或1毫微英寸時，都能維持彈性流體動力潤滑膜 ^[1]  。

球軸承用於具有迴轉零件的各種機器和設備中。設計人員往往要決定，在特定應用場合應該採用球軸承還是流體膜軸承。下列特性使球軸承在很多場合要比流體膜軸承更合乎需要，

1．起動摩擦小且工作摩擦合適。

2。能承受徑向和軸向聯合載荷．

8．對潤滑的中斷不敏感．

4．無自激失穩現象。

5．低温起動容易。

在合理的範圍內，改變載荷、轉速和工作温度對球軸承的良好性能只有很小的影響。

下列特性則使球軸承不如流體膜軸承合乎需要。

1．有限疲勞壽命的變化大．

2．所需的徑向空間較大．

3．阻尼能力低。

I．噪聲水平較高。 ·

6．對中要求較嚴格。

6．成本較高．

照上述特性，活塞式發動機通常採用流體膜軸承，而噴氣式發動機幾乎只用球軸承。各種型式的軸承都有其特有的優點，在給定的應用場合，應當仔細選擇最合適的軸承型式。英國工程科學數據組織(ESDU 1965年，1967年)曾為選擇軸承這個重要問題提供了有用的準則。

軸承遊隙（內部間隙）是指軸承在與軸或軸承箱未安裝之前，軸承某一套圈相對於另一套圈在某一方向上可移動之總距離。根據移動方向，可分為徑向遊隙和軸向遊隙，如圖1所示。

必須將安裝前軸承的內部間隙與安裝後達到運行温度時軸承的內部間隙（運行間隙）區分開來。原始內部遊隙（安裝前）通常大於運行遊隙，這是由於安裝配合中涉及配合程度的差異，軸承內外圈及有關部件熱膨脹的差異使得內外圈膨脹或收縮造成的。

軸承內部遊隙與規定數值

滾動軸承運轉中的內部遊隙（也稱作遊隙）的大小，對疲勞壽命、振動、噪聲、温升等軸承性能影響很大。

因此選擇軸承內部遊隙，對於決定了結構尺寸的軸承，是一項重要研究項目。

一般為得到穩定的測試值，給予軸承規定的測試載荷，然後測試遊隙。因此測得的遊隙值，大出理論遊隙（在徑向遊隙中，也稱為幾何遊隙），即多一個因給予測試載荷而引產生的彈性變形量（稱為測試遊隙以示區別）。

通常，安裝前的遊隙按理論內部遊隙規定。

內部遊隙的選擇

根據使用條件選用最適宜的遊隙時應考慮下列幾點：

（1）軸承與軸和外殼的配合而導致遊隙的變化。

（2）軸承工作時由於內、外套圈的温度差而導致遊隙的變化。

（3）軸和外殼所用的材料因膨脹係數不同而影響軸承遊隙的變化。

一般正常工作的軸承，應優先用基本組的徑向遊隙。但在特殊條件下工作的軸承，如高温、高速、低噪聲、低摩擦等要求，可選用輔助組的徑向遊隙。對精密軸承、機牀主軸用軸承等選用較小的徑向遊隙。對軸承遊隙有特殊要求的，軸承可以滿足客户的需要。

深溝球軸承的遊隙控制

針對深溝球軸承生產中常用軸向遊隙控制徑向遊隙，合套後徑向遊隙超差的問題，通過嚴格控制內、外溝道和鋼球的精度，並壓縮計算軸向遊隙時的徑向遊隙範圍，下限值保持不變，上限值壓縮15%。以此方法得到的軸向遊隙為基準控制合套後的實際徑向遊隙，實例驗證表明，該方法可滿足工藝要求 ^[2]  。

角接觸球軸承的遊隙分析

對於角接觸球軸承來説，遊隙同樣決定着它的疲勞壽命，如果遊隙選擇不當，非常容易引起軸承早期失效。

角接觸球軸承一般成對使用，使用場合分為預遊隙和預載荷 2 種。 剛度要求較高的機牀軸承採用預載荷配置，並且軸的配合過盈量很小（約為幾微米），配對時無需考慮配合過盈量對工作遊隙的影響。 但是對於配合過盈量較大的軸承，必須考慮過盈量對其徑向遊隙的影響，此時多采用預遊隙配置。 而 JB /T 10186—2000 僅對 7200B 和7300B 軸承系列的預遊隙值進行了規定，對其他系列沒有規定，因此需要進行理論計算，選擇一個合適的遊隙範圍。

影響角接觸球軸承預緊的因素：如果軸承的預緊力增大，剛度可以提高，但過大的預緊力將使軸承產生異常發熱，從而導致軸承出現早期失效。 在定位預緊中，預緊力取決於軸承的安裝條件，包括軸承的配合、運行中的離心效應和温升。

1、軸承的配合

對於機牀軸承，一般內圈為過盈配合，外圈為間隙配合。 內圈與軸的過盈配合使其徑向尺寸發生變化，從而導致預緊力的增大。

2、離心效應

當軸承高速運行時，內溝道由於離心效應將發生膨脹，引起軸承徑向遊隙發生變化，並增大預緊量。

3、温升

當軸承運行時， 由 於其內部摩擦、潤滑劑攪拌和其他外部因素的共同作用，將導致軸承温度升高和零件的膨 脹。

（1）軸承參數中，接觸角對軸向遊隙變化量影響較大。（2）過盈配合、離心效應、温升對軸承遊隙的　　影響中，過盈配合的影響最大。（3）實際應用中，如果軸承過盈配合時，需將配合過盈量對軸承遊隙的影響考慮在內，應預留一定遊隙， 以免造成預緊力過大， 使軸承提前失效。 角接觸球軸承在實際配對時，應將其徑向遊隙變化量轉化為軸向遊隙變化量進行考慮 ^[3]  。

在機械零件設計中，經常用到滾動軸承和滑動軸承，滾動軸承與滑動軸承相比較，有以下優缺點。

（1）在一般工作情況中，滾動軸承摩擦係數小，不會隨着摩擦係數的變化而變化，比較穩定；起動、運轉力矩小，功率損失小，效率高。

（2）滾動軸承徑向遊隙小，而且可以通過軸向預緊的方法進行消除，所以運轉精度高。

（3）滾動軸承軸向寬度小，有的軸承同時承受徑向和軸向的複合載荷，結構緊湊，組合簡單。

（4）滾動軸承是標準化部件，標準化程度高，可以成批生產，所以成本低。

（1）滾動軸承滾動體和管道接觸面積小，特別是球軸承，耐衝擊能力差。

（2）由於滾動軸承的結構特點，造成振動和噪聲較大。

（3）滾動軸承在高速、重載情況下，壽命降低。

（4）滾動軸承的內外圈採用整體式結構，不能採用部分結構，造成長軸中間的軸承安裝比較困難 ^[4]  。