机械设计基础 第2版 教学课件 张久成 陕西工业职业技术学院 主编第十八章 滚动轴承 第十八章滚动轴承

1、在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：第十八章 滚动轴承第二节 滚动轴承的代号第三节 滚动轴承的类型选择第四节 滚动轴承的尺寸选择第五节 滚动轴承的静载荷计算 第六节 滚动轴承的组合设计第七节 滚动轴承的配合与装拆滚动轴承概述第一节 滚动轴承的结构、类型和特点第八节 滚动轴承的润滑与密封滚动轴承概述特点：摩擦阻力小，起动容易、旋转精度高，润滑维护方便；标准件，互换性好，价格较低。但抗冲击能力不高，噪声较大，径向尺寸大，高速时寿命较低。 适用场合：一般工作条件下的轴承，应用广泛。 本章讨论的主要问题：（1）滚动轴承的类型与

2、特点。（2）轴承的类型选择、尺寸选择及寿命计算。（3）轴承装置设计：固定、调整、装拆、润滑和密封等。滚动轴承是一种标准部件，它依靠内部元件间的滚动接触来支承轴及转动零件如齿轮等工作。第一节 滚动轴承的结构、类型和特点一、滚动轴承的构造外圈1：有沟槽。与轴承座装配。内圈2：有沟槽。与轴颈装配。滚动体3：在内、外圈滚道间 滚动，实现滚动摩擦。有球形和滚子两大类。保持架4：将滚动体均匀地隔开。滚动轴承的结构、类型和特点二、滚动轴承的根本类型和特点一滚动轴承的结构特性游隙：两套圈之间沿径向或轴向的相对位移量，相应称为径向或轴向游隙。其对轴承的寿命、温升和噪声有很大影响。接触角：滚动体与外圈滚道接触处的

3、公法线与轴承径向平面间的夹角 。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。角偏差：轴承内、外圈轴线之间的相对角位移。其许用值越大，轴承自动适应轴挠曲变形的能力越强。角偏差接触角滚动轴承的结构、类型和特点二滚动轴承的类型1按滚动体的形状分球轴承：与套圈滚道点接触，摩擦小。滚子轴承：与套圈滚道线接触，承载能力高。2按能承受载荷的方向分向心轴承：只能承受或主要承受径向载荷，其接触角为 。推力轴承：只能承受或主要承受轴向载荷，其接触角为 。 滚动轴承的结构、类型和特点三常用滚动轴承的特性调心球轴承 代号1000主要承受径向载荷，同时可承受少量的双向轴向载荷。极限转速中等。外圈滚道是以轴承中心为球心的球面

4、，故能调心，允许角偏差 。滚动轴承的结构、类型和特点调心滚子轴承 代号2000能承受很大的径向载荷，同时可承受少量的双向轴向载荷。极限转速低。外圈滚道为球面，故能调心，允许角偏差 。带紧定衬套的调心滚子轴承利用锥面的楔紧作用可固定在光轴上，装拆方便。滚动轴承的结构、类型和特点圆锥滚子轴承代号3000能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷，极限转速中等，允许角偏差 。内外圈可分离，游隙可调，装拆方便，须成对使用。滚动轴承的结构、类型和特点推力球轴承代号5000只能承受单向或双向轴向载荷，且载荷作用线必须与轴线重合；高速时滚动体因离心力与保持架摩擦严重，故极限转速低；不允许角偏差。滚动轴承的结构、

5、类型和特点深沟球轴承代号6000主要承受径向载荷，同时可承受少量的双向轴向载荷，极限转速高，允许角偏差 。在高转速且载荷不大时，可替代推力球轴承承受纯轴向载荷。价格最低，应用最广。滚动轴承的结构、类型和特点角接触球轴承代号7000能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷。极限转速较高，允许的角偏差 。公称接触角有 三种，须成对使用。滚动轴承的结构、类型和特点推力圆柱滚子轴承代号8000只能承受单向轴向载荷可很大，且载荷作用线必须与轴线重合。极限转速低，不允许角偏差。滚动轴承的结构、类型和特点圆柱滚子轴承代号N000只能或主要承受径向载荷（很大），有些还可承受单向或双向轴向载荷，极限转速较高，允许

6、角偏差 ，内外圈可分离。滚针轴承代号NA只能承受径向载荷很大，摩擦大，极限转速低，不允许角偏差 。一般不带保持架，内外圈可别离，径向尺寸特小。第二节 滚动轴承的代号直径系列代号宽度高度系列代号内径代号尺寸系列代号类型代号其他代号多轴承配置代号游隙代号公差等级代号特殊轴承材料代号保持架及其材料代号密封与防尘结构代号内部结构代号一二三四五轴承分部件代号后置代号根本代号前置代号滚动轴承代号的构成GB/T2721993滚动轴承代号用于表征轴承的结构、尺寸、类型、精度等。 滚动轴承的代号例题：说明以下轴承代号的含义。6 2 2 05轴承内径为25mm直径系列为2轻系列宽度系列为2宽系列深沟球轴承滚动轴承

7、的代号例题：说明以下轴承代号的含义。70 3 15 AC /P6 /C33组游隙6级公差接触角=25轴承内径为75mm直径系列为3中系列宽度系列为0窄系列，不标出角接触球轴承第三节 滚动轴承的类型选择熟悉轴承的类型和特性，明确使用要求，是合理选择轴承类型的前提。一般应考虑以下因素。一、承受载荷情况1载荷方向。主要承受径向力时，选用向心轴承；承受纯轴向力时，选用推力轴承；同时承受径向力和轴向力时，选用角接触轴承。2载荷大小。承受的载荷较大时，应选择滚子轴承或尺寸系列较大的轴承；反之，选择球轴承或尺寸系列较小的轴承。3载荷性质。载荷平稳时，可选择球轴承；有冲击和振动时，宜选择滚子轴承。二、转速限制

8、转速较高时，可选择球轴承和轻系列的轴承；反之，可选择滚子轴承和重系列的轴承；推力轴承的极限转速很低。类型选择2三、调心性要求对轴承的径向尺寸有限制时，宜选轻系列、特轻系列或滚针轴承；对轴承的轴向尺寸有限制时，宜选窄系列轴承。 滚动轴承的类型选择轴及支承系统的刚性较差或安装精度较低时，应采用调心球轴承和调心滚子轴承。四、尺寸限制五、刚度要求滚子轴承的刚性比球轴承大，要求刚性大时宜选择滚子轴承。六、经济性要求在满足使用要求的前提下，尽量选用廉价的轴承，以降低本钱。普通结构的轴承比特殊结构的轴承廉价，球轴承比滚子轴承廉价，精度低的轴承比精度高的轴承廉价。第四节 滚动轴承的尺寸选择一、失效形式及计算准

9、那么一受力情况分析载荷分布：当轴承承受径向力Fr作用时，上半圈为非承载区，滚动体不承受载荷，下半圈为承载区，但各滚动体承受的载荷不同。当轴承受轴向力Fa作用时，整圈滚动体承载且均匀分布。当轴承同时受径向力Fr和轴向力Fa作用时，承载区取决于两力的相对大小，其载荷呈不均匀分布分布。接触应力：滚动体与套圈滚道之间为点或线接触，当轴承工作时，其外表接触应力均为脉动循环变应力。滚动轴承的尺寸选择二失效形式及计算准那么1疲劳点蚀疲劳寿命计算。2塑性变形静强度计算。3磨损限制转速、加强密封和润滑。疲劳点蚀扩展性点蚀磨损磨损滚动轴承的尺寸选择二、轴承寿命、根本额定寿命及根本额定动载荷轴承寿命：轴承的滚动体或

10、套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数L或相应的运转小时数Lh。根本额定寿命L：同一型号的轴承，在相同的条件下运转，其中90的轴承不发生疲劳点蚀所能到达的寿命。一批相同的轴承，即使在完全相同的条件运转，由于材料、热处理及工艺等原因，其寿命是不同的，分布如下图。根本额定寿命是一种统计寿命，选择轴承时应以它为标准。同一型号的轴承，其根本额定寿命随载荷的不同而变化。通过实验所得的载荷寿命曲线如下图。根本额定动载荷C：使轴承的根本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用C表示。根本额定动载荷表征了轴承的承载能力。对于向心轴承其指纯径向载荷，用Cr表示；对于推力轴承其指纯轴向载荷，用Ca表示。C值可

11、查轴承手册确定。轴承载荷寿命曲线滚动轴承的尺寸选择三、轴承寿命计算滚动轴承的尺寸选择根据轴承载荷寿命曲线，寿命计算如下其中：Lh轴承寿命h；寿命指数，对于球轴承 = 3，滚子轴承 = 10/3；C根本额定当量动载荷kN；P当量动载荷kN；n轴承转速rpm。考虑到实际工作条件与实验条件的差异，寿命公式修正为其中： ft温度修正系数； fp载荷修正系数。滚动轴承的尺寸选择轴承工作温度/100125150200250300ft10.950.900.800.700.60温度修正系数ft载荷性质载荷系数 f p举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击1.21.8机床、车辆、动

12、力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等强烈冲击1.83.0碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等载荷修正系数fp按预期寿命要求选择轴承型号时，可按下式确定轴承应具备的根本额定动载荷C值。Lh轴承的预期寿命h。轴承预期寿命参考值机器类型预期寿命Lh/h不经常使用的仪器或设备，如闸门开闭装置等3003000短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械等30008000间断使用的机械，中断使用后果严重，如发动机辅助设备、流水作业线自动传送装置、升降机、车间吊车、不常使用的机床等800012000每日8小时工作的机械（利用率不高），如一般的齿轮传动、某些固定电动机等1200020

13、000每日8小时工作的机械（利用率高），如金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械、印刷机等200003000024小时连续工作的机械，如矿山升降机、纺织机械、泵、电机等400006000024小时连续工作的机械，中断使用后果严重，如纤维生产或造纸设备、发电站主电机、矿井水泵、船舶螺旋桨轴等100000200000滚动轴承的尺寸选择四、轴承的当量动载荷计算轴承的实际受载情况与轴承寿命实验时的情况是不同的。所以，在计算轴承寿命时，须将轴承受到的实际载荷等效转化为与根本额定动载荷C相当的载荷，即当量动载荷，用P表示。Fr轴承受到的径向载荷；Fa轴承受到的轴向载荷；X径向载荷系数；Y轴向载荷系数

14、。对于只能承受径向力的向心轴承 P=Fr对于只能承受轴向力的推力轴承 P=Fa对于能同时承受径向力和轴向力的轴承载荷系数表滚动轴承的尺寸选择五、角接触轴承的轴向载荷计算一角接触轴承的派生轴向力角接触轴承受径向载荷Fr作用时，由于其存在接触角 ，承载区内任一滚动体上的法向力Fi可分解为径向分力Fi 和轴向分力Fi。各滚动体上所受轴向分力的总和即为轴承的派生轴向力F 。1.14Fr0.68FreFrF Fr/2YY=0.4cot圆锥滚子轴承角接触向心球轴承轴承类型角接触轴承半圈承载时的派生轴向力F二角接触轴承的轴向力计算在设计中，为了使角接触轴承的派生轴向力得到平衡，这种轴承须成对使用。其安装方式

15、有两种：正装：两轴承外圈的窄边相对的安装方式。反装：两轴承外圈的窄边相背的安装方式。正装反装Fr1、 Fr2 轴承1、2受到的径向力；F1、 F2轴承1、2受到的派生轴向力；FA轴受到的轴向外载荷。O1、O2轴承1、2的压力中心。滚动轴承的尺寸选择滚动轴承的尺寸选择计算轴向力的“放松压紧法假设轴在轴向外载荷FA、派生轴向力F1、 F2的作用下不平衡，那么轴将向某一端窜动，其结果使其中一端的轴承压紧，另一端的轴承放松。被压紧的轴承轴向反力增加，被放松的轴承轴向反力减小，直至轴到达平衡。按这一分析方法可求出轴向力，步骤如下：1计算出两轴承的派生轴向力F1、 F2，并标出方向；2计算轴向外力FA、派

16、生轴向力F1、 F2的合力，确定轴的窜动方向，判断压紧端和放松端；即 Fa放松= F放松 Fa压紧= |FA F放松|3放松端轴承的轴向力等于它本身的派生轴向力；压紧端轴承的轴向力等于轴向外力与放松端轴承派生轴向力的代数和。滚动轴承的尺寸选择例题：齿轮减速器中的7204C轴承，受的轴向力Fa=800N，径向力Fr=2000N，载荷修正系数fP=1，温度正常，温度系数ft，工作转速n=700r/min。求该轴承的寿命。解 1由手册查得7204C轴承，Cr=14500N，Cor=8220N。2）确定载荷系数X、Y。由 ，由载荷系数表， 取e=0.46；由 ，则X=1，Y=0。4计算轴承寿命Lh。3

17、计算当量动载荷P。滚动轴承的尺寸选择 例题 如图，一对角接触球轴承正装，轴颈d=40mm，轴承的径向载荷Fr1=1000N、 Fr2 =2060N，轴向外载荷FA=880N，转速n=5000r/min，运转中受中等冲击，预期寿命Lh=2000h。试选择轴承的型号。解 1计算轴承的轴向力计算派生轴向力参照轴承标准，暂选接触角为25的角接触球轴承，那么派生力为计算轴所受轴向力的合力 轴右窜，轴承 1压紧，2放松方向如图所示。压紧放松滚动轴承的尺寸选择计算轴承的轴向力2计算轴承的当量动载荷。由载荷系数表查得，而查得 X1，Y1； X2=1，Y2=0。那么当量动载荷为3计算所需的当量动载荷。 查得fP

18、， ft=1，按P1计算有4选择轴承型号。按d=40mm和C值，由手册选取7208AC。第五节 滚动轴承的静载荷计算对于低速转动n10r/min、缓慢摆动或根本不旋转的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因接触应力过大而产生的外表塑性变形。高速转动的轴承，如果受到很大的冲击载荷作用，也可能发生塑性变形。此类轴承均应进行静强度计算。针对的失效形式：轴承元件接触外表的塑性变形。根本额定静载荷：使受载最大的滚动体与滚道接触处产生的塑性变形量之和为滚动体直径万分之一时的载荷，用C0表示。其表征了轴承承受静载荷的能力， C0值可查轴承手册。计算准那么：P0=X0Fr+Y0FaS0平安系数；P0当量静载荷，

19、其含义类同于当量动载荷； X0、Y0当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，可由轴承手册查取。第六节 滚动轴承的组合设计一、滚动轴承的轴向固定一轴承内圈的固定方法轴肩固定。方便、可靠、最常用。弹簧挡圈固定。轻巧，承受的轴向力小，常用于深沟球轴承。轴端挡圈固定。用于高速轴向力较大时。圆螺母固定。可靠，用于高速轴向力较大时。锥套固定。靠摩擦工作，适用光轴、低速、轻载或经常装拆场合。滚动轴承的组合设计二轴承外圈的固定方法弹簧挡圈固定。简单、方便、紧凑，但能承受的轴向力小。轴承端盖固定。最常用，适于高速、轴向力较大时。止动环固定。与带有止动槽的轴承配套，用于剖分式轴承座。螺纹环固定。用于高速、轴向力较

20、大而不便采用轴承盖时。弹簧挡圈固定轴承端盖固定止动环固定螺纹环固定滚动轴承的组合设计二、滚动轴承的支承形式通常，一根轴需要两个支点，每个支点由一个或两个轴承组成。轴承支承结构应使轴具有确定的工作位置，防止轴受力时窜动，同时能适应轴系的热胀冷缩变形，以防轴承顶死。一双支点各单向固定双固式轴向固定特点采用一对深沟球轴承。两个支点各限制一个方向的轴向移动，轴被双向固定。通过调整垫片，在轴承盖与外圈端面之间留出补偿间隙 c。轴热胀冷缩时，轴可在该间隙内自由伸缩。但因有间隙，使得轴的位置不准确，故c不能太大。对于内外圈不可别离的轴承一般取c。补偿热膨胀的方法适用场合两支点间的跨距较小、工作温度变化较小、

21、热膨胀量不大，及对轴的位置精度要求不高的场合。滚动轴承的组合设计双固式方案分析：双固式支承方案滚动轴承的组合设计二单支点双向固定固游式轴向固定特点右支点限制轴的两个方向的移动，为固定支点；左支点不限制轴的移动，为游动支点。补偿热膨胀的方法热膨胀时，左轴承随轴一起在座孔中滑动。适用场合轴较长、工作温度变化较大，热膨胀量较大的场合 ，如蜗杆轴等。动画滚动轴承的组合设计二两端游动双游式轴向固定特点该轴承内外圈之间可相对移动，故无轴向限位能力，两支点均为游动支点。轴靠人字齿轮间的啮合限位。补偿热膨胀的方法靠轴承内外圈间的相对移动，轴可以向两端自由伸缩。适用场合适用于轴的轴向位置由其他轴上零件限制的情况

22、，如人字齿轮轴，以免过定位，增加摩擦。滚动轴承的组合设计三、滚动轴承组合调整一轴承游隙调整目的：保证轴的回转精度及轴承运转灵活性，简化加工。方法：采用调整垫片、调整环、调整螺钉、圆螺母等。调整垫片调整环调整螺钉圆螺母滚动轴承的组合设计二轴承的预紧为提高轴承的刚度和旋转精度，减小振动，在装配机器时，应使轴承受到轴向压力的作用，以消除游隙，并在滚动体和套圈接触处产生弹性预变形。常用的预紧方法如下。夹紧外圈夹紧磨窄后的外圈采用长短套筒后夹紧外圈用弹力夹紧外圈三轴承组合位置调整滚动轴承的组合设计目的：使轴上零件具有准确的工作位置。如，通过调整，使两锥齿轮的锥顶重合；使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线等。

23、加减垫片1的厚度调整轴系位置组合调整动画第七节 滚动轴承的配合与装拆一、滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，轴承内孔与轴颈的配合采用基孔制，轴承外圈与座孔的配合采用基轴制。轴承配合种类应根据载荷的大小、方向和性质，轴承类型、转速和使用条件，参考轴承手册推荐来决定。当外载荷方向不变时，动圈应比固定圈的配合紧些。承受旋转载荷的套圈应选较紧的配合，以防止在载荷作用下该套圈产生相对转动。对于游动支承采用深沟球轴承等，轴承与座孔的配合应松一些，以便轴承游动。转速高、载荷大、振动强烈的轴承，选用较紧的配合；要求旋转精度高时，为了消除振动的影响，应采用较紧的配合。剖分式轴承座，外圈与座孔应采用较松的配合。公差带图滚动轴承的配合与装拆二、滚动轴承的装拆装配方法：内圈与轴颈采用过盈配合时，可采用压力机压入，或将轴承在油中加热至80100后进行热装。拆卸方法：轴承内圈的拆卸常采用拆卸器三爪进行。外圈拆卸那么用套筒或螺钉顶出。为便于拆卸，轴肩或孔肩的高度应低于定位套圈的高度，并要留出拆卸空间。第八节 滚动轴承的润滑与密封一、滚动轴承的润滑目的：减小摩擦和磨损、提高效率、延长寿命、散热、减振、防