滚动轴承在汽车中的应用及其优化

任务介绍

滚动轴承依靠滚动体与轴承座圈间的滚动接触来工作，用于支承旋转零件或摆动零件。它广泛应用于各种机械设备中，如汽车变速器、分动器等。滚动轴承的结构和尺寸已标准化，并由专 门的轴承厂成批量生产。

学习目标

1.理解滚动轴承的分类和结构。

2.能解释滚动轴承的标记。

相关知识

一、滚动轴承的结构与材料

1.结构

如图3-27所示，滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。内圈装在轴颈上，与轴一起转动；外圈装在机座或零件的轴承孔内。多数情况下，外圈不转动；当内、外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动；滚动体是滚动轴承的核心元件，其形状如图3-28所示。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。内、外圈上通常制有沟槽，其作用是限制滚动体轴向位移和降低滚动体与内外圈间的接触应力。

图3-27　滚动轴承构造

1—内圈；2—外圈；3—滚动体；4—保持架

图3-28　滚动体

（a）球形；（b）圆柱形；（c）圆锥形；（d）滚针；（e）鼓形

有些滚动轴承，除必须有滚动体外，其他零件或组件则视具体结构而定，有时还增加其他特殊零件。

2.材料

滚动轴承的内、外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造滚动轴承，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60～65HRC。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用非铁合金或塑料等材料。

二、滚动轴承的基本类型及特性

1）按滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承两大类。

① 球轴承。滚动体为球形的轴承称为球轴承。它与内、外圈滚道之间是点接触，摩擦小，但承载能力和耐冲击能力较低；允许的极限转速高。

② 滚子轴承。滚动体是圆柱、圆锥、鼓形和滚针等形状的轴承称为滚子轴承。它与轴承内、外圈滚道之间为线接触，摩擦大，但其承载能力和耐冲击能力较高；允许的极限转速较低。

2）按承受载荷方向和公称接触角不同，滚动轴承又可分为向心轴承和推力轴承两大类。

① 向心轴承。向心轴承主要承受径向载荷，公称接触角0°≤α≤45°，其中α=0°的，称为径向接触轴承，除深沟球轴承外，其他只能承受径向载荷；公称接触角0°<α≤45°的，称为角接触向心轴承。

② 推力轴承。推力轴承主要承受轴向载荷，公称接触角45<α≤90°，其中α=90°的，称为轴向接触轴承，只能承受轴向载荷；公称接触角45°<α< 90°的，称为推力角接触轴承，α越小，承受径向载荷能力越大。

常用滚动轴承的主要类型尺寸系列代号及性能特点如表3-1所示。

表3-1　常用滚动轴承主要类型、尺寸系列代号及性能特点

续表

注：①指各种轴承极限转速与深沟球轴承极限转速之比，高——相当于100％～90％；中——相当于90％～60％；低——相当于60％以下。
②“（）”内的数字在组合代号中可以省略。
③“[]”括号内为与新代号相对应的旧代号。

三、滚动轴承的代号

滚动轴承的类型很多，各类轴承又有不同的尺寸、结构和精度，为了便于生产和选择使用代号表示各类滚动轴承。滚动轴承代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号，由字母和数字组成。按GB/T 272—2017的规定，轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其排列如表3-2所示。

表3-2　滚动轴承代号的排列

1.基本代号

基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是滚动轴承代号的基础。它由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号构成。其排列如表3-2所示。

（1）类型代号

类型代号表示轴承的基本类型，类型代号用数字或字母表示，如表3-1所示。

（2）尺寸系列代号

尺寸系列代号表示内径相同的轴承可具有不同的外径，而外径相同时又可有不同的宽度（对推力轴承指高度）。轴承尺寸系列代号由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号所组成。宽度系列代号表示内、外径相同的同类轴承宽度的变化。按8、0、1、2、3、4、5、6的顺序，宽度依次增大。正常宽度的轴承代号为0。多数轴承在代号中不标出宽度系列代号0，但调心滚子轴承和圆锥滚子轴承的宽度系列代号0要标出。直径系列代号表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径。按7、8、9、0、1、2、3、4、5的顺序，外径依次增大，轴承的承载能力也相应增大。

（3）内径代号

轴承公称内径代号如表3-3所示。

表3-3　轴承公称内径代号

2.前置、后置代号

前置、后置代号是当轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号左、右添加的补充代号。其排列如表3-2所示。前置代号用于表示轴承的分部分，用字母表示，如用L表示可分离的内圈或外圈，R表示不带可分离内圈或外圈的轴承，K表示滚子和保持架组件。后置代号为补充代号，用字母和数字表示，包括8项内容：内部结构、密封与防尘结构、保持架及其材料、特殊轴承材料、公差等级、游隙、多轴承配置及其他。后置代号与基本代号空半个汉字距离或用符号“-”“/”分隔。下面仅介绍公差等级代号、内部结构代号和游隙代号。

1）公差等级代号：按精度高低排列分为2级、4级、5级、6x级、6级和0级，分别用/P2、/P4、/P5、/P6x、P6和/P0表示，其中2级精度最高，0级为普通级，在代号中省略，6x仅用于圆锥滚子轴承。

2）内部结构代号：角接触球轴承分别用C、AC、B代表3种不同的公称接触角α=15°、25°、40°，E表示加强型。

3）游隙代号：游隙指轴承在无载荷作用下，一个套圈相对于另一个套圈在某一个方向的可移动距离。轴承径向游隙代号有6个组别，从小到大分别是1组、2组、0组、3组、4组、5组，0组游隙是常用的，在轴承代号中省略不标出，其余代号为/C1、/C2、/C3、/C4、/C5。工程中常用的是3组。

例如：(www.xing528.com)

6308：6—深沟球轴承，3—中系列，08—内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组。

N105/P5：N—圆柱滚子轴承，1—特轻系列，05—内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组。

7214AC/P4：7—角接触球轴承，2—轻系列，14—内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=15°。

30213：3—圆锥滚子轴承，2—轻系列，13—内径d=65mm，0—正常宽度（0不可省略），公差等级为0级，游隙组为0组。

6103：6—深沟球轴承，1—特轻系列，03—内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组。

四、滚动轴承的润滑和密封

要延长轴承的使用寿命和保持旋转精度，在使用中应及时对轴承进行维护，采用合理的润滑和密封，并经常检查润滑和密封状况。

1.滚动轴承的润滑

滚动轴承润滑的目的主要是减少摩擦、磨损，同时也有冷却、吸振、防锈和减小噪声的作用。

常用的滚动轴承润滑剂有润滑油和润滑脂两种，选用时根据轴承的dn值来确定。其中，d为轴承内径（mm），n为轴承转速（r/min），dn值间接表示了轴径的圆周速度。轴径圆周速度v<4～5m/s，可采用润滑脂润滑，其优点是润滑脂不易流失，便于密封和维护，一次填充可运转较长时间。装填的润滑脂一般不超过轴承内空隙的1/3～1/2，以免因润滑脂过多而引起轴承发热，影响轴承正常工作。当轴颈速度过高时，应采用润滑油润滑，这不仅使摩擦阻力小，还可起到散热、冷却的作用。润滑方式常采用浸油或飞溅润滑。浸油润滑时油面高度应低于最下方滚动体中心，以免因搅油能量损失较大，使轴承过热。高速轴承可采用喷油或油雾方式润滑。

2.滚动轴承的密封

轴承密封的目的是阻止灰尘、水分等杂物进入轴承，同时也可防止润滑剂的流失及其对设备的污染。密封方法的选择与润滑剂种类、工作环境、温度、密封处的圆周速度等有关。密封方法分接触式密封和非接触式密封两类。

（1）接触式密封

接触式密封是在轴承盖内放毡圈、皮碗，使其直接与轴接触，起到密封作用。由于工作时，轴与毛毡等相互摩擦，故这种密封适用于低速，且要求接触处轴的表面硬度大于40HRC，粗糙度Ra小于0.8μm。

1）毡圈密封（图3-29）：矩形毡圈压在梯形槽中与轴接触，适用于脂润滑，环境清洁，轴颈圆周速度v<4～5m/s，工作温度小于90℃的场合。

2）皮碗密封（图3-30）：密封圈由皮革或橡胶制成，有或无骨架，利用环形螺旋弹簧，将密封圈的唇部压在轴上，图3-30中唇部向外，可防止尘土入内；如唇部向内，可防止油泄漏。皮碗密封适用于油润滑或脂润滑，轴颈圆周速度v<7m/s，工作温度在-40～100℃的场合，密封圈为标准件。

图3-29　毡圈密封

图3-30　皮碗密封

（2）非接触式密封

非接触式密封是利用狭小和曲折的间隙密封，不直接与轴接触，故可用在高速场合。

1）间隙密封（图3-31）：在轴与轴承盖间，留有细小的环形间隙，半径间隙为0.1～0.3mm，中间填以润滑脂。它用于工作环境清洁、干燥的场合。

2）迷宫密封（图3-32）：在轴与轴承盖间有曲折的间隙，纵向间隙要求为1.5～2mm，以防轴受热膨胀。迷宫密封适用于脂润滑或油润滑，工作环境要求不高，密封可靠的场合。也可将毡圈和迷宫组合使用，其密封效果更好。

图3-31　间隙密封

图3-32　迷宫密封

五、滚动轴承在汽车中的应用

滚动轴承在汽车中有着广泛的应用。在汽车变速器中，各轴与箱体及齿轮与轴间的连接支承，大多采用圆锥滚子轴承或球轴承，其输出轴与箱体间则采用滚针轴承。汽车车轮的轮毂与半轴间的连接采用圆锥滚子轴承。另外，其他汽车辅助设备中，凡有相对转动的部位，大部分 也是采用滚动轴承连接。

任务小结

1）滚动轴承的结构：滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。

2）滚动轴承常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等。

3）按滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承两大类。

4）按承受载荷方向和公称接触角不同，滚动轴承又可分为向心轴承和推力轴承两大类。

5）滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。

6）滚动轴承润滑的目的主要是减少摩擦、磨损，同时也有冷却、吸振、防锈和减小噪声的作 用。

拓展提高

滚动轴承的选择

1.选择时应考虑的问题

选择轴承时，一般应从机械对轴承性能的要求，轴承对工作环境、工作条件的适应性，轴承的价格和供货，安装维护方便等几方面考虑。在考虑轴承的承载性、适应性和经济性的原则下，在选择滚动轴承时应考虑的具体问题如下：

1）机械对轴承性能的要求。主要包括承载能力的大小，允许的速度范围，起动时摩擦力矩的大小及摩擦功耗，对外界和自身振动的抵抗能力，起动、停车的频繁程度，运转时的噪声水平，径向精度，安装结构要求及其润滑简易程度等因素。

2）轴承对工作环境和条件的适应性。主要包括是否高温、低温或温度变化范围很大，有无腐蚀性气体或污染，周围有无含尘空气，是否潮湿或干湿交替，有无废屑或磨粒污染，有无辐射，是否在真空下工作，有无近处机械传来的振动等因素。

3）经济性。主要指轴承的寿命和耐用度，轴承本身及其附属装置的费用，保证轴承正常工作的维护费用等因素。

2.滚动轴承的选择要求

在选择轴承类型时，应从具体工作条件出发，考虑各类轴承的特点及应用场合，从中选出比较合适的轴承类型。具体选择时可参考以下几点：

1）考虑所承受载荷的大小、方向、性质和转速的高低。

2）考虑刚度、调整性能、结构尺寸大小、轴承的装卸和经济性能等要求。