内科大机械设计基础课件第15章 滚动轴承

内圈——装在轴颈上，随轴转动外圈内圈滚动体保持架球圆柱滚子滚针常用的滚动体形状

球面滚子圆锥滚子一.滚动轴承的组成外圈——装在轴承座孔内，一般不转动滚动体——滚动轴承的核心元件保持架——将滚动体均匀隔开，避免摩擦由四种元件组成15.2.滚动轴承的组成、类型及特点缺点：抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。二.滚动轴承类型及特点①摩擦系数小，启动力矩小，效率高；②轴向尺寸（宽度）较小；③某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此可使机器结构简化、紧凑；④径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转精度高；⑤润滑简单，耗油量少，维护保养简便；⑥标准件，易于互换等优点，所以获得广泛应用。优点：1）滚动轴承的主要性能参数

轴承的公称接触角α——滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角。反映轴承承受轴向载荷的能力，α越大，轴承承受轴向载荷的能力越强。轴承的极限转速nlim

>

轴承的工作转速nα轴承内外圈轴线相对偏斜角θ——反映轴承自动调心的能力。调心轴承简图调心球轴承θ按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为以下几种

二．滚动轴承分类ααα轴承类型公称接触角α向心轴承(主要承受径向负荷FR)推力轴承(主要承受轴向负荷FA)径向接触向心角接触推力角接触轴向接触α=0000<α≤450450<α<900α=900图例三．滚动轴承的主要类型和特点类型代号：（10000）承载类型——主承径向负荷FR也能承受少量的双向轴向负荷FA，FRFAFAFRFAFA1.调心球轴承承载类型——主承径向负荷FR

，也能承受少量的双向轴向负荷FA特点——具有调心性能，θ=20~302.调心滚子轴承特点——具有调心性能，θ=0.50~20

类型代号：（20000）承载类型——能承受较大的径向负荷FR

和单向的轴向负荷FA。FRFA结构特点：内外圈可分离,公称接触角有

120，260,α越大，承轴向载荷的能力就越大。3.推力调心滚子轴承类型代号：（29000）承载类型——可承很大的轴向负荷FA

和一定径向负荷FR特点——具有调心性能，θ=20~304.圆锥滚子轴承使用要求：成对使用类型代号：（30000）FAFRFRα松圈松圈5.推力球轴承51000——单向推力球轴承，只能受单向FA类型代号：（50000）52000——双向推力球轴承，能受双向FAFA5100052000紧圈结构特点：由紧圈（内孔较小，装在轴上）松圈（内孔较大，装在机座上）和滚动体组成，套圈与滚动体可分离。承载类型——只能受轴向负荷FA松圈紧圈滚动体FAFA极限转速——低6.深沟球轴承

承载类型——能同时承受径向负荷FR与单向轴向负荷FAFRFAFAFRFA承载类型——主要承受径向负荷FR，也可同时承受少量双向轴向负荷FA类型代号：（60000）极限转速——高7.角接触球轴承类型代号：（70000）结构特点：公称接触角有150，250，400α越大，承轴向载荷的能力就越大。使用要求：成对使用α8.圆柱滚子轴承FR（N0000）（NN0000）承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。结构特点：内外圈可分离类型代号：外圈无挡边圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承FRN0000NN0000FRNA00009.滚针轴承类型代号：（NA0000）结构特点：内外圈可分离，可以没有保持架承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。一）轴承代号组成——由基本代号、前置代号构成。第三节滚动轴承的代号轴承代号前置代号

后置代号

×××××

类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号结构形状、尺寸公差技术要求

成套分轴承部件基本代号

二．滚动轴承的尺寸及性能参数轴承内径d——轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是轴承公称直径；Dd轴承宽度B——

轴承两端面之间的轴向距离。

滚动轴承的主要尺寸轴承外径D——

轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；B×××××

类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号二.基本代号

圆锥滚子轴承:3推力球轴承:5深沟球轴承:6角接触球轴承:7圆柱滚子轴承:N窄:0正常:1宽:2特低：7低：9正常：1（单向）正常：2（双向）轻：2中：3重：4特宽：3特宽：4特宽：5特宽：6d<20mm的轴承d=10mm代号：00d=12mm代号：01d=15mm代号：02d=17mm代号：03d=20mm～480mm的轴承d为：22、28、32及d>500mm以上轴承代号：/内径毫米表示特轻：0特轻：1调心球轴承

:1调心滚子轴承:2推力调心滚子轴承

:29滚针轴承:NA尺寸系列代号表示方法

直径系列代号尺寸系列代号向心轴承宽度系列代号推力轴承高度系列代号0（窄）1（正常）2（宽）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）2（轻）3（中）4（重）021222031323041424729212227393132374941424向心轴承中直径系列正常宽度系列如：尺寸系列代号为：13双向推力轴承轻直径系列正常高度系列如：尺寸系列代号为：222213d02031324DDDBBBB表示同一公称内径d的轴承，其外径D和宽度B的变化情况轴承尺寸系列的含义轻窄系列中窄系列中宽系列重宽系列三）后置代号后置代号12345678内部结构

密封与防尘套圈变型

保持架及材料轴承材料公差等级

游隙配置其他C：角接触球轴承，α=150

AC：角接触球轴承，α=250

B：角接触球轴承，α=400

B：圆锥滚子轴承，接触角加大E：加强型/P0：0级（省略不标）/P6：6级/P6X：6X级/P5：5级/P4：4级/P2：2级6（0）2

06

（/P0）3

32

15

E（/P0）公差等级为0级加强型轴承内径d=75mm尺寸系列32,为特宽轻系列圆锥滚子轴承解答：轴承内径d=30mm尺寸系列（0）2,为窄轻系列深沟球轴承公差等级为0级例10-1

试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。7（0）3

12

C（/P0）5

14

10

/P6公差等级为6级轴承内径d=50mm尺寸系列14,为正常高度、重系列单向推力求轴承轴承内径d=60mm尺寸系列（0）3,为窄中系列角接触球轴承公差等级为0级α=150第四节滚动轴承类型的选择承轻、中及较小波动载荷的场合——选球轴承承重及较大波动的载荷的场合——选滚子轴承一）根据轴承所受的载荷选载荷的大小、性质载荷的方向深沟轴承（6类）圆柱滚子轴承（N类）及滚针轴承（NA类）纯径向负荷可选用纯轴向负荷——可选用推力轴承（5类）同时受径向负荷和轴向负荷时径向负荷为主——可用深沟球轴承（6类）径向负荷，轴向负荷都很大角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）可用推力调心滚子轴承（29类）也可用圆柱滚子N类（或深沟球轴承6类）与推力轴承（5类）联合使用。轴向负荷很大径向负荷较小转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时——宜选用球轴承转速较低、负荷较大或有冲击载荷时——宜选用滚子轴承二）轴承的转速

当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用调心球轴承或调心滚子轴承。三）调心性能的要求四）安装和拆卸方便

一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。

当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内外圈可分离的轴承五）考虑经济性1．疲劳点蚀滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。二.滚动轴承的失效形式及计算准则一）失效形式2．塑性变形转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，以致表面出现塑性变形（凹坑），运转精度降低，并会出现振动和噪声而不能正常工作

3．磨损在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作时易发生磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。

外圈胶合内圈点蚀内圈断裂内圈深度点蚀对一般工作条件下的回转滚动轴承——经常发生点蚀，主要进行寿命计算，必要时进行静强度校核；对于不转动、摆动或转速低（n≦10r/min）的轴承，要求控制塑性变形，只需进行静强度计算；对于高速轴承——由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常常是突出的矛盾，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。二）计算准则1．轴承的寿命：轴承在运转时，滚动体或滚道出现疲劳点蚀前所经历的总的转数（以106r为单位）或工作小时数。2．可靠度：同一条件下，一组统一型号的轴承能达到或超过某一规定寿命的百分率，称为轴承寿命的可靠度3．基本额定寿命L10

一批相同型号的轴承，在相同运转条件下，其中有10%的轴承出现疲劳点蚀时，轴承所经历的转数为该批轴承的基本额定寿命L10.

物理意义：表示轴承达到基本额定寿命时，出现疲劳点蚀的概率为10%。4．基本额定动载荷C

使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载最大荷为基本额定动载荷，用字母C表示。①C反映了轴承承载能力的大小，即承受外载荷的极限值（不同型号轴承的C不同，C值查标准，C是通过大量的试验确定）。②C的确定（与外载荷性质有关）对向心轴承：指的是纯径向载荷，径向基本额定动载荷Cr；对推力轴承：指的是纯轴向载荷，轴向基本额定动载荷Ca；对向心推力轴承：指的是使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。③确定C的试验条件内圈旋转、外圈固定，寿命为106r，不发生点蚀破坏的概率为90%、载荷平稳，正常温度t=1250C。2滚动轴承的当量动载荷1、定义为了计算轴承寿命，须将实际载荷换算成当量动载荷P，它是一个与实际载荷效果相当的假想载荷（在P作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下相同）。2、当量动载荷P的确定①对于向心轴承“N”、“NA”，P=Fr

②对于推力轴承“5”，P=Fa

③对于“3”、“7”类向心推力轴承及“6”类深沟球轴承、调心轴承如“1”、“2”等，

式中X、Y分别为径向、轴向动载荷系数。

3滚动轴承寿命的计算公式基本额定动载荷C的轴承P当量动载荷。式中ε为试验常数，对于球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3；公式的物理意义：已知型号的轴承，在一定工作条件下的实际寿命。

考虑到及其工作室的震动、冲击对轴承寿命的影响引入载荷系数fP,工作温度高于120°C，基本额定动载荷降低，引入温度系数fT，修正的寿命公式为4向心推力轴承的载荷计算Fr1、Fr2为外界作用到轴上的径向力Fr在各轴承上产生的径向载荷，Fa的确定：对深沟球轴承“6”、调心球轴承“1”和调心滚子轴承“2”：

Fa=A（A外界作用到轴上的轴向作用力）对于向心推力轴承“3”和“7”类，应考虑A和派生轴向力S及一对轴承的布置方式来确定Fa。

1．Fr1、Fr2的确定根据力的径向平衡条件，当Fr的大小、作用点已知时，Fr1、Fr2可确定。2．Fa的确定

方法：①确定轴承派生轴向力的大小、方向S1、S2；

S大小的确定，参考表11.9。

S方向的确定：始终指向外圈厚度较小的一边。②根据A及S的大小和方向，确定轴上合力的指向，然后判断哪个轴承被压紧，哪个轴承被放松。③正装合力指向一段为紧端，反装合力指向一端为。小结：先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判定被“放松”或被“压紧”的轴承；然后确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力，被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力的代数和。

3．P的确定取P=Pmax(P1，P2)

4．轴承的压力中心对“6”类深沟球轴承，支点在轴承宽度中点；对向心推力轴承，支点在压力中心；

当一对向心推力轴承处于两支点时，应根据载荷的作用位置进行刚性分析。载荷作用于两轴承之间时，面对面安装方案的刚性好；当载荷作用在两轴承外侧（悬臂端）时，背对背安装方案刚性较好。15.4.3滚动轴承的静强度计算

对于转速很低（10r/min）、基本不转或摆动的轴承，其主要失效形式是塑性变形，因此，应按静强度选择轴承尺寸。对于虽然转速较高但承受重载或冲击载荷的轴承，除必须进行寿命计算外，还应进行静强度校核计算。⒈基本额定静载荷基本额定静载荷是指承受最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时的载荷：调心球轴承—4600ＭPa，所有其它型号的球轴承—4200ＭPa，所有滚子轴承—4000ＭPa。基本额定静载荷对于向心轴承为径向额定静载荷Cor，对于推力轴承为轴向额定静载荷Coa。各类轴承Co的值可由轴承标准中查得。⒉当量静载荷当轴承同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa作用时，应折合成一个当量静载荷P0，

P0＝X0Fr＋Y0Fa

式中，X0和Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，见表15-14。若计算出的P0＜Fr，则应取P0＝Fr。对只受径向载荷作用的向心轴承

P0＝Fr

对只受轴向载荷作用的推力轴承

P0＝Fa⒊静强度计算静强度计算公式为式中，S0为静强度安全系数，按表15-15确定，C0为基本额定静载荷，单位为N，P0为当量静载荷，单位为N。例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈d0=30-35mm；齿轮分度圆直径d=45mm，Ft=3000N，Fre=1200N，A=900N；n=385rpm，中等冲击载荷；计算轴承寿命。1.计算径向载荷垂直面支反力

RVI=397.5N，RV2=802.5N

水平面支反力RH1=RH2=1500H解：选取轴承型号“3206”C=24.8kN，e=0.36，Y=1.75050Rv1Rv2

RH1

RH2Fre

AFtFre

AFt则径向载荷Fr1=R1=1552N，Fr2=R2=1701N

轴承放松：Fa1=S1=456N轴承压紧：Fa2=A+S1=1356N3.计算当量动载荷R1R2A=900NS1S2P1=Fr1=1552NP2=X

Fr2+YFa2=0.41701+1.71356=2985.3N2.计算轴向载荷由手册选轴承型号“3206”C=24.8kN，e=0.36，Y=1.74.计算寿命4．（12分）如图3所示，在某轴的两端反装一对型号为7208B的轴承。已知两轴承的径向载荷Frl=6000N，Fr2=4000N，轴上的轴向载荷Ka=1800N，方向如图。试求：1）两轴承内部轴向力S1、S2的大小，并在图中画出其方向；（3分）图32）两轴承的轴向载荷Fa1、Fa2（4分）；3）两轴承的当量动载荷P1、P2（3分）；4）哪个轴承的寿命短（2分）？（提示：70000B：1、内部轴向力S=1.14Fr2、e=1.14，当Fa/Fr≤e时，X=1，Y=0；当Fa/Fr＞e时，X=0.35，Y=0.57，（1）S1=1.14Fr1=1.14×6000=6840NS2=1.14Fr2=1.14×4000=4560NS1+ka=6840+1800=8640＞S2=45601放松2压紧Fa1=S1=6840NFa2=S1+ka=6840+1800=8640NFa1/Fr1=2760/6000=0.46＜1.14x1=1y1=0Fa2/Fr2=4560/4000=1.14=ex2=1y2=0P1=X1Fr1+Y1×Fa1=1×6000+0×6840=6000P2=X2Fr2+Y2×Fa2=1×4000+0×8640=4000图3s1s2

例-2:

如图，一对角接触球轴承正装，已知轴颈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L'h=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，则派生力为

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

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e=0.68，而查得X1=0.41，Y1=0.87；X2=1，Y2=0。则当量动载荷为3）计算所需的当量动载荷。查得fP=1.5，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。§15-5滚动轴承的组合设计15.5.1轴承内外圈的轴向固定方法

为了防止轴承在承受轴向负荷时相对于轴或座孔产生轴向位移，轴承内圈与轴、轴承外圈与座孔必须进行轴向固定，其固定方式及特点分别列于表15-16、表15-17。15.5.2轴承组的轴向固定⒈两端固定如图15-28所示为两端固定的支承结构，两轴承均利用轴肩固定内圈，端盖固定外圈，两端轴承各限制轴一个方向的轴向移动。两个支点合起来就限制了轴的双向移动。考虑到温度升高后轴的膨胀伸长，对径向轴承，在轴承外圈与轴承端盖之间留出c=0.2～0.3mm的轴向间隙来补偿；对于角接触球轴承和圆锥滚子轴承，轴的热伸长量可由轴承的游隙补偿。这种固定方式结构简单，安装方便，适用于温差不大的短轴（跨距L≤350mm）。⒉一端固定一端游动如图15-29所示为一端固定一端游动的支承结构，这种固定方法是一个支点的轴承双向固定，而另一个支点的轴承可以轴向游动。固定支点轴承的内外圈均作双向固定，以承受双向轴向载荷；游动支点轴承的内圈作双向固定，而外圈与座孔间采用间隙配合，以便当轴受热膨胀时，能在孔中自由游动若选用深沟球轴承作为游动支承时，应在轴承外圈与端盖间留适当间隙；若选用外圈无挡边的可分离型轴承作为游动支承时如图15-29b所示，依靠轴承本身具有内外圈可分离的特性达到游动目的。这种固定方式适用于跨度大工作温度较高的轴。15.5.3轴承组合的轴向调整⒈轴承间隙的调整轴承间隙调整的常用方法有：⑴调整垫片如图15-28所示；⑵调整环如图15-30a所示；⑶调节螺钉如图15-30b所示

如图15-32所示为圆锥齿轮轴承组合位置的调整方式，通过改变套杯与箱体间垫片1的厚度，使套杯作轴向移动，以调整锥齿轮的轴向位置，垫片2则用来调整轴承间隙。15.5.4滚动轴承的预紧

滚动轴承的预紧是指在轴承安装时，采取某种结构措施，使滚动体和内、外圈接触处受到轴向压紧力作用，并使之产生弹性预变形。预紧的目的在于提高轴承的刚度和旋转精度。成对并列使用的圆锥滚子轴承、角接触球轴承，对旋转精