《机械基础》课件-第十六章 滚动轴承

第十六章滚动轴承第一节滚动轴承的特点和结构（一）滚动轴承的基本结构

滚动体的形状

（二）滚动轴承的材料

滚动体与内外圈：要求高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。含铬合金钢（GCr15、GCr6、GCr15SiMn、GCr9等），热处理后硬度可达HRC61-65。

保持架：低碳钢板冲压而成，高速轴承多采用有色金属（如黄铜）或塑料保持架。第二节滚动轴承的游隙、接触角一、滚动轴承的游隙径向游隙：无外载荷作用时，在不同的角度方向，一个套圈相对于另一个套圈，从一个径向偏心的极限位置移向相反极限位置的径向距离的算术平均值，称为轴承的径向游隙。轴向游隙：无外载荷作用时，一个套圈（或垫圈）从一个轴向极限位置移向相反的极限位置的轴向距离的算术平均值，称为轴承的轴向游隙。商品轴承的游隙称为原始游隙。第二节滚动轴承的游隙、接触角二、滚动轴承的接触角（公称接触角α）

滚动体和外圈接触处的法线nn与轴承径向平面的夹角α称为公称接触角α越大，轴承承受轴向载荷的能力越大轴承套圈传递给滚动体的合力与轴承径向平面的夹角β称为接触角，又称载荷角1、按轴承所能承受的载荷方向和公称接触角分类

向心轴承

径向力

向心角接触轴承

推力角接触轴承

推力轴承

径向力（主要）轴向力

径向力轴向力

（主要）轴向力第三节滚动轴承的分类

滚子轴承——滚动体为圆柱、圆锥等滚子的滚动轴承。2、按滚动体的种类分类球轴承——滚动体为球的轴承。3、按滚动轴承工作时能否调心分类：调心轴承：滚道表面制成球面，能适应两滚道轴心线间的角偏差和角运动的轴承，从而可顺应轴的偏斜。非调心轴承：能阻抗滚道间轴心线角偏移的轴承，即不能调心的轴承。4、按滚动体的列数分类可分为单列轴承、双列轴承和多列轴承。5、按滚动轴承组件是否可分离分类：可分离轴承：具有可分离组件的轴承。不可分离轴承：在最终装配后，轴承套圈均不能任意自由分离的滚动轴承。6、按外径尺寸的大小分类：可分为：微型轴承、小型轴承、中小型轴承、中大型轴承、大型轴承和特大型轴承。7、最常用几种：（1）深沟球轴承（向心球轴承）主要承受径向载荷，也可同时承受少量双向轴向载荷，工作时内外圈轴线允许偏斜8′～16′。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。但承受冲击载荷能力较差。适用于高速场合，在高速时，可能来代替推力球轴承。

能承受较大的径向载荷和单向的轴向载荷，极限转速较低。内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。适用于转速不太高、轴的刚性较好场合（2）圆锥滚子轴承（3）推力轴承推力球轴承的套圈与滚动体多半是可分离的。有单向和双向之分。

单向推力球轴承只能承受单向轴向载荷，两个套圈的内孔不一样大，内径较小的是紧圈，与轴配合，内孔较大的是松圈，与机座固定在一起。极限转速较低，适用于轴向力大而转速较低的场合。

双向推力球轴承可承受双向轴向载荷，中间套圈为紧圈，与轴配合，另两套圈为松圈。高速时，由于离心力大，球与保持架因摩擦而发热严重，寿命较低。常用于轴向载荷大、转速不高处。（4）圆柱滚子轴承

只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力强，极限转速较高。

用于承受径向载荷，也能承受少量的双向轴向载荷。外圈滚道为球面，具有调心性能，内外圈轴线相对偏斜允许0.5°～2°，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。（5）调心球轴承这类轴承采用数量较多的滚针作滚动体，一般没有保持架。径向结构紧凑，且径向承载能力很强，价格低廉。缺点是不能承受轴向载荷，滚针间有摩擦，旋转精度及极限转速低，工作时不允许内、外圈轴线有偏斜。常用于转速较低而径向尺寸受限制的场合。（6）滚针轴承能同时承受径向载荷与单向的轴向载荷，公称接触角α有15°、25°、40°三种。α越大，轴向承载能力也越大。通常成对使用，对称安装。极限转速较高。适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。

（7）角接触球轴承可以承受很大的轴向载荷和一定的径向载荷。滚子为鼓形，外圈滚道为球面，能自动调心，允许轴线偏斜2°～3°，转速可比推力球轴承高，常用于水轮机轴和起重机转盘等。（8）推力调心滚子轴承第四节滚动轴承的代号方法

滚动轴承代号是用字母加数字来表示滚动轴承结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品符号。轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其排列顺序和代号内容如下。前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号（字母+数字）一二三四五∣轴承分部件代号

∣内径代号

∣宽度系列代号

∣直径系列代号

∣类型代号

∣其他代号

∣公差等级代号

∣特殊轴承材料代号

∣保持架及材料代号

∣密封与防尘代号∣内部结构代号

∣游隙代号

一、基本代号

（1）轴承类型代号：

13567N—深沟球轴承—圆锥滚子轴承—角接触球轴承—调心球轴承—圆柱滚子轴承—推力球轴承基本代号左起第一位

（2）尺寸系列代号：

基本代号左起第二、三位宽度系列——左起第二位

数字

0~9直径系列——左起第三位

数字

0~9（3）轴承的内径代号：基本代号左起四五位数字a)d=10,12,15,17mm时：

代号00010203

b)d=20~480mm时：d=代号×5(mm)

c)d<10mm，d>500mm，d=22，28，32mm时

代号=内径尺寸

直径代号/内径代号

0系列（正常宽度）可省略

有时1系列也可省略基本代号右边，用字母或数字表示轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等。（1）内部结构代号C、AC、B——角接触球轴承的接触角（2）密封、防尘与外部形状变化代号

二、前置代号和后置代号

基本代号左边，表示轴承的分部件，用字母表示

L、K、R、NU、WS、GS

GB/T272－1993（4）轴承的径向游隙

（5）保持架代号

（3）轴承的公差等级

（36页表2－12）

公差等级：0

6

6X5

4

2代号：/P0/P6/P6X/P5/P4/P20级为普通级，其代号可省略

精度：低高第五节滚动轴承的选择

合理选择：轴承的类型、公差等级和尺寸应选择得当

1、主要受Fr→向心轴承主要受Fa，n不高时→推力轴承同时受Fr和Fa均较大时——角接触球轴承7类（n较高时）——圆锥滚子轴承3类（n较低时）选择方法：经验法并考虑下列因素：工作载荷、转速、支承刚性、安装精度

一、选择轴承的类型Fa较大，Fr较小时3、要求n<nlim——极限转速

6、7、N——nlim较高5——nlim较低4、轴的刚性较差，轴承孔不同心——调心轴承

——深沟球轴承+推力球轴承推力角接触轴承2、n高，载荷小，旋转精度高→球轴承n低，载荷大，或冲击载荷→滚子轴承

Fr较大，Fa较小时——深沟球轴承5、便于装拆和间隙调整——内、外圈不分离的轴承6、3和7两类轴承应成对使用，对称安装7、旋转精度较高时——较高的公差等级和较小的游隙8、优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承二、滚动轴承尺寸（型号规格）的选择

根据载荷的大小、方向、性质及使用寿命要求，通过计算，选出尺寸（型号）合适的轴承

1）受轴向载荷Fa

各滚动体平均分担

2）受径向载荷Fr

上半圈滚动体不受力

——非承载区1、滚动轴承的受力情况

下半圈滚动体受力

——承载区3）角接触轴承同时受Fr和Fa

（1）角接触轴承的派生轴向力FS

FS≈1.25Frtgα

FS方向——有使内、外圈分离的趋势。故要成对使用、对称安装

（2）轴向载荷对载荷分布的影响

①当只有最下面一个滚动体受载时

②受载滚动体增多时在同样Fr作用下，派生轴向力FS↑

多个滚动体受载派生的轴向力的合力>只有一个滚动体受载时派生的轴向力

轴向力>单个滚动体受载产生的派生轴向力——多个滚动体受载的条件

结论：

1）角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在Fr和Fa的联合作用下工作，或成对使用对称安装。2）为使更多的滚动体受载应使

3）Fr不变时，Fa由最小值（一个滚动体受载）逐渐增大（即载荷角增大），则受载滚动体数↑4）实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载，∴安装3和7类轴承不能有较大的轴向窜动量。

2、滚动轴承的失效形式主要失效形式：

1）疲劳点蚀

安装润滑和维护良好滚动轴承的主要失效形式2）塑性变形

转速很低（小于10r/min）或作间歇摆动

3）磨损润滑不良、密封不严、多尘条件

计算准则：一般轴承：疲劳寿命计算（针对点蚀)

静强度计算低速或摆动轴承：只进行静强度计算高速轴承：进行疲劳寿命计算、校验极限转速3、滚动轴承的动载荷和寿命计算

1）基本概念（1）轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。（2）基本额定寿命L10

同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数Lh（3）基本额定动载荷C

基本额定寿命为一百万转（106）时轴承所能承受的恒定载荷。即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作106

转而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。（由试验得到）（4）基本额定静载荷（径向C0r，轴向C0a）：是指轴承在静止状态时与滚动体及滚道的总永久变形量相对应的径向静负荷（或中心轴向静负荷）。在设计中常用的三个基本参数：

满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr（径向）或Ca（轴向）

满足一定静强度要求的基本额定静强度C0r（径向）或C0a（轴向）各种轴承性能指标控制轴承磨损的极限转速N0。值C、C0、N0等可查有关手册。2）滚动轴承的当量动载荷P（实际计算载荷）

（1）对只能承受径向载荷Fr的轴承（N、NA轴承）P=Fr（3）同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承（2）对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）P=FaP=XFr+YFa

X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数

将轴承所受的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。换算后的载荷是一个等效的假想载荷，称为当量动载荷3）寿命校核计算公式

实验表明，基本额定寿命L与基本动载荷、当量动载荷P之间的关系为

式中：

L——基本额定寿命（单位106r）

C——基本额定动载荷（N），向心轴承Cr，推力轴承Ca

P——当量动载荷（N）

——寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3

实际计算时，用小时表示轴承寿命较方便，则可用n代表轴的转速，则上述公式可写为：

当工作t>120℃时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降

引入温度系数ft

考虑到工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，引进载荷系数fp当P、n已知，预期寿命为Lh`，则要求选取的轴承的额定动载荷为应用以上两式，可以确定轴承的寿命或和尺寸(型号)4）角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算

（1）派生轴向力大小方向

a)正装（面对面）

适合于传动零件位于两支承之间

b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端（2）实际轴向载荷Fa的确定

①轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”轴承1上的派生轴向力由S1增大到Fa+S2,阻止轴左移轴承2上的轴向力，力平衡——本身的派生轴向力

故轴承1的实际轴向载荷为②轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”

轴承2上的派生轴向力由S2增大到S1－Fa,阻止轴右移故轴承2实际所受的轴向力为轴承1实际所受的轴向力，由力的平衡条件——本身派生轴向力

结论：——实际轴向力Fa的计算方法a：分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。b：“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。c：“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力5）不稳定载荷和转速下的轴承寿命计算载荷P和转速n变化时，求平均当量转速nm和平均当量动载荷Pm

→求轴承寿命

6）不同可靠度时滚动轴承的寿命Lh

为计算不同可靠度时轴承的寿命，引入寿命修正系数a1，

1）滚动轴承的静载荷

式中：

C0——基本额定静载荷（N），向心轴承C0r，推力轴承C0a

P0——当量静载荷（N）

S0——静载荷安全系数

当轴承转速很低或作间歇摆动时，轴承的失效形式为塑性变形

4、滚动轴承的静载荷与极限转速

为保证滚动轴承不产生超过允许的塑性变形，必须满足下列条件：对于α=0°且仅受径向载荷Fr的向心滚子轴承，其径向当量静载荷为：P0r＝Fr对于α=90°且只受轴向载荷Fa的推力轴承，其轴向当量静载荷为：P0a＝Fa对于α≠0°

且只受轴向载荷Fa的向心滚子轴承，其轴向当量静载荷为：P0r=X0Fr+Y0Fa

式中：

X0——径向静载荷系数

Y0——轴向静载荷系数2）滚动轴承的极限转速nminN=f1f2N0

滚动轴承的极限转速N0是指轴承在一定的工作条件下，达到所能承受最高热平衡温度时的转速值。轴承的工作转速应低于其极限转速式中N-实际许用转速，r/min；