机械设计CAI电子教案：第13章 滚动轴承

1、第13章滚动轴承13-1概述13-2滚动轴承的主要类型和代号13-3滚动轴承的类型选择13-4滚动轴承的工作情况13-5滚动轴承尺寸的选择13-6轴承装置的设计13-7滚动轴承与滑动轴承性能对照13-8滚动轴承例题分析扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制13-1概 述各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；保持架: 将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动滚动；硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，当

2、内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。装在机座或零件轴孔内；滚动副的材料要求：扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。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。接触角 轴向承载能力 = 0 表13-1 各类轴承的公称接触角 轴承类型公称接触角向心轴承主要承受径向载荷推力轴承主要承受轴向载荷径向接触角接触轴向接触角接触0 45= 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

3、接触角有关。45 90滚动轴承 标准化; 并由专业厂大批量生产。设计人员的主要任务是: 熟悉标准，正确选用。扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制向心推力轴承向心轴承潘存云教授研制潘存云教授研制推力轴承轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承一、分类 向心推力轴承潘存云教授研制13-2 滚动轴承的主要类型和代号 FrFaFrFa扬州大学专用 作者： 潘存云教授 圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承表13-2滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2 3 主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷

4、。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。潘存云教授研制轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承一、分类 向心推力轴承扬州大学专用 作者： 潘存云教授 调心滚子轴承20000C低0.5 2 比10000小能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。圆锥滚子轴承30000中2 能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。潘存云教授研制推力球轴承50000低不允许 只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处

5、。潘存云教授研制(a)单向表13-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用潘存云教授研制扬州大学专用 作者： 潘存云教授 推力球轴承50000低不允许 只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。潘存云教授研制潘存云教授研制(b)双向深沟球轴承60000高816 能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。潘存云教授研制角接触球轴承70000C(=15 )70000AC(=25

6、 )70000B(=40 )较高潘存云教授研制210 能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。 大，承载能力越大，有三种规格。称对使用。表13-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用扬州大学专用 作者： 潘存云教授 表13-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力圆柱滚子轴承80000低不允许 能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承N0000较高24 能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单

7、挡边(NJ)等型式潘存云教授研制滚针轴承(a)NA0000(b)RNA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。不允许 a)b)扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等，为便于组织生产和选用，规定了滚动轴承的代号，二、 滚动轴承的代号宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号 基本代号共5位 后置代号表13-3 滚动轴承代号的排列顺序（ ）类型代号尺寸系列代号注： 代表字母； 代表数字 或加2. 基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸。 类型代号 左起第一位，为0

8、（双列角接触球轴承） 则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承分部件代号1. 前置代号成套轴承分部件代号。0扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制推力球轴承50000滚针轴承(a) NA0000(b) RNA0000潘存云教授研制调心球轴承10000潘存云教授研制潘存云教授研制调心滚子轴承20000C潘存云教授研制潘存云教授研制圆锥滚子轴承30000潘存云教授研制(a)单向潘存云教授研制潘存云教授研制(b)双向潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制深沟球轴承60000潘存云教授研制潘存云教授研制角接触球轴承70000潘存云教授研制推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴

9、承N0000潘存云教授研制潘存云教授研制扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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滚动轴承主要类型代号表 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000潘存云教授研制300潘存云教授研制400潘存云教授研制200尺寸系列代号左起第二、三位。宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号 基本代号 后置代号表13-3 滚动轴

10、承代号的排列顺序（ ）类型代号尺寸系列代号注： 代表字母； 代表数字 或加成套轴承分部件代号扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制表13-4 向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0) 0(0) 1101120211011234特轻轻中重(0) 2(0) 3(0) 41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号扬州大学专用 作者： 潘存云教授 内径代号 基本代号左起第四、五位。表13-5轴承的内径代号 内径代号轴承内径尺寸 / mm00100102030499数字 512151

11、7宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号 基本代号 后置代号表13-3滚动轴承代号的排列顺序（ ）类型代号尺寸系列代号注： 代表字母； 代表数字 或加成套轴承分部件代号扬州大学专用 作者： 潘存云教授 3. 后置代号 用字母（或加数字）表示。 内部结构表13-6轴承后置代号排列顺序后置代号组含 义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号 基本代号 后置代号表13-3滚动轴承代号的排列顺序（ ）类型代号尺寸系列代号注： 代表字母； 代表数字 或加成套轴承分部件代号扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制

12、注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。 表13-7轴承内部结构常用代号 轴承类型 代 号 含 义 示 例 B =40 7210B 角接触球轴承 C =15 7210C AC =25 7210AC圆锥滚子轴承 B 接触角加大 32310BE 加强型 N207E表13-8公差等级代号 代 号 省略 /P6 /P6x /P5 /P4 /P2公差等级符合标准的 0级 6级 6x级 5级 4级 2级示 例 6203 6203/P6 30201/P6x 6203/P5 6203/P4 6203/P2扬州大学专用 作者： 潘存云教授 三、滚动轴承代号示例 6 2 2 037 (0) 3 12 AC

13、 / P6轴承内径 d=17 mm直径系列代号，2(轻)系列 宽度系列代号，2(宽)系列 深沟球轴承 公称接触角 =25 轴承内径 d=125=60 mm直径系列代号，3(中)系列 宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出 角接触球轴承 公差等级6级 公差等级为0级;游隙组为0组；游隙组为0组；扬州大学专用 作者： 潘存云教授 N 1 05 / P5公差等级5级 轴承内径 d=25 mm直径系列代号，1(特轻)系列 圆柱滚子轴承 游隙组为0组； 3 0 2 13轴承内径 d=65 mm直径系列代号，2(轻)系列 宽度系列代号，0(窄)系列 圆锥滚子轴承 公差等级为0级;游隙组为0组；扬州大

14、学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制13-3滚动轴承的类型选择 滚动轴承是标准零件，要求设计者应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。一、滚动轴承选择的一般过程 根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径不进行承载能力验算NYEND合格吗？校核承载能力 Y有严格要求吗？N扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制1） 轴承的载荷 由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。二、滚动轴承选择应考虑的问题 载荷方向向心轴承用于受径向力 Fr扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制1 轴承的载荷 二、

15、滚动轴承选择应考虑的问题 载荷方向向心轴承用于受径向力 向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用FaFr扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制推力轴承1 轴承的载荷 二、滚动轴承选择应考虑的问题 载荷方向向心轴承用于受径向力推力轴承用于受轴向力向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用Fa载荷大小：一般：滚子轴承(1.53)球轴承当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。大载荷 采用滚子轴承因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。 在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。扬州大学专用 作者： 潘存云教授 承受径向载荷为主；0 45 45 Fr t

16、an Fae轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于Fd与Fac中较大的一个，即 Fa =max Fd Fae 1.假设没有外部轴向力Fae 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。最常见13-5滚动轴承尺寸的选择轴承承受的载荷轴承寿命要求可靠性的要求决定了滚动轴承尺寸 滚动轴承的载荷动载荷静载荷失效形式不同。疲劳破坏永久变形当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。早期磨损胶合轴承元件破裂 维护

17、保养不当而造成。一、滚动轴承的失效形式 失效形式扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制2051015501000R/(%) 轴承的寿命曲线L/(110-6 r)对一组同一型号的轴承，由于材料、热处理和工艺等很多随机因素的影响，即使在相同条件下运转，寿命也不一样，有的甚至相差几十倍。因此，对一个具体的轴承，很难预知其确切的寿命。实验表明：寿命与可靠性有关。如图定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(

18、Lh)在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%单位为百万转106 r，或小时. 换句话说寿命为1百万转时. 可靠度为90%，寿命为5百万转时. 可靠度只有50%，轴承寿命 二、滚动轴承的寿命计算 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 表13-3轴承预期寿命Lh的参考值 使 用 场 合 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 40008000 间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天8h工作的机械 1200020000 每天24h连续工作的机械 4000060000 定义：当一套轴承

19、运转达到一百万（106）转时，轴 承所能承受的载荷C。.向心轴承记为 Cr，可查表推力轴承记为 Ca基本额定动载荷 不同的轴承该值不一样，它表征了轴承的承载特性。是在大量试验的基础上，通过理论分析得到，需要时可从设计手册或轴承样本中查得。.扬州大学专用 作者： 潘存云教授 寿命计算公式 通过试验得出如图所示6208轴承的载荷寿命曲线。 曲线上对应于 Lh=106 的载荷为 29.5 kN。 载荷寿命曲线的公式：寿命指数球轴承滚子轴承用小时表示310/3=0 1 2 3 4 5 10 15 L (106)29.5252015105P KN基本额定动载荷 P 动载荷 Lh 预期寿命 扬州大学专用

20、作者： 潘存云教授 当 t100 时， C 引进温度系数 ft 进行修正。表13-4温度系数 轴承工作 温度/ 温度系数 ft 10025020015012530010.950.900.700.800.60Ct= ft C修正后的计算公式 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 最终计算公式 工作中冲击振动 C 引进载荷系数 fP 进行修正。 表13-6 载荷系数 载荷性质 载荷系数fP 无冲击或轻微冲击 1.01.2 中等冲击 1.21.8强烈冲击 1.83.0应用举例电机、汽轮机、通风机、水泵等机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿基、冶金机械、卷扬机等碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等扬州大

21、学专用 作者： 潘存云教授 三、当量动载荷的计算滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载荷。含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷相当。计算公式P=X Fr+Y FaX 径向动载荷系数； Y 轴向动载荷系数。见下页 向心轴承P=Fr推力轴承P=Fa理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出

22、的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然，单向载荷与双向载荷作用下，轴承的寿命是不一样的。扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制表13-5 向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型 深沟球轴承0.172 0.19 2.312.3Fa C0r eFa / Fr eFa / 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

23、1 0 角接触球轴承= 25 0.68 0.41 0.87 1 0= 40 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承(单列) 1.5tan 0.4 0.4ctan 1 0 调心球轴承(双列) 1.5tan 0.65 0.65ctan 1 0 (单列)扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制1.若 Fae+ Fd2 Fd1压紧端 Fa1 = Fae+ Fd2 放松端 Fa2 = Fd2 2.若 Fae+Fd2 Fd1 则有： 压紧端 Fa1 = Fae+ Fd2 放松端 Fa2 = Fd2 2.若 Fae+Fd2 60调心球轴承 16 25 40 50 交接触球轴承 16 25

24、 40 60 60圆柱滚子轴承 12 25 40 60 60圆锥滚子轴承 10 16 23 30 调心滚子轴承 8 12 20 25 推力球轴承 4 6 12 15 轴承常用的润滑方式有油润滑何脂润滑两类。选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关，一般用滚动轴承的dn值表示轴承的速度大小。扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制2、滚动承的密封润滑油的选择：润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mmr/min)t / 润滑油粘度的选择5cSt(40时)

25、102065110250400滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。分类接触式非接触式组合式密封毛毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫式密封毛毡迷宫式密封例如： dn=100000，t=90 可用 110 号润滑油 110扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制(b)潘存云教授研制(a)潘存云教授研制毛毡圈密封适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v45 m/s，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：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度: -40100 防漏油防灰尘密封圈

26、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：扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制(b)潘存云教授研制(a)适用场合： 脂润滑，要求环境干燥清洁。 靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.10.3 mm。间隙封圈=0.10.3 mm非接触式密封：扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制(a)潘存云教授研制(b)适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用 脂的滴点。密封效果可靠。 图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取 =1.52 m

27、m。迷宫式封圈=0.10.2 mm=1.52 mm将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分为径向和轴向两种结构。扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制组合封圈适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。 也可以把多种密封形式组合在一起。这是组合密封的一种型式-毛毡加迷宫，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封的方式很多，不一一列举。组合式密封：扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制五、 轴承组合的配合内圈孔轴基孔制外圈轴承座孔 基轴制 配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合 除了对轴承的内外颈规定了直径公差外，还规定了

28、平均内径和平均外经(dm ，Dm)的公差 因为轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装在轴上后，其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响。轴承外经的Dm公差带0 6 5 4 2轴承内经的dm公差带0 6 5 4 2标准规定，0 6 5 4 2各级公差等级的轴承的的内径 dm和外经Dm均采用单向制，且统一采用上偏差为 零，下偏差为负的分布滚动轴承作为一种通用的标准件，规定采用以下配合类型：+-Dd+-扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制轴承内径公差带dmp零线轴公差g6h6j6js6k6k5m6m5p6n6h8r7r7j5g5h5h8 滚动轴承内孔与轴的配合采用基

29、孔制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。常用的轴公差代号有 k6、m6 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制零线0Js7G7H8H7H6J7J6Js6K6K7M6M7P6N6N7P7 滚动轴承外经与外壳孔的配合采用基轴制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。常用的孔公差代号有 H7、J7、Js7轴承外圈公差带Dmp游动支点 G7扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制装拆滚动轴承时，要特别注意以下两点：六、滚动轴承的安装与拆卸1.不允许通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造 成损伤。2.由于轴承的配合较紧，装拆时应使用专门的工具。 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制错误的施力正确的施力错误 正确 扬州大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制滚动轴承的安装潘存云教授研制装内圈于轴上潘存云教授研制外圈的拆卸潘存云教授研制h1潘存云教授研制h1内外圈上同时受力潘存云教授研制内圈的拆卸扬州大学专用 作者： 潘存云教授 对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽