机械设计基础 12章滚动轴承

1、第十一章 滚动轴承重要基本概念1滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。2滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。当轴承转速很低(n10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。3滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。对于转速很低(n10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。4滚动

2、轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h（单位为小时）。5滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。表示轴承的承载能力。对于向心轴承：C 是纯径向载荷；对于推力轴承：C 是纯轴向载荷；在使用中要注意 C 的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106 转、C 的方向。精选例题与解析例11-1 一根装有两个斜齿轮的轴由一对代号为7210AC的滚动轴承支承。已知两轮上的轴向力分别为Fa1

3、= 3000 N，Fa2 = 5000 N，方向如图。轴承所受径向力R1= 8000 N，R2 = 12000 N。冲击载荷系数 fd = 1，其它参数见附表。求两轴承的当量动载荷P1、P2。SA/ReA/Ree0.68RXYXY0.68100.410.87例11-1图1 例11-1图2解：1求内部派生轴向力S1、S2的大小方向S1 = 0.68R1 = 0.68×8000 = 5440 NS2 = 0.68R2 = 0.68×12000 = 8160 N，方向如图所示。2求外部轴向合力FAFA= Fa2Fa1 = 50003000 = 2000 N，方向与Fa2的方向相同

4、，如图所示。3求轴承所受的轴向力A1、A2 S2 + FA = 8160 + 2000 = 10160 N，S2 + FAS1 = 5440 N，轴承1被压紧。 A1= S2 + FA = 10160 N，A2 = S2 = 8160 N4轴承的当量动载荷P1、P2据：A1/ R1 = 10160/8000 = 1.27e = 0.68，得：X1 = 0.41，Y1 = 0.87 P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= 0.41×8000 + 0.87×10160 = 12119 N据：A2/ R2 = 8160/12000 = 0.68 = e，得：X2 = 1，

5、Y2 = 0 P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= 8000 N例11-3 某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。轴承受径向力R1= 6000N，R2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。冲击载荷系数 fd = 1。求轴承的基本额定寿命。SA/ReA/ReeXYXY0.40100.41.5 例11-3 图1解：例11-3 图21求内部派生轴向力S1、S2的大小方向 N N方向如图所示。2求轴承所受的轴向力A1、A2公式归纳法：NN， 3轴承的当量动载荷P

6、1、P2据：A1/ R1 = 2500/6000 = 0.417e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5 P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= 0.4×6000 + 1.5×2500 = 6150 N据：A2/ R2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X2 = 1，Y2 = 0 P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= R2 = 16500 N P2P1，用 P2 计算轴承寿命。4计算轴承寿命12562 h例11-4 图1例11-4 一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，布置如图。已知轴的转速为1200r/

7、min，两轴承所受的径向载荷R1= 8500N，R2 =3400N。fd = 1，常温下工作。轴承的预期寿命为15000小时。试求：1允许作用在轴上的最大轴向力 FA2滚动轴承所受的轴向载荷 A1、A2解：由轴承手册查得30212C轴承：C = 97800 N，e = 0.4，X = 0.4，Y = 1.5例11-4 图2 N N S1S2， S1+ FAS2，轴承2被压紧。A1 = S1 = 2833 N ，A2= S1 + FA， e = 0.4 X2 = 0.4，Y1 = 1.5即： P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= 0.4×3400 + 1.5×A2根

8、据： 1500， P 12031 N由： P2 = 0.4×3400 + 1.5×A2 12031解得： A2 7114 N再据： A2 = S1 + FA解得： FA= A2S1 = 71142833 = 4281 N验算轴承1的寿命：A1/R1 = S1/R1 = 2833/8500 = 0.33 0.4，X1 = 1，Y1 = 0P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= R1 = 8500 N因： P1 P2，轴承1的寿命大于15000小时。例11-5 图例11-5 某轴的轴承组合如图例11-4 图1，两轴承的代号为6313，布置如图。已知轴的转速为485r/m

9、in，轴承所受的径向力分别为R1= 5500N，R2 =6400N。轴上有轴向力FA = 2200N，方向如图。常温下工作，有轻微冲击。试求轴承的寿命。解：图示轴系结构为单支点双向固定（固游式）结构。轴承1为固定端，轴承2为游动端。轴上的轴向载荷FA由固定端轴承轴承1来承受，游动端轴承不承受轴向力。即：A1 = FA = 2200 N ，A2 = 0由轴承手册查得6313轴承：C = 72200 N，C0 = 56500 N。对轴承1：A1 = 2200 N，R1= 5500NA1/C0 = 2200/56500 = 0.039，查得：e1 = 0.24A1/R1 = 2200/5500 =

10、0.4 e1 = 0.24，查得：X1 = 0.56，Y1 =1.85因载荷有轻微冲击，查取冲击载荷系数：fd = 1.2P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）=1.2（0.56×5500 + 1.85×2200）= 8580 N对轴承2：A2 = 0，R2 =6400N，X2 = 1，Y2 =0P2 = fd（X2 R2+ Y2 A2）= 1.2 R2 =1.2×6400 = 7680 N因：P1P2，用P1计算轴承寿命：= = 20476 h例11-6 试分析例11-6图1所示轴系结构中的错误，并加以改进。图中齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。例11-6 图1

11、存在问题分析： 1轴承的轴向固定、调整，轴向力传递方面错误1）轴系采用全固式结构，两轴承反装不能将轴向力传到机架，应该为正装。2）全固式结构中，轴左端的弹性挡圈多余，应去掉。3）端盖处没有调整垫片，不能调整轴承游隙。2转动零件与固定零件接触，不能正常工作方面错误1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。2）轴与右端盖之间不能接触，应有间隙。3）定位齿轮的套筒径向尺寸过大，与轴承外圈接触。4）轴的左端端面不能与轴承端盖接触。3轴上零件装配、拆卸工艺性方面错误1）右轴承的右侧轴上应有工艺轴肩，轴承装拆路线长（精加工面长），装拆困难。2）套筒径向尺寸过大，右轴承拆卸困难。3）因轴肩过高，

12、右轴承拆卸困难4）齿轮与轴联接的键过长，套筒和轴承不能安装到位。4轴上零件定位可靠方面错误1）轴右端的联轴器没有轴向定位，位置不确定。2）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。3）齿轮与轴联接键的长度过大，套筒顶不住齿轮。5加工工艺性方面错误1）两侧轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。2）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。3）联轴器轮毂上的键槽没开通，且深度不够，联轴器无法安装。例11-6 图26润滑、密封方面错误1）右轴承端盖与轴间没有密封措施。2）轴承用脂润滑，轴承处没有挡油环，润滑脂容易流失。改进后如图例11-6图2所示。例11-7 试分析例11-7图1所示小

13、锥齿轮套杯轴系结构中的错误，并加以改进。例11-7 图1存在问题分析： 1）左轴承内圈轴向没有固定。2）套杯和机座间没有调整垫片，不能调整轴系的轴向位置。3）轴承端盖与套杯间没有调整垫片，不能调整轴承游隙。4）轴与轴承端盖接触，应有间隙。5）左轴承的外圈装拆路线长，装拆困难。6）套杯左端的凸肩过高，左轴承的外圈拆卸困难。7）轴上有两个键，位置都没有靠近装入端，使轮毂装入困难。8）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。9）轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。例11-7 图210）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。11）右轴承端盖与轴间没有密封措施。改进后如图例11-7

14、图2所示。例11-8 例11-8图1所示为反装圆锥滚子轴承支承小锥齿轮轴的套杯轴系结构，试分析其中的结构错误，并加以改进。例11-8 图1存在问题分析： 1）两个轴承的外圈均未轴向固定。2）不能将轴上的轴向力传到机座。3）齿轮轴的轴向位置没有固定，受到轴向力时会发生窜动。4）左轴承内圈直径小于两侧轴的直径，无法装配。5）轴承游隙不能调整。6）套杯和机座间没有调整垫片，整个轴系的轴向位置不能调整。7）轴承端盖与右侧轴承外圈之间的套筒多余。改进后如图例11-8图2所示。例11-8 图2自测题与答案一、选择题11-1滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示_。A轴承的类型、结

15、构和尺寸 B. 轴承组件C轴承内部结构变化和轴承公差等级 D. 轴承游隙和配置11-2滚动轴承的类型代号由_表示。A数字 B数字或字母C. 字母 D. 数字加字母11-3_只能承受径向载荷。A深沟球轴承 B. 调心球轴承C. 圆锥滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承11-4_ 只能承受轴向载荷。A圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承C. 滚针轴承 D. 调心滚子轴承11-5_ 不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心球轴承11-6角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角的增大而_。A增大 B.减小C不变 D不定11-7有a）7230C和b）723

16、0AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是_。ASa Sb BSa = SbCSa Sb D大小不能确定11-8若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为_的轴承。A1或2 B3或7CN或NU D6或NA11-9一根用来传递转矩的长轴，采用三个固定在水泥基础上支点支承，各支点应选用的轴承类型为_。A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承11-10跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用_ 。A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 调心滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承11-11_

17、轴承通常应成对使用。A深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 推力球轴承 D. 圆柱滚子轴承11-12在正常转动条件下工作，滚动轴承的主要失效形式为_。A滚动体或滚道表面疲劳点蚀 B滚动体破裂C滚道磨损 D滚动体与套圈间发生胶合11-13进行滚动轴承寿命计算的目的是使滚动轴承不致于早期发生_。A磨损 B裂纹C疲劳点蚀 D塑性变形11-16滚动轴承的基本额定寿命是指同一批轴承中_的轴承能达到的寿命。A99 B90C95 D5011-17一批在同样载荷和相同工作条件下运转的型号相同的滚动轴承，_ 。A它们的寿命应该相同 B90%的轴承的寿命应该相同C它们的最低寿命应该相同 D它们的寿命不相同11-19

18、基本额定动载荷和当量动载荷均相同的球轴承和滚子轴承的寿命_相同。A一定 B一定不C不一定11-21推力球轴承不适用于高转速的轴，是因为高速时_，从而使轴承寿命降低。A冲击过大 B滚动体离心力过大C圆周速度过大 D滚动阻力过大。11-22一转轴用两个相同的滚动轴承支承，现欲将该轴的转速提高一倍，轴承_。A不合用 B合用C不一定合用11-23某滚动轴承的基本额定寿命是1.2，在基本额定动载荷作用下运转了105转后，轴承_。A一定失效了 B不可能失效C也可能失效11-24对于温度较高或较长的轴，其轴系固定结构可采用_。A两端固定安装的深沟球轴承 B两端固定安装的角接触球轴承C一端固定另一端游动的形式

19、 D两端游动安装的结构形式11-25滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合_ 。A. 均为基轴制 B. 前者基轴制，后者基孔制C. 均为基孔制 D. 前者基孔制，后者基轴制11-27_ 不是滚动轴承预紧的目的。A. 增大支承刚度 B. 提高旋转精度C. 减小振动噪声 D. 降低摩擦阻力11-28. 对转速很高（n7000 rmin）的滚动轴承宜采用_的润滑方式。A滴油润滑 B油浴润滑C飞溅润滑 D喷油或喷雾润滑11-29手册中列有各类滚动轴承的极限转速，_。A设计时不得超过B载荷低于基本额定动载荷C时可以超过C采取可靠的润滑冷却措施时可以在一定限度内超过D滚动体分布圆较小时可以超过11-30在下

20、列密封形式中，_为接触式密封。A迷宫式密封 B甩油环密封C油沟式密封 D毛毡圈密封二、填空题11-31滚动轴承的主要失效形式是_和_。对于不转、转速极低或摆动的轴承，常发生_破坏，故轴承的尺寸应主要按_计算确定。11-32角接触轴承承受轴向载荷的能力取决于轴承的_。11-33滚动轴承内、外圈轴线的夹角称为偏转角，各类轴承对允许的偏转角都有一定的限制，允许的偏转角越大，则轴承的_性能越好。11-344种轴承N307/P4、6207/P2、30207、51307中，_内径最大，_的公差等级最高，_的极限转速最高，_承受轴向力最大，_不能承受轴向力11-35承受方向固定的径向载荷的滚动轴承，其滚动体

21、上产生的接触应力是_变应力。固定套圈上产生的接触应力是_变应力。11-36按基本额定动载荷设计计算的滚动轴承，在预定使用期限内，其失效概率最大为_。 11-37转速和额定动载荷一定的球轴承，若当量动载荷增加一倍，其基本额定寿命变为原来的_倍。11-38滚动轴承支点轴向固定的结构型式有：_；_ ；_。11-39滚动轴承支点轴向固定结构型式中，两支点单向固定结构主要用于温度_的_轴。11-40选用滚动轴承润滑油时，轴承的载荷越大，选用润滑油的粘度越_；转速越高，选用粘度越_；温升越高，选用粘度越_。三、简答题11-51在机械设备中为何广泛采用滚动轴承？11-52滚动轴承中保持架的作用是什么？常用什

22、么材料制造？11-53向心角接触轴承为什么要成对使用、反向安装？11-54为什么调心轴承要成对使用，并安装在两个支点上？11-55为什么推力球轴承不宜用于高速？11-56试说明轴承代号6210的主要含义。11-57何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓滚动轴承的基本额定动载荷？11-58以径向接触轴承为例，说明轴承内、外圈为什么采用松紧不同的配合。11-59何为角接触轴承的“正装”和“反装”，这两种安装方式对轴系刚度有何影响？11-60滚动轴承的组合设计要考虑哪些问题？四、分析计算题11-61图示为二级圆柱齿轮减速器的低速轴，用一对型号为6308轴承支承，已知：齿轮分度圆直径d = 400 mm，齿

23、轮上的圆周力Ft = 8000 N，径向力Fr = 3000 N，轴向力Fa = 2000 N，载荷平稳。试求：1）1、2两轴承的当量动载荷P1、P2；2）两轴承的寿命之比 Lh1/Lh2。 题11-61图 题11-62图11-62某轴用一对30310轴承支承，轴承径向载荷R1 = 8000 N，R2 = 2000 N，轴上有轴向载荷Fa1 = 2000 N，Fa2 = 1000 N，工作转速n = 350 r/min，常温下工作，有中等冲击，试计算轴承的寿命。五、结构分析题11-65分析轴系结构的错误，简单说明错误原因，画出正确结构。题11-65图11-66分析轴系结构的错误，简单说明错误原

24、因，画出正确结构。题11-66图11-67分析轴系结构的错误，简单说明错误原因，画出正确结构。题11-67图六、参考答案1选择题11-1 A； 11-2 B； 11-3 D； 11-4 B； 11-5 C； 11-6 A；11-7 C； 11-8 A； 11-9 B； 11-10 C； 11-11 B； 11-12 A；11-13 C； 11-14 A； 11-15 A； 11-16 B； 11-17 D； 11-18 A；11-19 B； 11-20 C； 11-21 B； 11-22 C； 11-23 C； 11-24 C；11-25 D； 11-26 B； 11-27 D； 11-28

25、D； 11-29 C； 11-30 D；2填空题11-31 疲劳点蚀 塑性变形 塑性变形 静强度11-32 接触角11-33 调心11-34 6207/P2 6207/P2 51307 N307/P411-35 规律（周期）性非稳定脉动循环 稳定的脉动循环11-36 10%11-37 1/811-38 双支点单向固定（全固式） 单支点双向固定（固游式） 两端游动（全游式）11-39 不高 短轴11-40 高 低 高3简答题 （参考答案从略）4分析计算题11-61 解题要点：支反力：R1H = 250 N， R1V = 2000 N，R1 = 2016 NR2H = 3250 N，R2V = 6000 N，R2 = 6824 N轴承1：R1 = 2016 N，A1 = 0 N，P1 = R1 = 2016 N轴承2：R2 = 6824 N，A2 = Fa = 2000 N，P2 = fd（X2 R2+ Y2 A2）=（0.56×6824 + 1.53×2000）= 6881 N载荷比：P2/ P1 = 6881/2016 = 3.41寿命比：Lh1/Lh2 = ( P2/ P1 )3 = 39.6511-62 解题要点：查表得到30310轴承：C = 122 kN，Y = 1.7，e =