第10章滚动轴承

1、第第10章章 滚动轴承滚动轴承10.1 概述概述10.2 滚动轴承的滚动轴承的类型、类型、代号、代号、选择选择10.3 滚动轴承的工作情况及计算准则滚动轴承的工作情况及计算准则10.4 滚动轴承的滚动轴承的选择计算选择计算10.5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计13-1 13-1 滚动轴承的构造和类型滚动轴承的构造和类型轴承的作用轴承的作用： 用来支承轴。用来支承轴。按摩擦性质的不同分为：按摩擦性质的不同分为：滑动轴承滑动轴承滚动轴承：滚动轴承：滚动轴承是滚动轴承是标准件标准件，主要掌握，主要掌握合理选择合理选择合理使用合理使用优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、优点：摩擦阻力

2、小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 和易于互换等。和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承：滚动轴承：10.1 概述概述实际中应用非常广泛。实际中应用非常广泛。一、滚动轴承的构造和材料一、滚动轴承的构造和材料1. 构造构造内圈内圈外圈外圈滚动体滚动体保持架保持架保持架：保持架：滚动体：滚动体：外圈：外圈：内圈：内圈：装在轴上。装在轴上。装在轴承座孔中。装在轴承座孔中。在两套圈之间滚动并传递载荷。在两套圈之间滚动并传递载荷。将滚动体均匀隔开。将滚动体均匀隔开。 滚动体分为：滚动体分为：球球滚子：滚子： 圆柱形、圆锥形、滚针、球面形等圆柱形、圆锥

3、形、滚针、球面形等球球滚针滚针圆柱滚子圆柱滚子圆锥滚子圆锥滚子非对称球非对称球面滚子面滚子各类滚动体各类滚动体球面滚子球面滚子构造和类型22. 材料材料内、外套圈和滚动体：内、外套圈和滚动体：用滚动轴承钢（用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn等）等）制造。淬火后表面硬度可达制造。淬火后表面硬度可达5866HRC。保持架：保持架： 用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。二、滚动轴承的类型二、滚动轴承的类型 球轴承：球轴承：滚子轴承：滚子轴承：运转灵活，但承载能力低。运转灵活，但承载能力低。承载能力高，但运转不如球轴承灵活，。承载能力高，但运转不如

4、球轴承灵活，。 刚性轴承：刚性轴承：调心轴承：调心轴承：允许内外圈偏转角很小的轴承。允许内外圈偏转角很小的轴承。允许内外圈偏转角较大的轴承。允许内外圈偏转角较大的轴承。内、外圈可以分离的轴承，称为内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承。可分离型轴承。深沟球轴承深沟球轴承 刚性轴承刚性轴承调心球轴承调心球轴承调心轴承调心轴承可分离型轴承可分离型轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承外圈可分离外圈可分离接触角接触角 按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类：按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类： 能同时承受径向力能同时承受径向力和较大的轴向力和较大的轴向力 主要用来承受轴向力主要用来承受轴向力主要用来

5、承受径向力主要用来承受径向力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接触角接触角：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。RFAFRFAF，承受轴向力的能力承受轴向力的能力。 按结构形式不同，按结构形式不同，标准滚动轴承分为标准滚动轴承分为13类，最常用的有六类类，最常用的有六类:深沟球轴承深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承（N、NU）推力球轴承推力球轴承（5）角接触球轴承角接触球轴承（7）角接触球轴承角接触球轴承（3）调心球轴承调心球轴承（1）调心滚子轴承（调心滚子轴承（2）滚针轴承（滚针轴承（NA)向心推向心推力轴承力

6、轴承向心轴承向心轴承(径向接触径向接触轴承轴承)推力滚子轴承推力滚子轴承（8）推力轴承推力轴承（轴向接触轴承）（轴向接触轴承）类型代号类型代号成对使用，成对使用， 两种安装两种安装接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴 心线的平面之间的夹角称为公称接触角。心线的平面之间的夹角称为公称接触角。接触角接触角 轴向承载能力轴向承载能力 = = 0 表表16-1 各类轴承的公称接触角各类轴承的公称接触角 轴承类型轴承类型公称接触角公称接触角向心轴承向心轴承主要承受径向载荷推力轴承推力轴承主要承受轴向载荷径向接触径向接触角接触角接触轴向接触轴向接触角

7、接触角接触0 4545= 9= 90 它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。45 90eFa / Fr eXYXY0.345 0.22 1.990.689 0.26 1.711.03 0.28 1.551.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.470.357 0.40 1.400.714 0.23 1.301.07 0.46 1.23= = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角角接接触触球球轴轴承承= 25= 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0= 4= 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0

8、 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承(单列单列) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 调心球轴承调心球轴承(双列双列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (单列单列)大量试验得如下关系：rPCL610寿命指数：寿命指数：-球轴承球轴承-滚子轴承滚子轴承hPCnLh60106用小时表示寿命：用小时表示寿命：P-当量动载荷 当当 t100t100 时，时， C C 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。3 310/310/3=表表10-6 温度系数温度系数 轴承工作轴承工作 温度温度 温度系数温度系数 ft 12025020015012530010.950.900.7

9、00.800.604. 轴承寿命的计算公式轴承寿命的计算公式表表10-7 载荷系数载荷系数 载荷性质载荷性质 无冲击或轻微冲击无冲击或轻微冲击 中等冲击中等冲击 强烈冲击强烈冲击fP1.01.21.21.81.83.0NLnfPfChtP/161060或：hPfCfnLPth60106修正结果：修正结果：工作中冲击振动工作中冲击振动 C C 引进载荷系数引进载荷系数 fP 进行修正。进行修正。 轴承寿命轴承寿命各类机器中滚动轴承的预期寿命各类机器中滚动轴承的预期寿命Lh可参照表可参照表10-8确定。确定。 表表10-8 轴承预期寿命轴承预期寿命Lh 的参考值的参考值 使使 用用 场场 合合 不

10、经常使用的仪器和设备不经常使用的仪器和设备 500 Lh /h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000 间断使用，中断时会引起严重后果间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天每天8h工作的机械工作的机械 1200020000 每天每天24h连续工作的机械连续工作的机械 4000060000 1. 支反力作用点支反力作用点 滚动体的载荷方向线与轴线滚动体的载荷方向线与轴线的交点的交点 o 即为轴承的载荷计算中即为轴承的载荷计算中心（支反力的作用点）。心（支反力的作用点）。距离距离 a 可查轴承手册。可查轴承手册。 aO1

11、0.4.2 10.4.2 角接触球轴承和圆锥滚子轴承角接触球轴承和圆锥滚子轴承 轴向载荷轴向载荷F FA A的计算的计算10.4.2 10.4.2 角接触球轴承和圆锥滚子轴承角接触球轴承和圆锥滚子轴承 轴向载荷轴向载荷F FA A的计算的计算由于由于的存在，即使在径向载荷的作用下，的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。其接触力可分解为径向和轴向两个分量。2. 2. 内部轴向力内部轴向力F FS SFR第第i i个滚动体个滚动体FSiFRiFiFi = FRi +FSiFS= FSiaO在径向力在径向力FR作用下，各受载滚动体的轴向分作用下，各受载滚动体的轴向分力力

12、Fsi之和，即为轴承的内部轴向力之和，即为轴承的内部轴向力 FS 。为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应: :成对使用，对称安装成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析表表10-9 角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的内部轴向力 轴承类型轴承类型 角接触球轴承角接触球轴承FS eFR 0.68FR 1.14FR 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承= = 15 = = 25 = = 40Fr / (2Y)Y是是 的轴向系数的轴向系数eFr Fa 轴承内部轴向力轴承内部轴向力 FS的方向：的方向：小端小端大端大端 轴承内部轴向力轴

13、承内部轴向力 FS的大小：的大小：表表10-93. 轴向载荷轴向载荷FA的计算的计算结论：结论： 放松端轴承的轴向载荷放松端轴承的轴向载荷 = = 内部轴向力内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷压紧端轴承的轴向载荷 = = 其余轴向力的代数和其余轴向力的代数和本身除外a2a1O2O121正装正装反装反装a2a1O1O212结论与正装相同！结论与正装相同！10.5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴甘肃工业大学专用甘肃工业大学专用13-5 13-5 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计

14、算10.4.3 滚动轴承的静强度计算对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承的静强度。的静强度。当量静载荷当量静载荷 P0P0 = X0FR+Y0FA式中：式中：X0、Y0为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表1011。基本额定静载荷基本额定静载荷 C0使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值 的载荷（的载荷（球轴承：球轴承：4200MPa；调心轴承：；调心轴承：4600MPa； 滚子轴承：滚子轴承：4000MPa）。）。 径

15、向接触轴承的径向接触轴承的 C0 是径向载荷。是径向载荷。 向心角接触轴承的向心角接触轴承的 C0 是所受载荷的径向分量。是所受载荷的径向分量。 轴向接触轴承的轴向接触轴承的 C0 是中心轴向载荷。是中心轴向载荷。注：如计算的注：如计算的 FP0FR，取，取P0FR 。静强度条件为：静强度条件为：00SC式中：式中：S0静强度安全系数，查表静强度安全系数，查表1010。P0 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合

16、作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或

17、圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴3.3.纯纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。一、一、轴承的支撑结构轴承的支撑结构支撑方式支撑方式为了保证轴承在机器中正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，处理轴承与其周围零件的之间的关系，也就是要解决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。两端固定两端固定一端固定、一端游动一端固定、一端游动两端固定支承两端固定支承C=0.20.3 mm预留补偿间隙预留补偿间隙两端两端游动游动10.5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计两端固定两端固定两端固定支承两端固

18、定支承(2). 一端固定、一端游动一端固定、一端游动固定支承固定支承游动支承游动支承L一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。适用于温度变化较大的长轴。适用于温度变化较大的长轴。选用深沟球轴承时， 外圈与端盖间应留有间隙。 游动支承游动支承选用圆柱滚子轴承时， 外圈应双向固定。 方案方案1 方案方案2 限制限制轴两轴两个方个方向的向的轴向轴向移动移动一端固定、一端游动支撑方案一端固定、一端游动支撑方案3一端固定、一端游动支撑方案一端固定、一端游动支撑方案4(3). 两端两端游动游动人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动人字齿圆柱齿轮传动中的小

19、齿轮轴必须采用两端游动支承，防止轴卡死和轮齿两侧受力不均。但大齿轮的支承，防止轴卡死和轮齿两侧受力不均。但大齿轮的轴向位置必须固定。轴向位置必须固定。二、二、 轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。如齿轮、带轮等例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。对

20、于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。才能保证正确啮合。方法：套杯方法：套杯+调整垫片调整垫片锥顶点不重合！锥顶点不重合！轴承组合位置调整的方法：轴承组合位置调整的方法：套杯套杯+调整垫片调整垫片锥顶点重合！锥顶点重合！端盖与套杯间的垫片：调整轴承游隙；端盖与套杯间的垫片：调整轴承游隙；套杯与轴承座外端面间的垫片：调整轴上零件的位置。套杯与轴承座外端面间的垫片：调整轴上零件的位置。套杯套杯端盖端盖垫片垫片三、滚动轴承的预紧三、滚动轴承的预紧预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙。以消除轴承的游隙。目的：提高轴承的旋

21、转精度，提高轴承装置的刚度、目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动。减小轴的振动。方法：方法：1）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。2）采用衬垫。）采用衬垫。3）内、外圈加长度不同的）内、外圈加长度不同的套筒套筒或用垫片预紧。或用垫片预紧。4）加弹簧。）加弹簧。磨窄套圈磨窄套圈加金属垫片加金属垫片调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片内、外圈加长度不同的套筒内、外圈加长度不同的套筒加弹簧加弹簧四、滚动轴承的配合四、滚动轴承的配合滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。滚动

22、轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。 内圈内圈孔孔与轴与轴的配合为的配合为基孔制基孔制， 外圈与外圈与座座孔孔的配合为的配合为基轴制基轴制。转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧； 游动套圈配合应松。游动套圈配合应松。 轴公差：轴公差：k6、m6 孔公差：孔公差： H7、J7、Js7游动支点：游动支点：G7五、滚动轴承的轴向固定五、滚动轴承的轴向固定4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。轴肩轴肩-阶梯

23、轴上截面变化之处。阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 套筒套筒轴肩轴向定位由轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来轴向定位由轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来实现。实现。轴承端盖轴承端盖-定位轴承外圈。定位轴承外圈。套筒套筒套筒套筒套筒定位套筒定位装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。轴端挡圈定位轴端挡圈定位轴端挡圈轴端挡圈轴端挡圈轴端挡圈无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母与止动垫片以固定无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母与止动垫片以固定圆螺母与止动垫片圆螺母与止动垫片轴承内圈定位方式轴承内圈定位方式轴承外圈定位方式轴承外圈定位方式对于

24、轴承内圈的轴向定位方式中：对于轴承内圈的轴向定位方式中： 轴肩定位精度最高，承载能力最强。轴肩定位精度最高，承载能力最强。 轴端挡圈只适用于轴端处的轴向定位，可承受中等载荷。轴端挡圈只适用于轴端处的轴向定位，可承受中等载荷。 圆螺母与止动垫片既可适用于轴端处亦可用于非轴端处圆螺母与止动垫片既可适用于轴端处亦可用于非轴端处的轴向定位。的轴向定位。可承受轴向载荷较大、转速较高。可承受轴向载荷较大、转速较高。 轴用弹性挡圈结构紧凑、装拆方便，可承受轴向载荷小、轴用弹性挡圈结构紧凑、装拆方便，可承受轴向载荷小、转速低。转速低。对于轴承外圈的轴向定位方式中：对于轴承外圈的轴向定位方式中： 挡肩与轴承端盖

25、可承受轴向载荷较大、转速较高。挡肩与轴承端盖可承受轴向载荷较大、转速较高。 孔用弹性挡圈结构紧凑、装拆方便，可承受轴向载荷小、孔用弹性挡圈结构紧凑、装拆方便，可承受轴向载荷小、转速低。转速低。六、六、滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。 错误的施力错误的施力正确的施力正确的施力配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入

26、或压力机压入；配合过盈量大的轴承常用温差法装配。配合过盈量大的轴承常用温差法装配。轴承的安装：轴承的安装：结构不合理！结构不合理！轴承的拆卸：轴承的拆卸：内圈：内圈：轴肩高度轴肩高度 内圈外径内圈外径dd2d=?2mindddah1h1外圈：外圈：应留拆卸高度，或留螺孔。应留拆卸高度，或留螺孔。甘肃工业大学专用一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑润滑剂润滑剂 润滑目的润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封密封目的密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂

27、润滑脂润滑油润滑油固体润滑剂固体润滑剂 用于特殊场合用速度因素用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件值作为选择润滑剂的条件: : - - 常用常用- - 高速、高温高速、高温脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。次，可运转较长时间。油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温高速、高温环环 境下使用。境下使用。各类润滑方式的各类润滑方式的dn值见表值见表1012。甘肃工业大学专用二、滚动承的密封二、滚动承的密封滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环滚动承的密封方式的选择与润滑的

28、种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。境、温度、密封表面的圆周速度有关。分类分类接触式接触式非接触式非接触式组合式密封组合式密封毛毡圈密封毛毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫式密封迷宫式密封-毛毡迷宫式密封毛毡迷宫式密封甘肃工业大学专用毛毡圈密封毛毡圈密封适用场合：适用场合：脂润滑，要求环境清洁，脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度不超过，工作温度不超过90 矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。适用场合：适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴脂或油润滑，轴颈圆周轴速度速度v45 m/s，工作温，工作温度度: -40100 (a)(b)防漏油防漏油防灰尘防灰尘密封圈密封密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质接触式密封：接触式密封：甘肃工业大学专用适用场合：适用场合： 脂润滑，要求环境干燥清洁。脂润滑，要求环境干燥清洁。