武理工机械设计基础A课件第14章 滚动轴承及装置设计

§14滚动轴承及装置设计

熟悉滚动轴承的类型和代号，掌握滚动轴承的寿命计算，掌握滚动轴承的组合设计。

§14-1滚动轴承的结构、类型和代号特点：摩擦阻力小、起动容易、效率高并已标准化等。一、基本结构组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。1武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@二、主要类型按照滚动体形状:

球轴承滚子轴承(圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针等)按照承受载荷的方向:

向心轴承

径向接触

α=0

向心角接触0<α≤45°

推力轴承轴向接触α=90°

推力角接触

45°<α<90°

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，简称接触角α。2武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴承名称类型代号结构简图、承载方向主要特征和应用调心球轴承10000主要承受径向载荷，同时也能承受少量的轴向载荷。因为外圈滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心滚子轴承20000能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷，承载能力大，具有调心性能。圆锥滚子轴承30000能同时承受较大的径向、轴向联合载荷，承载能力大于“7”类轴承。内外圈可分离，装拆方便，成对使用。国家标准有十二类，以滚动体形状、受载性质为主命名。3武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴承名称类型代号结构简图、承载方向主要特征和应用双列深沟球轴承40000能同时承受径向和轴向载荷。径向刚度和轴向刚度均大于深沟球轴承。推力球轴承50000

α=90°，只能承受轴向载荷，而且载荷作用线必须与轴线相重合，不允许有角偏差。有两种类型：单向--承受单向推力；双向--承受双向推力。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。深沟球轴承60000能承受很大的单向轴向载荷。4武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴承名称类型代号结构简图、承载方向主要特征和应用角接触球轴承70000C(=15°)

70000AC(=25°)70000B(=40°)能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷，承载能力大，具有调心性能。圆柱滚子轴承N0000能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷。因系线接触，内外圈只允许有极小的相对偏转。除左图所示外圈无挡边(N)结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等结构型式。滚针轴承NA0000

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，轴承极限转速低。这类轴承不允许角偏差。右图是有保持架带内圈的，也有不带内圈的。5武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@三、滚动轴承的代号

滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级和技术要求，为便于组织生产和选用，国家标准规定了滚动轴承的代号。滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。6武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@1.基本代号1)类型代号前述（右起4或5位）2）内径代号右起1-2位

3）尺寸系列代号右起3或3-4位内径d相同，D和B不同的组合2.前、后置代号轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求有改变时在基本代号左右添加的补充代号。如公差/P0（省略），/P6等，分别表示0级和6级公差7武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@33215E：圆锥滚子轴承，尺寸系列32

，

为特宽轻系列，轴承内径d=75mm，加强型，公差等级为0级7312C：角接触球轴承，尺寸系列03

，

为(窄)中系列，轴承内径d=60mm，公称接触角α=15o

，公差等级为0级。52412/P6：双向推力球轴承，尺寸系列24

，

为正常高、重系列，轴承内径d=60mm，公差等级为6级。

例：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义6206：深沟球轴承，尺寸系列02

，

为(窄)轻系列，轴承内径d=30mm，公差等级为0级8武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@

§14-2滚动轴承类型的选择

主要根据载荷性质、大小、转速高低、调心性能、空间位置的要求选择。轴承选择实例一：

1975年我校教师在哈尔滨船厂进行柴油机的组合机床加工生产线设计中，箱体与缸头多头钻设计最头痛的是挑选轴承，由于钻杆之间位置紧张，不能采用一般轴承(3类、6类、7类)，而只能用NA类(滚针轴承)，位置问题解决了，但有时又不能承受大的轴向力，这就要对整个箱体与传动进行全面规划。9武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴承选择实例二：

湖北省先进小港兰溪港，工人自己制造土吊车，由于轴承两端同心度不高，选用的又不是调心轴承，造成轴承经常破坏，后在轴的中间又加了一轴承，结果还是破坏，不知什么原因，后经我校教师指点，将轴上轴承换成调心轴承，自然解决了问题。10武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@§14-3滚动轴承的主要失效形式和设计准则一、主要失效形式

1、疲劳点蚀（一般转速）（轴承受变载荷）

2、塑性变形（低速、不回转、摆动）

3、磨损、胶合各类失效形式

疲劳点蚀→寿命计算塑性变形→静强度计算二、设计准则几个名词：轴承寿命：出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所经历的工作小时数。滚动轴承的寿命有很大的离散性，以可靠度衡量轴承寿命。可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率，称为轴承的可靠度。11武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@12武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@§14-4滚动轴承的寿命计算额定寿命：是指一批相同的轴承，在相同的使用条件下运转，其中90%的轴承不发生疲劳点蚀前所转过的总转数，或在一定转速下运转的总小时数。基本额定动负荷：轴承受某一载荷，基本额定寿命L=106转，可靠度为90%，此载荷称为基本额定动负荷，用C表示，C值可查手册。一、滚动轴承寿命计算基本公式轴承寿命与载荷有关，由负荷一寿命曲线（P-L曲线）试验表明：ε——寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/313武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@例：6305，D=62，B=17，C=17.2KN

：6205，D=52，B=15，C=10.8KN滚动轴承的寿命计算当L=1（106转）

基本额定动负荷C14武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴承寿命计算实例：

轴承寿命计算公式：。如自行车载人(载荷增加一倍)，则其上球轴承寿命仅为单人用的1/8(即一人用可用8年，而载人仅能用一年)。以上球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/315武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@滚动轴承的寿命计算二、滚动轴承的当量动负荷基本额定动负荷C是在受纯径向载荷或纯轴向载荷下得到的，实际情况下可能同时受径向载荷和轴向载荷，要与基本额定动负荷作比较，通过实验将实际工作载荷转化为当量动负荷P，在当量动负荷作用下，轴承的寿命与实际复合负荷下轴承的寿命相同。引入系数X——径向动载荷系数

Y——轴向动载荷系数

fP——动载荷系数当量动负荷P=fP(XFR+YFA)FR——径向载荷FA——轴向载荷X、Y的取值见表14-1116武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@17武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@三、角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）轴向负荷FAi计算。特点：在只承受径向负荷FR时，由于法向力方向与径向平面成一接触角，会产生内部轴向力FS，计算轴向负荷FAi时须将FS考虑进去。1、内部轴向力FS的大小及方向FS的大小：由弹性力学推导的公式计算，见表14-13。FS的方向：总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向2.轴向负荷FAi的计算

这类轴承通常成对安装，有两种安装方式，正安装（面对面，重点）和反安装（背对背）。18武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@3、轴向负荷FA的计算在图中，有两种受力情况：(1)若FS1+FA>

FS2，则轴有右移的趋势(轴承2被压紧，轴承1被放松)，由于轴承2右端已固定，轴不能向右移动，故右端盖必然会提供给轴承2一个力增量ΔFS使轴受力平衡，即FS1+FA=FS2+ΔFS，由此可知结论：放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向力以外其余轴向力的代数和。轴承1(放松端)：FAⅠ=

FS1

轴承2(压紧端)：FAⅡ=FS2+FS2

=FS1+FA(2)若FS1+FA<

FS2，则轴有左移的趋势(轴承1被压紧,轴承2被放松)，左端盖必然提供一个力增量ΔFS’使轴受力平衡，即FS1+FA+ΔFS=FS2，由此可知

轴承1(压紧端)：FAⅠ=

FS1+FS

=FS2-FA

轴承2(放松端)：FAⅡ=FS219武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@轴向负荷FA计算的方法方法一:①在图上标注全部轴向力，判断轴的运动趋势；②判断轴承是“压紧”还是“放松”；③“压紧”＝除本身内部轴向力以外其余轴向力的代数和“放松”＝本身的内部轴向力方法二:取两者中较大者

取两者中较大者

20武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@课堂练习1、图1，FR1=3600N，FR2=1800N，FA=400N，FS=FR/2Y，Y=1.8，求FA1，FA22、图2，FR1=1000N，FR2=500N，FA=300N，FS=0.7FR，求FA1，FA2FR1FR2FAFR1FR2FA图1图221武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@§14-6滚动轴承装置设计

为了保证轴承在机器中正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，也就是要解决轴的轴向位置固定、轴承与其他零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。

一、滚动轴承的轴向固定(常用下面两种固定方式)

1、两端固定式如上图所示，使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴一个的方向移动，两个支点合起来就限制了轴的双向移动，这种固定方式称为两端单向固定。它适用于工作温度变化不大的短轴，考虑到轴因受热而伸长，在轴承端盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙δ，δ=(0.2～0.3)mm。

对角接触轴承，两端单向固定有两种方式(轴承正装和反装，如下图所示)，就装拆和轴承预紧来讲，正装要好些；就轴系的强度和刚度来讲，简支轴以正装为好，外伸轴则以反装为好。22武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@2、一端固定、一端游动式这种固定方式是在两个支点中使一个支点双向固定以承受轴向力，另一个支点则可作轴向游动(如左图所示)。可作轴向游动的支点称为游动支点。这种固定方式，适用于温度变化较大的长轴。

游动端也有两种方式，当用深沟球轴承作游动支点时，应在轴承外圈与端盖间留适当间隙(如左图所示a)；当用圆柱滚子轴承作游动支点时，则轴承外圈应双向固定(如左图所示b)，以免内外圈同时移动，造成过大错位。

23武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@24武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@二、轴系位置的调整和轴承预紧

1、轴承间隙的调整轴承间隙的调整方法有：1）靠加减两端轴承盖与机座间的一组垫片的厚度进行调整(图a)；2）利用螺钉1通过轴承外圈压盖移动外圈位置进行调整(图b)，调整之后，用螺母２锁紧防松。

25武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@

2、轴承的预紧对某些可调游隙式轴承，在安装时给予一定的轴向压紧力（预紧力），使内外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度，这种方法称为轴承的预紧。预紧可利用金属垫片(图a)或磨窄套圈(图b)等方法获得，也可采用其他方法。26武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@3、轴承组合位置的调整轴承组合位置调整的目的，是使轴上的零件（如齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。如圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点重合才能保证正确啮合；又如蜗杆传动，则要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线等。图为圆锥齿轮轴承组合位置的调整，套杯与机座间的垫片组２用来调整圆锥齿轮轴的轴向位置；在方案a中，垫片组２则用来调整轴承游隙，在方案b中，轴承间隙用螺母3调整。27武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@1、滚动轴承的配合由于滚动轴承是标准件，为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合则采用基轴制。选择配合时，应考虑载荷的方向、大小和性质，以及轴承类型、转速和使用条件等因素。当外载荷方向不变时，转动套圈的配合紧一些。一般情况下是内圈随轴一起转动，外圈与座孔常取较松的过渡配合，如座孔的公差采用H7、J7或JS7。当轴承作游动支承时，外圈与座孔应取保证有间隙的配合，如座孔公差采用G7。2、轴承的装拆

设计轴承组合时，应考虑有利于轴承装拆，以便在装拆过程中不致损坏轴承和其他零件。

如图所示，若轴肩高度大于轴内圈外径时，就难以放置拆卸工具的钩头。对外圈拆卸要求也是如此，应留出拆卸高度h1(图a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔(图c)。三、滚动轴承的配合与装拆28武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@四、滚动轴承的润滑和密封1、滚动轴承的润滑

滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径；n代表轴承套圈的转速，dn值间接反应了轴颈的圆周速度，当dn＜(1.5～2)×105mm·r/min时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。

如果采用浸油润滑，则油面高度应不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。高速轴承通常采用喷油或喷雾方法润滑。

润滑和密封对滚动轴承的使用寿命具有重要意义。

润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损。滚动接触部位如能形成油膜，还有吸收振动、降低工作温度和噪声等作用。

密封目的是防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂的流失。

29武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@四、滚动轴承的润滑和密封2、滚动轴承的密封

滚动轴承密封方法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。密封方法可分两大类：接触式密封和非接触式密封。它们的密封型式、适用范围和性能，可参阅下表。密封

类型图例适用场合说明接

触

式

密

封

脂润滑。要求环境清洁，轴颈圆周速度v不大于(4～5)m/s，工作温度不超过90°C。矩形断面的毛毡圈1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。接

触

式

密

封

脂或油润滑。轴颈圆周速度v＜7m/s,工作温度范围：(40～100)°C密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有骨架，密封圈是标准件。密封唇朝里(如图)，目的是防漏油；密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质进入。30武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@密封

类型图例适用场合说明非

接

触

式

密

封

脂润滑。干燥清洁环境。靠轴与盖间的小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙δ一般取(0.1～0.3)mm。非

接

触

式

密

封脂润滑或油润滑。工作温度不高于密封用脂的滴点。这种密封效果可靠。将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫(曲路)形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分径向、轴向两种：左图为径向，间隙δ不大于(0.1～0.2)mm；右图为轴向曲路，因考虑到轴受热后会伸长，间隙应取大些，δ=(1.5～2)mm。组

合

密

封

适用于脂润滑或油润滑。这是组合密封的一种型式，甩油盘、间隙加毛毡，可充分发挥各自优点，提高密封效果。组合方式很多，不一一列举。31武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@解：其中

=3C查手册25800Nn由题给500r/min下面求P，P=fP(XFR+YFA)轴承I：FR1=2000N FA1=FA=600N查表：X=0.56 Y=1.9 fP=1.2 P1=2712N轴承Ⅱ：FR2=1500N FA2=0查表：