第22章 滚动轴承90

1、第第2222章章 滚动滚动轴承轴承22-1 22-1 滚动轴承的概述滚动轴承的概述22-2 22-2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号22-3 22-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算22-4 22-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封22-5 22-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计本章的重点、难点本章的重点、难点本章的重点：本章的重点： 滚动轴承的类型及选择，滚动轴承的选择计算（包括当量动载荷计算、寿命计算、角接触向心轴承轴向载荷的计算），滚动轴承的组合结构设计。 本章的难点：本章的难点： 角接触向心轴承轴向载荷的计算。 22-1 22-1 滚动轴承的概述滚动轴承的概述一、

2、滚动轴承的构造一、滚动轴承的构造 二、滚动轴承的材料二、滚动轴承的材料三、滚动轴承的类型三、滚动轴承的类型四、滚动轴承的优缺点四、滚动轴承的优缺点五、滚动轴承类型选择五、滚动轴承类型选择一、滚动轴承的构造一、滚动轴承的构造 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。 内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开。 滚动轴承的结构滚动轴承的结构1 按滚动体形状分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

3、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、球面滚子轴承二、滚动轴承的类型二、滚动轴承的类型径向接触轴承：公称接触角径向接触轴承：公称接触角=0，主要承受径主要承受径 向载荷向载荷, 可承受较小的轴向载荷。可承受较小的轴向载荷。向心角接触轴承：公称接触角向心角接触轴承：公称接触角=045，同时，同时 承受径向载荷和轴向载荷。承受径向载荷和轴向载荷。推力角接触轴承：公称接触角推力角接触轴承：公称接触角=4590，主，主 要承受轴向载荷，可承受较小的径向载荷。要承受轴向载荷，可承受较小的径向载荷。轴向接触轴承：公称接触角轴向接触轴承：公称接触角=90，只能承受，只能承受 轴

4、向载荷。轴向载荷。2. 2. 按承受的载荷方向分按承受的载荷方向分 向心轴承向心轴承 主要承受径向载荷，主要承受径向载荷，0 04545 推力轴承推力轴承 主要承受轴向载荷，主要承受轴向载荷，45459090接触角是滚动轴承的一个主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。三、滚动轴承的材料三、滚动轴承的材料 滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢含铬合金钢制造。 保持架一般用低碳钢低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色金属有色金属或塑料塑料。 四、滚动轴承的优缺点四、滚动轴承的优缺点优

5、点：优点：1、摩擦阻力小、起动灵敏、效率高效率高 ；2、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，即轴向结构紧凑轴向结构紧凑；3、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单轴承组合结构简单；4、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护，即润滑简便润滑简便；5、标准化程度高，易于互换，成本低成本低；缺点：缺点：1、承受冲击载荷能力较差；2、高速重载下轴承寿命较低；3、振动及噪声较大；4、径向尺寸比滑动轴承大；五、滚动轴承类型选择五、滚动轴承类型选择 由于结构的不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下：1 1承载能力承载能力 在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.53倍

6、。 在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。 但当轴承内径d20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，而球轴承的价格一般低于滚子轴承，故可优先选用球轴承。 角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。 角接触向心轴承（045）以承受径向载荷为主； 角接触推力轴承（4590）以承受轴向载荷为主。 轴向接触(90)推力轴承只能承受轴向载荷。 径向接触(0)向心轴承，当以滚子为滚动体时，只能承受径向载荷；当以球为滚动体时，因内外滚道为较深的沟槽，除主要承受径向载荷外，也能承受一定量的双向轴向载荷。深沟球轴承结构简单，价格便宜，应用最广泛。 2 2极限转速极限转速 滚动轴承在一定载荷和润滑条件下

7、，允许的最高转速称为极限转速极限转速。 球轴承的极限转速通常比滚子轴承高，高速时应优先选用球轴承； 高速时应选用同一内径尺寸中，外径较小的轴承，因其离心力小； 推力轴承的极限转速均很低；当工作转速高，轴向载荷不十分大时，可采用角接触球轴承； 如果轴承极限转速不能满足要求，可采取提高轴承精度、适当加大间隙、改善润滑和冷却条件、选用青铜保持架等措施。3 3角偏差角偏差 轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。 角偏差较大时会影响轴承正常运转，故在这种场合应采用调心轴承。 滚针轴承对轴线偏斜最为敏感，应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。 各类轴承的允许角偏

8、差见P350表22.2。 22-2 22-2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。 一、一、基本代号基本代号二、二、前置代号前置代号三、三、后置代号后置代号前置代号 基本代号 后置代号 轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号一二三四五类型代号尺寸系列代号内内径径尺尺寸寸系系列列代代号号宽度或高度系列代号直径系列代号前置代号表示轴承的分部件。基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。 后置代号表示轴承的精度、材料等特征。 一、一、基本代号基本代号 基本代号表示

9、轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。 按国家标准生产的滚动轴承的基本代号，由轴承类型代号轴承类型代号、尺寸系列代尺寸系列代号号和内径内径尺寸系列尺寸系列代号代号构成。基本代号 二三四五类型代号尺寸系列代号内径尺尺寸寸系系列列代号宽度或高度系列代号直径系列代号一 类型代号：基本代号左起第一位为类型代号，用数字或字母数字或字母表示，见表 22.2第1列。 尺寸系列代号：由轴承的宽(高)度系列代号(基本代号左起第二位)和直径系列代号(基本代号左起第三位)组合而成。 向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号见表22.4。 内径尺寸系列尺寸系列代号：内径代号(基本代号左起第四、五位数字)表示轴承公

10、称内径尺寸，按表22.5的规定标注。 6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型 代号代号80123456宽宽( (高高) )度系列代号含义度系列代号含义特窄特窄窄窄正常正常宽宽特宽特宽 注：1. 宽度系列代号为零时，不标出(调心滚子轴承和圆锥滚子轴承除外)；个别类型宽度系 列代号“1”和“2”可以省略。宽宽( (高高) )度系列代号度系列代号 图示为内径相同，而直径系列不同的四种轴承的对比，它们用于

11、适应各种不同工况的要求。 直径系列代号直径系列代号超特轻代代 号号7 8 9 0 1 2 3 4 5含含 义义超轻特轻轻中重特重 内径代号5=内径，如：08表示轴承内径 d =085=40mm。03020100代代 号号17151210内径内径 d数字数字50499内径尺寸系列代号内径尺寸系列代号注：内径小于10mm和大于495mm的轴承内径代号另有规定。二、二、前置代号前置代号 前置代号用字母表示成套轴承的分部件。 前置代号及其含义可参阅 GBT27293。如：用L 表示可分离轴承的可分离套圈； 用K 表示轴承的滚动体与保持架组件； 三、三、后置代号后置代号 后置代号表示轴承的精度、材料等特

12、征。 后置代号用字母(或加数字)表示，置于基本代号右边。 轴承后置代号的排列顺序见下表或表22.3。 后置代号 内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号内部结构代号内部结构代号公差等级代号公差等级代号游隙代号游隙代号 游隙代号游隙代号：C1、C2、C0、C3、C4、C5分别表示轴承径向游隙，游隙量依次由小到大。 C0为基本组游隙，常被优先采用，可不标出。 轴承代号示例6308：6深沟球轴承， (0)窄系列，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， (0)窄系列， 1特

13、轻系列，05内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P42：7角接触球轴承；(0)窄系列；2轻系列；14内径d=70mm；公称接触角=25；公差等级为4级；游隙组为第2组游隙C2，当游隙与公差等级同时表示时，符号C可省略。 30213：3圆锥滚子轴承， 0窄宽度(0不可省略)， 2轻系列，13内径d=65mm，公差等级为0级，游隙组为0组；6103： 6深沟球轴承， (0)窄系列， 1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；22.4 22.4 滚动轴承的尺寸选择滚动轴承的尺寸选择一、失效形式及设计准则一、失效形式及设计准则二、滚动轴承的寿命计算二、滚

14、动轴承的寿命计算三、滚动轴承的静强度计算三、滚动轴承的静强度计算一、失效形式与计算准则一、失效形式与计算准则max4.6rFFz 滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷Fa作用下，可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。 当轴承受纯径向载荷Fr作用时，并非所有滚动体都同时承受载荷。上半圈滚动体不承载，而下半圈各滚动体承受不同的载荷。处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的各滚动体，其承载逐渐减小。对于0的向心轴承：球轴承滚子轴承max5rFFz1 1失效形式失效形式 疲劳点蚀疲劳点蚀 滚动体与滚道接触表面受变应力。由于接触变应力的反复作用，首先在滚动体或滚道的表面下一定深度处产生

15、疲劳裂纹，继而扩展到接触表面，形成疲劳点蚀。内环上的疲劳点蚀内环上的疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀钢球疲劳点蚀钢球疲劳点蚀 永久变形永久变形 在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形(滚道表面形成变形凹坑) 。 磨损、胶合、磨损、胶合、内外圈和保持架破损内外圈和保持架破损等。等。2 2设计准则设计准则 对转速n 10 r/min的轴承，疲劳点蚀是主要失效形式，应进行防止疲劳点蚀的寿命计算； 对静止或极慢转速（n10 r/min）轴承，永久变形是其主要失效形式，应作静强度计算； 对高速轴承，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。1 基本概念基本概念寿命寿

16、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 L10 表示表示 一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90的轴承不发生疲劳点的轴承不发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数蚀前所经历的总转数或总工作小时数机械设计基础 轴承 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

17、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完好完好基本额定动载荷基本额定动载荷 定义：定义： 规定轴承在规定轴承在 基本额定寿命基本额定寿命L10 为为 106 转转 时，所能承受的最大时，所能承受的最大载荷，用载荷，用 C 表示表示 即：在即：在C 的作用下，运转的作用下，运转 106 转转 时，有时，有10的轴承出现点的轴承出现点蚀，蚀，90的轴承完好的轴承完好机械设计基础

18、 轴承 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 a a 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 FS2 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定， 右轴承被压紧，会产生反力右轴承被压紧，会产生反力FS2，使轴向力平衡，使得，使轴向力平衡，使得:FRFr1Fr2FS1FS2Fa合力合力FS2221SSaSFFFF = = 222SSaFFF = =右轴承被压紧右轴承被压紧, 轴向力轴向力左轴承被放松左轴承被放松, 轴向力轴向力11SaFF= =aSFF =

19、=1FRFr1Fr2FS1FS2Fa轴承正装时：轴承正装时： 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：机械设计基础 轴承 若若 FS1 + Fa FS2 轴向合力向右，轴有向左移动的趋势，但外圈被固定，轴向合力向右，轴有向左移动的趋势，但外圈被固定， 左轴承被压紧，会产生反力左轴承被压紧，会产生反力FS1，使轴向力平衡，使得，使轴向力平衡，使得:合力合力FS1211SaSSFFFF= = 22SaFF= =左轴承被压紧左轴承被压紧, 轴向力轴向力右轴承被放松右轴承被放松, 轴向力轴向力111SSaFFF = =aSFF = =2结论：结论：

20、轴承反装时，可得到与正装同样的结论轴承反装时，可得到与正装同样的结论 结论总结如下：结论总结如下： 根据根据排列方式排列方式判明派生轴向力判明派生轴向力 FS1、FS2 的方向的方向 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被，哪端轴承被“放松放松” “放松放松”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于自身的内部轴向力自身的内部轴向力 “压紧压紧”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后除去自身派生轴向力后其它轴向其它轴向力的代数和力的代数和机械设计基础 轴承如图所示，某齿轮轴选用两个角接触(=25)向心球轴

21、承支承。已知轴承所受径向载荷分别为Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力FA=880N，内部轴向力Fs=0.68Fr 。求：（1）两轴承所受轴向载荷Fa1、Fa2。（2）两轴承的当量动载荷P1、P2。，时，；，时。0187. 041. 0,68. 0,250=YXeFFYXeFFeraraa F2F1解： （1）Fs1=0.68Fr1=0.681000 = 680 NFs2=0.68Fr2=0.682060= 1400.8 N FA +Fs2=880 + 1400.8 = 2280.8 NFs1故 轴承1 Fa1= FA +Fs2=2280.8 N 轴承2 Fa2= Fs2=140

22、0.8 N（2）轴承1 Fa1/ Fr1= 2280.8 / 1000 = 2.28e X1=0.41，Y1=0.87 P1=X1 Fr1+Y1 Fa1=0.411000+0.872280.8=2394.296 N轴承2 Fa2/ Fr2= 1400.8 / 2060 = 0.68 = e X2=1，Y2=0 P2=X 2Fr2+Y2 Fa2=12060 = 2060 N例例2 2 某滚动轴承的预期寿命为 ，当量动载荷为P ，基本额定动载荷为C。试问： （1）若其他条件不变，而当量动载荷由P增大到2P，其寿命有何变化？ （2）若其他条件不变，而转速由n增大到2n，其寿命又有何变化？ 解：设当量

23、动载荷由P增大到2P后的寿命为 ， 转速由n增大到2n后的寿命为 。（1）因 故 （2）hLhLhL6h1060tpf CLnf Pe=66hh1011016022602ttppf Cf CLLnf Pnf Peeee =66hh101 10160 22 602ttppf Cf CLLnf Pnf Pee =三、滚动轴承的静强度计算三、滚动轴承的静强度计算滚动轴承的基本额定静载荷：滚动轴承的基本额定静载荷： 使轴承中受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷称为基本额定静载荷，用C0表示。当量静载荷当量静载荷P0 ：X0、Y0分别为径向静载荷系数径向静载荷系数及轴向静载荷

24、系数轴向静载荷系数。静强度条件：静强度条件： S0为静载荷安全系数，其取值见静载荷安全系数，其取值见P359。00r0aPX FY F=000000CPCS PS或22.5 22.5 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑 二、滚动轴承的密封二、滚动轴承的密封22.5.1 22.5.1 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑目的：目的： 减少摩擦与磨损、吸收振动、冷却、防锈、降低噪声等。 润滑剂润滑剂： 润滑油、润滑脂。 一般情况下，滚动轴承采用润滑脂润滑一般情况下，滚动轴承采用润滑脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时(如变速箱内本来就有润滑齿轮的油)，也可采用润

25、滑油润滑。 具体选择可按速度因数速度因数dn值来定。 d代表轴承内径(mm)； n代表轴承套圈的转数（r/min）。 dn值间接地反映了轴颈的圆周速度，当dn(1.52)105mmr/min时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。 润滑油的粘度可按轴承的速度因数dn和工作温度t来确定见图22.10。 油量不宜过多，如果采用浸油润滑，则油面高度应不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。高速轴承通常采用喷油或喷雾方法润滑。 22.5.2 22.5.2 滚动轴承的密封滚动轴承的密封目的：目的： 防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂的流失。 密封方法密封方法 ： 密封方法的选择与润滑剂的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。1 1 接触式密封：接触式密封： 毡圈、O形密封圈、唇形密封圈、机械密封（端面密封）2 2 非接触式密封：非接触式