第18章 滚动轴承

1、第第18章章 滚动轴承滚动轴承 18-1 概述 18-2 滚动轴承的类型、代号和选择 18-3 滚动轴承的工作情况及设计准则 18-4 滚动轴承的计算 18-5 滚动轴承的组合设计重点重点: 滚动轴承的代号、类型、尺寸选择滚动轴承的代号、类型、尺寸选择 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算 滚动轴承组合设计滚动轴承组合设计难点难点: 角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向力计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向力计算滚动轴承滚动轴承的的结构结构 组成：组成：内圈、外圈、内圈、外圈、滚动体滚动体、保持架、保持架外圈外圈内圈内圈滚动体滚动体保持架保持架18-1 概概 述述滚动轴承的材料滚动轴承的材料 保持架：

2、保持架：避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损 材料：材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料低碳钢；铜、铝、工程塑料 内圈、外圈、滚动体：内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性 材料：材料：含铬轴承钢，硬度含铬轴承钢，硬度6165 HRC1 1、摩擦阻力小、摩擦阻力小, , 功率损耗少功率损耗少, , 起动灵敏；起动灵敏；2 2、润滑简便、润滑简便, , 易于更换易于更换, , 价格低；价格低； 3 3、抗冲击能力差、抗冲击能力差, , 高速时出现噪音高速时出现噪音; ; 寿命也比不上寿命也比不上 液体

3、润滑的滑动轴承；液体润滑的滑动轴承；滚动轴承的特点滚动轴承的特点轴承的选择轴承的选择类型的选择类型的选择 尺寸的选择尺寸的选择轴承组合设计轴承组合设计安装、调整、润滑与密封安装、调整、润滑与密封滚动轴承设计的内容滚动轴承设计的内容18-2 滚动轴承的类型、代号和选择滚动轴承的类型、代号和选择一、滚动轴承的分类一、滚动轴承的分类1 按滚动体形状分2 按受载方向分 按滚动体形状分按滚动体形状分 按受载性质分按受载性质分球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承向心轴承向心轴承向心推力轴承向心推力轴承推力轴承推力轴承一、滚动轴承的分类一、滚动轴承的分类18-2 滚动轴承的类型、代号和选择滚动轴承的类型、代号和选择

4、1 按滚动体形状分 按滚动体形状分：按滚动体形状分： 球轴承、滚子轴承球轴承、滚子轴承又可细分为：又可细分为： 球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承承、球面滚子轴承2 按受载方向分 按受载方向和公称接触角分：按受载方向和公称接触角分：滚动体与外圈接触处的滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角线的平面之间的夹角 向心轴承向心轴承: =0向心推力轴承：向心推力轴承： 0 90 向心角接触轴承向心角接触轴承: 0 45 推力角接触轴承推力角接触轴承: 45 90 推力轴承推力轴承: =909000

5、以以FR(径向载荷径向载荷)为主为主FF(径向为主径向为主)FAFR(轴向为主轴向为主) F(轴向载荷轴向载荷)注意：注意：在径向载荷作用下产生内部轴向力在径向载荷作用下产生内部轴向力Fs，其方向是使内外圈分，其方向是使内外圈分离，所以要成对使用离，所以要成对使用内部轴向力内部轴向力Fs的大小与的大小与有关有关二、滚动轴承的基本类型和特点二、滚动轴承的基本类型和特点1 向心轴承(a=0)深沟球轴承深沟球轴承: 6类类 nlim最高、价廉最高、价廉, 优先采用优先采用 受力类型受力类型: Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承: N类类承载力较大承载力较大 受力类型受力类型

6、: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa滚针轴承滚针轴承: NA类类 内外圈可分离内外圈可分离, 径向尺寸小径向尺寸小 受力类型受力类型: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa2 调心轴承 (a=0)调心球轴承调心球轴承: 1类类调心性能最好调心性能最好 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)调心滚子轴承调心滚子轴承: 2(3)类类调心性能好、承载力较大调心性能好、承载力较大 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)3 向心推力轴承 (0径向载荷：径向载荷：推力推力+向心组合向心组合三、滚动轴承的类型选择三、滚动轴承的类型选择2

7、 极限转速极限转速:3 调心性能调心性能:1 承载能力承载能力:滚子球滚子球(线点线点)球滚子球滚子调心非调心调心非调心球滚子球滚子主要考虑如下几个方面：主要考虑如下几个方面：1 .轴承的载荷轴承的载荷 大小：大小：滚子轴承优于球轴承滚子轴承优于球轴承 方向：方向：径向径向Fr(6、1、N)，轴向，轴向Fa(5), Fr+Fa (7、3、6)轴承的载荷方向轴承的载荷方向 大小：大小：滚子轴承优于球轴承滚子轴承优于球轴承 方向：方向：径向径向Fr（6、1、N）轴向）轴向Fr （5） Fr + Fa （7、3、6）2 .轴承的转速轴承的转速 极限转速极限转速nlim ：载荷：载荷P 0.1C，冷却

8、正常，冷却正常，0级公差时轴承的级公差时轴承的最大允许转速。最大允许转速。 对高转速的轴承：对高转速的轴承： 1)优先选用球轴承优先选用球轴承（润滑的阻力）（润滑的阻力） 2)轻系列轴承优于中、重系列轻系列轴承优于中、重系列（离心力）（离心力） 3)实体保持架优于冲压保持架实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）（易形成油膜减小摩擦） 4)提高公差等级、改善润滑条件等提高公差等级、改善润滑条件等 推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热

9、大，极限转速较低低3 .轴承的调心性能轴承的调心性能 81624234 .轴承的安装与拆卸轴承的安装与拆卸5 .经济性经济性四、滚动轴承的代号四、滚动轴承的代号前置代号前置代号 基基 本本 代代 号号 后置代号后置代号 尺寸系列尺寸系列代代 号号 分分部部件件代代号号 类类型型代代号号内内径径代代号号直径直径系列系列代号代号 宽度宽度系列系列代号代号 内内部部结结构构代代号号 密密封封与与防防尘尘代代号号 公公差差等等级级代代号号 。 字母字母 2 1 3 4 5 字母字母(+数字数字) 1 内径尺寸代号2 尺寸系列代号3 类型代号1 基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号表示轴

10、承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础的基础 表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、类型表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、类型1）类型代号类型代号 基本代号左起第一位，用数字或字母表示基本代号左起第一位，用数字或字母表示 代号为代号为0（双列角接触球轴承），则省略（双列角接触球轴承），则省略 表表18-2代号代号轴承类型轴承类型旧代号旧代号3圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承75推力球轴承推力球轴承86深沟球轴承深沟球轴承07角接触球轴承角接触球轴承6N圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承2NA滚针轴承滚针轴承42 ）尺寸系列代号）尺寸系列代号 直径系列代号、宽度系列代号直径系列代号、宽度系列代号 直径系列代号

11、：基本代号左起直径系列代号：基本代号左起第三位数字第三位数字 指结构相同、内径相同的轴承指结构相同、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，在外使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列径和宽度方面的变化系列 0,1特轻特轻 2轻轻 3中中 4重重 宽度系列代号：基本代号左宽度系列代号：基本代号左起起第二位数字，常与直径系第二位数字，常与直径系列代号同时使用列代号同时使用 表示同一内径和外径的轴承表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度可以有不同的宽度 多数正常系列可不标多数正常系列可不标 表表18-50,1特轻特轻2轻轻5轻宽轻宽3中中6中宽中宽4重重3）内径尺寸代号）内径尺寸代号 基本代

12、号左起第四、五位数字基本代号左起第四、五位数字 内径内径d: （即轴的直径）（即轴的直径） 0010mm 0112mm 0215mm 0317mm 0496数字数字x 5 mm 表表18-4 常用的几类滚动轴承，一般无前置代号常用的几类滚动轴承，一般无前置代号2 前置代号 用字母表示用字母表示 表示成套轴承分部件表示成套轴承分部件公差等级公差等级(精度精度)代号：表代号：表18-7 0 、6x 、6、5、4、2六级精度，逐渐增高六级精度，逐渐增高 表示成：表示成：/P0 、/P6x 、/P6、/P5、/P4、/P2内部结构代号：表内部结构代号：表18-6 如：如：C =15、AC =25、B

13、=40 轴承径向游隙系列代号：轴承径向游隙系列代号： /C1、 /C2、/C0、 /C3、/C4、/C5六组游隙，由小到大六组游隙，由小到大 0组组( /C0)）游隙常用，可省略）游隙常用，可省略3 后置代号 用字母（用字母（+数字）表示数字）表示 表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承材料及公差等级等材料及公差等级等例：例：7 2 12 AC 深沟球轴承深沟球轴承直径系列为直径系列为3(3(中中),),宽度系列为宽度系列为0(0(不标不标) )内径内径d=25mmd=25mm 0 0级公差级公差( (不标不标) )角接触球轴承角接

14、触球轴承直径系列为直径系列为2(2(轻轻),),宽度系列为宽度系列为0(0(不标不标) ) 内径内径d =60mmd =60mm=25=25例：例：6 3 05 (/P0) 0 0级公差级公差( (不标不标) ) 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 宽度系列为宽度系列为0 0直径系列为直径系列为4(4(重重) )内径内径=45mm=45mm例例:3 0 4 09:3 0 4 09 例：例：7 211C/P55级精度级精度接触角接触角15 直径直径55mm正常宽度、轻系列正常宽度、轻系列角接触球轴承角接触球轴承失效形式：失效形式：内外圈运动内外圈运动 疲劳点蚀疲劳点蚀 最主要的失效形式，滚动最主要的失效形

15、式，滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀体表面、套圈滚道都可能发生点蚀 过大塑性变形过大塑性变形 低速轴承的主要失效形低速轴承的主要失效形式，接触应力过大式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷载荷过大或冲击载荷)，元件表面出现较大塑性变形元件表面出现较大塑性变形 磨损、胶合、内外圈和保持架破损等磨损、胶合、内外圈和保持架破损等使用维护不当而引起的，属于非正常失效使用维护不当而引起的，属于非正常失效设计准则：设计准则：一般转速的轴承一般转速的轴承 进行寿命进行寿命(额定动载荷额定动载荷)计算，防止计算，防止疲疲劳劳点蚀破坏点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 按静强度按静

16、强度(额定静载荷额定静载荷)计算，防止塑计算，防止塑性变形性变形18-3 滚动轴承的工作情况及设计准则滚动轴承的工作情况及设计准则1 基本概念2 寿命计算3 当量动载荷 P 的计算4 角接触向心轴承轴向载荷 Fa 的计算5 滚动轴承的静载荷计算 针对失效形式：疲劳针对失效形式：疲劳点蚀点蚀*18-4 滚动轴承的计算滚动轴承的计算1 基本概念寿命 轴承寿命：轴承寿命：( 106 r 或或 h ) 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数 基本额定寿命：基本额定寿命：用用 L或或Lh表示表示 一组同一型号轴承在同一条件下运

17、转，其可靠度为一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90时，能达到或超时，能达到或超过的寿命。过的寿命。 寓意：寓意： 一批轴承中有一批轴承中有90的寿命将比其基本额定寿命长的寿命将比其基本额定寿命长 一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90，失效率为，失效率为10 注意：注意：额定寿命随运转条件而变化额定寿命随运转条件而变化 比如：外载荷增大，额定寿命降低比如：外载荷增大，额定寿命降低 因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力9010完好完好/(1106r)R/()1 基本概念 基本额定

18、动载荷 定义：定义： 当一套轴承进入运转并且当一套轴承进入运转并且 基本额定寿命基本额定寿命 为为106转时，轴承所转时，轴承所能承受的最大载荷，用能承受的最大载荷，用 C 表示表示 即：在即：在C 的作用下，运转的作用下，运转 106 转时，有转时，有10的轴承出现点蚀，的轴承出现点蚀，90的轴承完好的轴承完好 对于具体轴承，对于具体轴承，C 为定值，按手册查取为定值，按手册查取 对向心轴承对向心轴承(0 45 )，C为纯径向载荷为纯径向载荷Cr 对推力轴承对推力轴承(45 FS1 轴左移轴左移,1压紧压紧,2放松放松FS1FS1S1S1aeS2F+ F= F + Fa2S2F= Fa1S1

19、S1F= F+ FaeS2= F + F2) 向心推力轴承向心推力轴承Fa的计算的计算(2) 轴向载荷轴向载荷Fa的计算的计算FS1FS2FaeFS2若若Fae+FS2FS2 轴左移轴左移,1放松放松,2压紧压紧11aSF = F21aSaeF= F+ FFaeFae若若Fae+FS1FS1 轴右移轴右移,1压紧压紧,2放松放松a2S2F= F1aaeS2FF + FreFaeF12l2lreFaeF12l2lreFaeF12l2l例例: 试判断图示三种情况下左右轴承哪个寿命低。已知：试判断图示三种情况下左右轴承哪个寿命低。已知：(1)(3)(2)一对一对6205轴承轴承一对一对7205B轴承

20、正安装轴承正安装一对一对7205B轴承反安装轴承反安装1rF2rF1rF2rF1rF2rF解：解：(一一)求求Fr230rreFlFl 230001000 ()33rerFFN3000,500,1.2raPFN FN f12300010002000 ()rrerFFFN(二二)求求Fa(1)一对一对6205轴承轴承1500 ()aaeFFN20aF121212,rraaFFFFPP左端轴承寿命低左端轴承寿命低reFaeF12l2lreFaeF12l2l(3)(2)一对一对7205B轴承正安装轴承正安装一对一对7205B轴承反安装轴承反安装1rF2rF1rF2rF1SF2SF1SF2SF(二二)

21、求求Fa(2)一对一对7205B轴承正安装轴承正安装112280 ()aSFFN2122805001780 ()aSaeFFFN12PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低111.141.1420002280 ()SrFFN221.141.14 10001140 ()SrFFN21500114016402280aeSSFFF轴右移轴右移,1松松2紧紧(2)一对一对7205B轴承反安装轴承反安装112280 ()aSFFN2122805002780 ()aSaeFFFN12PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低111.141.1420002280 ()SrFFN221.141.14 10001140 ()Sr

22、FFN12500228027801140aeSSFFF轴左移轴左移,1松松2紧紧例：一对反装例：一对反装7312AC轴承轴承,Fr15000N,Fr28000N，FA2000N，由由1轴承指向轴承指向2轴承，求轴承，求Fa1、Fa2。解解:画安装简图画安装简图, Fs2与与FA同向同向求求Fa1，Fa2 Fs10.68Fr10.6850003400NFs20.68Fr20.6880005440NFs2Fs11FA2Fr1Fr2Fa1Fs2FA7440N ,Fa2Fs25440NFs2FA7440NFs13400N紧松1 1、求、求F Fr1r1、F Fr2r2: :( (径向载荷径向载荷) )

23、求支反力求支反力2 2、求、求F Fa1a1、F Fa2a2: :(1)(1)径向接触轴承径向接触轴承(6(6、1 1、2 2类类) )F FA A1 12 21 12 2F FA A 一端固定、一端游动一端固定、一端游动 F Fa1a1=F=FA A ,F,Fa2a2=0=0F FA A指向者受力指向者受力F Fa1a1=0 , F=0 , Fa2a2=F=FA A 两端固定两端固定固定端受力固定端受力(2)(2)角接触轴承角接触轴承(3(3、7 7类类) )安装型式安装型式正安装正安装s s面对面面对面反安装反安装s s背对背背对背F F1 1F F2 2F F1 1F F2 2画安装简图

24、画安装简图求求F Fs1s1、F Fs2s2表表(18-12)(18-12) F Fa a= =本身的内部轴向力本身的内部轴向力( (放松端）放松端） 除本身的内部轴向力外其余轴向力之和（紧端）除本身的内部轴向力外其余轴向力之和（紧端）轴承寿命计算步骤轴承寿命计算步骤3 3 求求P P1 1、P P2 2: :( (当量动载荷当量动载荷) )P PXFXFr rYFYFa a查判断系数查判断系数e e深沟球轴承深沟球轴承角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承按按F Fa a/C/C0r 0r 查查e e 1515按按 F Fa a/C/C0r 0r 查查e e 2525、4040表表

25、18-1218-12e=1.5tg p.299e=1.5tg p.299判判 F Fa a/F/Fr r 与与 e e 的关系的关系定定X X、Y Y F Fa a/F/Fr ree 轴向力较小轴向力较小, ,可忽略不计可忽略不计, ,只计只计F Fr r F Fr r即：即：X=1 , Y=0X=1 , Y=0 轴向力较大轴向力较大, ,要计要计即：即：X 1,Y 0X 1,Y 0F Fa a/F/Fr re e4 4 求求L Lh h(C)(C)661060)(6010htPPthnLfPfCPfCfnL例例 接上题接上题, ,如果如果n n960r/min,f960r/min,fP P1

26、.2, 1.2, 求轴承寿命求轴承寿命解解：查得：查得7212AC7212AC轴承的轴承的C C58200N58200N，e e0.680.68FFa1a1F Fr1r174407440500050001.4881.488e eX X1 10.410.41 ， Y Y1 10.870.87P P1 1X X1 1F Fr1r1Y Y1 1F Fa1a10.410.41500050000.870.87744074408523N8523NFFa2a2F Fr2r254405440800080000.68= e0.68= eP P2 2F Fr2r28000N8000NX X2 21, Y1, Y2

27、 20 0 P P1 1P P2 2 轴承危险轴承危险(F(Fa1a17440N, F7440N, Fa2a2=5440N,F=5440N,Fr1r15000N,F5000N,Fr2r28000N)8000N)hPfCfnLPrth3200)8 .85222 . 158200(9606010)(601036165 轴承静载荷计算 失效形式：失效形式：过大塑性变形过大塑性变形 对象：对象：低速或受较大冲击载荷作用的轴承低速或受较大冲击载荷作用的轴承 目的：目的：防止轴承元件发生塑性变形防止轴承元件发生塑性变形 基本额定静载荷基本额定静载荷C0 ：限制塑性变形的极限载荷值，由手册查取限制塑性变形的

28、极限载荷值，由手册查取 对向心轴承为对向心轴承为 C0r 径向基本额定静载荷径向基本额定静载荷 对推力轴承为对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷轴向基本额定静载荷 径向轴承或角接触轴承的当量静载荷径向轴承或角接触轴承的当量静载荷P0: 实际选用：实际选用： 推力轴承的当量静载荷：推力轴承的当量静载荷： 静强度校核公式：静强度校核公式：000raPX FY F000max(,)rarPX FY FFaaFP 0000CPSX0、Y0分别为径向、轴向静载荷系数分别为径向、轴向静载荷系数(表表18-13)S0为静强度安全系数，为静强度安全系数，P301一一 轴承的固定轴承的固定二二 轴承组合的调

29、整轴承组合的调整三三 轴承的配合轴承的配合四四 轴承的装拆轴承的装拆18-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计( (一一) )轴承的固定轴承的固定1. 支点固定型式支点固定型式 (1)两端固定两端固定 (2)一端固定一端游动一端固定一端游动 (3)两端游动两端游动2. 轴承内外圈的轴向固定轴承内外圈的轴向固定1 两端固定每个支点固定一个方向每个支点固定一个方向双向均固定双向均固定C在不受在不受Fa端留间隙端留间隙 C=0.20.3mm应用应用: : 跨距短跨距短, , 温差小处温差小处2 一端固定、一端游动应用应用: : 跨距长跨距长, , 温差大温差大不能承受轴向载荷不能承受轴向载荷轴肩轴肩弹性挡圈弹性挡圈圆螺母圆螺母轴承端盖轴承端盖2.轴承内外圈的轴向固定二、轴承组合的调整二、轴承组合的调整1 轴承间隙调整靠加减垫片厚度调整靠加减垫片厚度调整利用螺钉利用螺钉2 轴承的预紧预紧的目的：提高旋转精度、增加轴承装置的刚性等预紧的目的：提高旋转精度、增加轴承装置的刚性等预紧原理：安装时用一定的方法在轴承中产生一轴向力预紧原理：安装时用一定的方法在轴承中产生一轴向力金属垫片窄磨套圈3 轴承组合位置的调整目的：使轴上的零件有准确的工作位置调整锥齿轮轴的轴向位置调整轴承游隙1 以轴承为基准件轴承与轴轴承与轴: 基孔制基孔制50k6(m6)轴