机械设计基础与项目实践 课件 模块8 滚动轴承的选型设计

任务1选择滚动轴承的类型任务2计算滚动轴承的寿命任务3设计滚动轴承的支承结构工作任务学习目标熟悉常见型号滚动轴承各自的特点与应用场合掌握滚动轴承代号一般的标注方法掌握依据滚动轴承的寿命计算选择轴承型号掌握滚动轴承支承结构的设计方法第八模块

滚动轴承的设计滚动轴承图8-1滚动轴承8.0

预备知识8.0.1滚动轴承的功用8.0.2滚动轴承的构造8.0.3滚动轴承的材料8.0.1滚动轴承的功用

轴承的功用是支承轴和轴上零件，使其回转并保持一定的旋转精度，减少相对回转零件间的摩擦和磨损8.0.2滚动轴承的构造

滚动轴承的基本构造如图所示，它由内圈、外圈、滚动体、保持架四种基本元件组成。

内圈装在轴颈上，外圈和轴承座孔配合。内外圈工作表面均有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体沿滚道滚动。保持架使滚动体均匀分开，互不接触，以避免滚动体间的碰撞与磨损。一般情况下，当轴转动时，内圈与轴一起转动，而外圈不动。1—内圈2—外圈3—滚动体4—保持架图8-2滚动轴承的基本构造8.0.3滚动轴承的材料

动轴承内、外圈及滚动体采用耐磨性好、接触疲劳强度高的滚动轴承钢（如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等）制造，经热处理后，硬度可达到61~65HRC，工作表面需磨削、抛光。保持架一般用低碳钢冲压后经铆接或焊接而成，也有用有色金属或塑料。

8.1任务1

选择滚动轴承的类型8.1.1滚动轴承的类型8.1.2滚动轴承的代号8.1.3选择滚动轴承类型的依据8.1.4选择冲床传动系统中滚动轴承的类型8.1.1滚动轴承的类型

滚动轴承按滚动体形状的不同，可分为球轴承和滚子轴承，如图8-3所示。滚子形状有圆柱、圆锥、球面和滚针等。

(a)球(b)圆柱滚子(c)圆锥滚子(d)球面滚子(e)滚针图8-3常用的滚动体表8-1轴承按接触角分类表按能否调心，可分为调心轴承和非调心轴承。调心轴承的外圈滚道是球面形的，能适应两滚道轴线间的角偏差。标准中，不同类型的轴承用不同的数字或字母表示，表8-2列出了工程中常见的滚动轴承的名称、代号及特性，便于对轴承的选用和使用。表8-2常用滚动轴承的类型、代号及特性8.1.2滚动轴承的代号GB/T272-1993规定了滚动轴承代号以表示各类轴承的结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征，并将代号打印在轴承端面，以便于组织生产和设计时的选用。

滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号三部分构成，其意义如表8-3所示。表8-3滚动轴承的代号其中，前置、后置代号是轴承在结构形式、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号前后添加的补充代号。所以，常用的轴承用基本代号就能清楚地反映出它的结构、尺寸、公差等级等要求。1.基本代号基本代号是核心部分，共五位，由类型代号、尺寸系列代号、内径代号所组成。（1）内径代号

右起第1、2位数字是内径代号，它表示轴承的内径尺寸。如表8-4所示。（2）尺寸系列代号

由直径系列代号和宽（高）度系列代号组成，见表8-5所示。右起第3位是直径系列代号，表示同一内径而不同的外径尺寸系列。右起第4位数字是宽（高）度系列代号。表示同一内径和外径而宽（高）度不同的尺寸系列。当轴承的宽度系列代号是“0”时，往往可以省略不写。直径系列向心轴承推力轴承宽度系列代号高度系列代号801234567912宽度尺寸以此递增高度尺寸以此递增尺寸系列代号外径尺寸依次递增7——17—37———————8—08182838485868————9—09192939495969————0—00102030405060709010—1—01112131415161719111—282021222324252627292122238303132333———739313234—04—24————749414245—————————95——表8-5滚动轴承的尺寸系列代号（3）类型代号

右起第5位数字表示轴承的类型，见表8-2所示。2.前置代号

前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。如用L表示可分离轴承的套圈；K表示滚动体与保持架组件等等。例如LN207中的L表示可分离轴承的内圈或外圈。3.后置代号后置代号是轴承在结构形状、尺寸公差、技术要求等方面有改变时，在基本代号后面的补充代号，用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等内容，常用的后置代号如下：（1）内部结构代号

是表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。如：对于角接触球轴承，用C，AC和B分别表示接触角为15°，25°和40°。（2）公差等级代号

滚动轴承公差共分六个精度等级，为/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、和/P0，依次由高到低，6X级仅适用于圆锥滚子轴承，0级为普通级，在轴承代号中不标出。（3）游隙代号

轴承内、外圈之间的位移量称为游隙。游隙按大小分组，有小到大以此有/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5，共6个组别。/C0是常用游隙组，在轴承代号中可不标出。公差等级代号和游隙代号同时标注时，可省去后者字母，如/P6，/C3，应标注为/P63。例：7214C/P47——角接触球轴承；2——直径系列；14——内径为70mm；

C——公称接触角α=15°；/P4——公差等级为4级。8.1.3选择滚动轴承类型的依据选择滚动轴承时先选择类型，再选择尺寸。正确选择滚动轴承类型时应考虑的主要因素有：1.载荷条件轴承所受的载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。1）载荷方向承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；承受纯轴向载荷时，可选用推力轴承；同时承受径向和轴向载荷时，选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。特殊地，当轴向载荷不大时，也可选用深沟球轴承；当径向和轴向载荷都较大时，选用向心轴承和推力轴承的组合。2）载荷的大小中小载荷及载荷波动较小时，采用球轴承；承受较大载荷时，采用滚子轴承。3）载荷的性质有冲击载荷时宜选用滚子轴承。2．转速条件转速较高，宜选用球轴承；转速较低，宜选用滚子轴承。3．调心性能当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力弯曲或倾斜时，会造成轴承的内、外圈轴线发生偏斜。这时，应采用有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。对于支点跨距大、轴的弯曲变形大或多支点轴，也可考虑选用调心轴承。4．安装调试性能当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承（如圆柱滚子轴承，滚针轴承、圆锥滚子轴承等）。当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1:12的圆锥孔的轴承。5．经济性要求一般滚子轴承比球轴承价格高，深沟球轴承价格最低，常被应优先选用。轴承精度愈高，则价格愈高，若无特殊要求，一般选用0级。8.1.4选择冲床传动系统中滚动轴承的类型在冲床传动系统中齿轮减速箱的承受载荷平稳，所设计的轴上零件均为渐开线标准直齿圆柱齿轮，只受径向载荷的作用。8.2任务2

计算滚动轴承的寿命8.2.1滚动轴承寿命计算的依据8.2.2滚动轴承寿命计算中的几个基本概念8.2.3滚动轴承的寿命计算8.2.4计算冲床传动系统中滚动轴承的寿命8.2.1滚动轴承寿命计算的依据1.滚动轴承的工作情况分析

图8-4滚动体的载荷分布2.滚动轴承的的失效形式滚动轴承的主要失效形式有以下几种：1）疲劳点蚀

轴承工作时，滚动体和套圈的接触处受循环变化的脉动接触应力。工作一段时间后，接触表面就会产生疲劳点蚀。点蚀使轴承产生振动、噪音，运转精度降低。2）塑性变形

低速轴承（n＜10r/min）或间歇摆动的轴承，在过大的冲击或静载荷作用下，滚道和滚动体出现永久的塑性变形，当变形量超过一定界限便不能正常工作。3）磨损

在密封、润滑不良条件下工作，会使轴承过度磨损而失效。3.滚动轴承的设计准则在选择轴承时，应针对这几种失效形式进行适当计算：1）一般工作条件的回转滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，应进行轴承寿命计算，即按基本额定动载荷进行计算。2）低速和摆动轴承或受冲击载荷、重载的轴承，其主要失效形式是塑性变形，进行静强度计算，即按基本额定静载荷进行计算。3）对于高速轴承，其主要失效形式是磨损、烧伤等，除了需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。8.2.2滚动轴承寿命计算中的几个基本概念

表8-5径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y8.2.3滚动轴承寿命计算通过大量实验证明，滚动轴承载荷与寿命的关系曲线如图8-5所示。图8-5轴承的载荷—寿命曲线

8.2.4计算冲床传动系统中滚动轴承的寿命

设计步骤如下：8.3任务3

设计滚动轴承的支承结构8.3.1常用滚动轴承的支承结构8.3.2设计滚动轴承支承结构时应考虑的几个问题8.3.3设计冲床传动系统中滚动轴承的支承结构8.3.1常用滚动轴承的支承结构1.滚动轴承内圈的定位和固定图8-6为轴承内圈轴向固定的常用方法。轴承内圈的一端常用定位轴肩来固定，另一端的固定可根据轴向力的大小，选用轴用弹性挡圈（图a）、轴端挡圈（图b）、圆螺母（图c）等固定形式。(a)轴用弹性挡圈(b)轴端挡圈(c)圆螺母(a)(b)(c)图8-6轴承内圈的轴向固定2.滚动轴承外圈的定位和固定轴承外圈轴向位置的固定可以是单向固定，也可以是双向固定。常采用轴承端盖（图a）、孔用弹性挡圈、座孔凸肩（图b）、止动环（图c）等结构措施。(a)(b)(c)(a)轴承端盖(b)孔用弹性挡圈、座孔凸肩(c)止动环图8-8轴承外圈的轴向固定3.常用滚动轴承支承结构型式及其选择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。滚动轴承的支承结构应考虑轴在机器中的正确位置，防止轴向窜动及轴受热伸长后将轴卡死等因素。滚动轴承的支承结构主要分为以下两类。1）两端固定两端固定的结构型式中，每个支点的轴承限制轴的单向移动，合起来就限制了轴的双向移动,如图8-9所示。这种支承结构简单、安装调整方便，它适合于工作温度变化不大的短轴（跨距L≤400mm）。图8-9两端固定2）一端固定、一端游动一端固定、一端游动的结构型式中，一个支点处的轴承双向固定，另一个轴承可以轴向游动。图8-10所示。这种固定方式适用于轴的工作温度变化较大和跨距较大（L＞350mm）的场合。图8-10一端固定、一端游动a）b）3）两端游动两个支承都采用外圈无挡边的圆柱滚子轴承，轴承的内、外圈各边都要求固定，以保证轴能在轴承外圈的内表面作轴向游动，如图8-11所示。如支承人字齿轮的轴系部件就采用两端游动的结构型式。图8-11两端游动8.3.2设计滚动轴承支承结构时应考虑的几个问题1.滚动轴承支承的调整（1）轴承的轴向间隙的调整

通常采用调整垫片组，在装配的时候，在轴承端盖与机座之间安装调整垫片，通过增减垫片的厚度来调整轴承的轴向间隙。图8-9所示。（2）轴系的轴向位置的调整

某些传动零件在安装时要求处于准确的轴向工作位置，才能保证正确啮合。图8-12所示为小锥齿轮轴，为便于齿轮轴向位置的调整，采用了套杯结构。左图中轴承正装，有两组调整垫片。套杯与轴承座之间的垫片用来调整锥齿轮的轴向位置，而轴承盖与套杯之间的垫片是用来调整轴承的游隙。右图中轴承反装，齿轮轴向位置的调整方法与左图相同，轴承的游隙靠圆螺母调整，而轴承盖与套杯之间的垫片只起密封作用。2.滚动轴承的装拆1）滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，其内圈与轴颈的配合采用基孔制，常选的公差代号为n6、m6、k6、js6；轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制，常选的公差代号为G7、H7、J7、M7。标注轴承配合时，只需标注轴颈直径及轴承孔直径的公差符号，如图8-13所示。2）滚动轴承的装拆由于滚动轴承的配合通常较紧，为便于装配，防止损坏轴承，应采取合理的装配方法保证装配质量，组合设计时也应采取相应措施。安装轴承时，大轴承可采用压力机在内圈上施加压力将轴承压套在轴颈上，如图8-14a）所示，对于中小型轴承可采用手锤轻而均匀地敲击配合套圈装入，如图8-14b）所示，尺寸大且配合紧的轴承可将孔件加热膨胀后再进行装配。需注意的是，力应施加在被装配的套圈上，否则会损伤轴承。拆卸轴承时，可采用专用的拆卸工具，如图8-15所示。图8-14轴承的装配

图8-15轴承的拆卸3.滚动轴承的润滑滚动轴承润滑的目的除了减少轴承摩擦、磨损外，同时也有冷却、吸震、防锈和减少噪声的作用。滚动轴承常用的润滑方式有润滑脂润滑和润滑油润滑两类，通常根据速度因数dn值来选择，见表8-7。（d为轴承内径，mm；n为轴承的工作转速）表8-7滚动轴承润滑方式的选择1）润滑脂润滑脂润滑的特点是润滑脂不易流失、便于密封和维护、一次填充可运转较长时间且油膜强度高、承载能力强；缺点是摩擦系数大，散热效果差。因此装填润滑脂时一般不超过轴承空隙的1/3~1/2，以免因润滑脂过多而引起轴承发热，影响轴承正常工作。2）润滑油润滑

在高速和温度较高场合工作的滚动轴承，应优