机械设计 课件 第11章 滚动轴承

第11章滚动轴承本章提要滚动轴承的类型、代号、特点及选择，滚动轴承的载荷分布及失效形式、寿命计算，滚动轴承的组合设计。重点：滚动轴承类型、代号选择，滚动轴承的寿命计算及组合设计11.1概述11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.3滚动轴承内部载荷分布及失效分析11.4滚动轴承的寿命计算11.5滚动轴承的静强度计算11.6滚动轴承的组合设计目录优点:1)摩擦阻力小，起动力矩小，效率高2)轴向结构紧凑3)易于润滑、维护和保养4)标准化程度高，成本低11.1概述缺点:1)抗冲击能力差2)高速重载下寿命低3)噪声、振动大4)径向尺寸大1.滚动轴承的特点2.滚动轴承的构造1)滚动轴承的组成内圈、外圈、滚动体、保持架工作中:滚动体在内、外圈滚道上滚动11.1概述2)滚动体的形状2.滚动轴承的构造11.1概述按滚动体的形状分按滚动体的列数分按公称接触角α分球轴承滚子轴承单列双列多列向心轴承推力轴承11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.2.1滚动轴承的类型公称接触角α：滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线与径向平面间的夹角11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.2.1滚动轴承的类型1)向心轴承0˚≤α≤45˚主要承受径向载荷根据α的不同，分为径向接触轴承和向心角接触轴承11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.2.1滚动轴承的类型径向接触轴承向心角接触轴承2)推力轴承45˚<α≤90˚主要承受轴向载荷根据α的不同，分为轴向接触轴承和推力角接触轴承11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.2.1滚动轴承的类型轴向接触轴承推力角接触轴承11.2.2滚动轴承的代号×(数字)×(数字)××(数字)××(数字或字母)宽度系列代号直径系列代号类型代号内径代号尺寸系列代号前置代号基本代号后置代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择1.基本代号1）类型代号0、1、2、3、4、5、6、7、8、N、NU、NA‧‧‧深沟球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承11.2.2滚动轴承的代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择相同的内径可以有不同的外径与不同的宽度2）尺寸系列代号11.2.2滚动轴承的代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择宽度系列直径系列3）内径代号11.2.2滚动轴承的代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择2)前置代号11.2.2滚动轴承的代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择3)后置代号11.2.2滚动轴承的代号11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.2.3滚动轴承的选择1.轴承载荷小——球轴承大——滚子轴承大小方向纯径向载荷—径向接触轴承径向载荷+不大轴向载荷—深沟球轴承径向载荷+较大轴向载荷—向心角接触球轴承轴向载荷>>径向载荷—选向心轴承+推力轴承组合11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择滚动轴承应在极限转速下工作，球轴承极限转速高于滚子轴承的极限转速①有较高的极限转速，在高速时应优先选用球轴承②内径相同下，外径越小，滚动体越轻，滚动体离心惯性力越小，适于更高的转速③保持架材料与结构对转速影响大，实体保持架适用于更高转速④推力轴承的极限转速均很低⑤工作转速略超过规定极限转速，可以用提高轴承的公差等级，适当加大轴承径向游隙，选用循环润滑或油雾润滑，加强对循环油冷却；工作转速超过极限转速较多，应选用特制的高速滚动轴承2.轴承转速11.2.3滚动轴承的选择11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择3.轴承调心性能轴承座孔不平行轴承座孔不同轴轴挠曲变形非调心轴承调心轴承非调心轴承调心轴承非调心轴承调心轴承11.2.3滚动轴承的选择11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择4.轴承安装和拆卸无内圈5.经济性深沟球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高，向心角接触轴承比径向接触轴承价格高

11.2.3滚动轴承的选择11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择类型——类型代号，根据载荷的大小、性质选取内径——内径代号，根据轴径选取外径宽度尺寸系列代号，根据载荷的大小、性质选取确定轴承的具体型号，进行寿命计算。11.2.3滚动轴承的选择11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择双列角接触球轴承类型代号：(0)特点：径向载荷为主，

可同时承受径向

和轴向联合载荷

及力矩载荷尺寸代号：32、33常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择调心球轴承类型代号：1、(1)特点：承受径向载荷，同

时可承受较小轴向载荷调心作用(不大于3˚)尺寸代号：(0)2、22、(0)3、23常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择调心滚子轴承类型代号：2特点：承受径向载荷，同时

可承受较小轴向载荷调心作用(不大于2.5˚)尺寸代号：03、22、23、30、

31、32、40、41常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择推力调心滚子轴承类型代号：2特点：承受轴向载荷为主的轴向、

径向联合载荷调心性能(1.5-2.5˚)尺寸代号：92、93、94常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择圆锥滚子轴承类型代号：3特点：可同时承受以径向载荷为主

的径向载荷与轴向载荷，不

宜用来承受纯轴向载荷承载能力大。尺寸系列代号：02、03、13、20、22、23、29、30、31、32常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择双列深沟球轴承类型代号：4特点：可同时承受径向载荷

和双向轴向载荷，比

深沟球轴承承载能力尺寸系列代号：2(2)、(2)3常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择推力球轴承类型代号：5特点：承受单方向的轴向载荷

极限转速较低尺寸系列代号：11、12、

13、14常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择双向推力球轴承类型代号：5特点：承受两个方向的轴向载荷极限转速较低尺寸系列代号：22、23、24常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择深沟球轴承类型代号：6、16特点：承受径向载荷为主，可承受一

定的双轴向载荷允许内圈对外圈倾斜8′~15′尺寸系列代号：17、37、18、19、(0)0、(1)0、(0)2、(0)3、(0)4常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择角接触球轴承类型代号：7特点：承受径向载荷和单向轴

向载荷或纯轴向载荷成对使用尺寸系列代号：19、(1)0、(0)2、(0)3、(0)4、常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择推力圆柱滚子轴承类型代号：8特点：承受单向轴向载荷要求轴刚度大，极

限转速低尺寸系列代号：11、12常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择外圈无挡边圆柱滚子轴承类型代号：N特点：只能承受径向载荷，

承载能力大允许轴倾角为2′~4′尺寸系列代号：10、(0)2、22、

(0)3、23、(0)4常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择类型代号：NU尺寸系列代号：10、(0)2、22、

(0)3、23、(0)4内圈无挡边圆柱滚子轴承常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择特点：只能承受径向载荷，

承载能力大允许轴倾角为2′~4′类型代号：NA特点：只能承受较大的径向载荷

径向尺寸小

极限转速低尺寸系列代号：48、49、69滚针轴承常用滚动轴承类型和特点11.2常用滚动轴承的类型、代号及选择11.3滚动轴承的内部载荷分布及失效分析1.受不偏心轴向载荷A，各滚动体受力相等11.3.1滚动轴承内部的载荷分布2.受径向载荷R或轴向载荷A+径向载荷R联合作用，各滚动体受力不相等A11.3.2滚动轴承工作时，套圈与滚动体的应力变化情况11.3滚动轴承的内部载荷分布及失效分析表面接触点受脉动循环变化滚动体与转动套圈表面接触应力变化固定套圈1.疲劳点蚀破坏点蚀机理11.3滚动轴承的内部载荷分布及失效分析11.3.3滚动轴承的失效形式2.塑性变形塑性变形机理11.3滚动轴承的内部载荷分布及失效分析11.3.3滚动轴承的失效形式3.磨损4.断裂11.3滚动轴承的内部载荷分布及失效分析11.3.3滚动轴承的失效形式套圈保持架11.4.1基本概念1.轴承的寿命单个轴承寿命离散性很大，不能代表一批轴承11.4滚动轴承的寿命计算在一定载荷作用下，轴承运转到任一滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前所经历的总转数2.基本额定寿命

对于一批同型号的滚动轴承，在一定条件下进行疲劳试验，对试验数据统计处理后，得出轴承的疲劳破坏概率与转数（寿命L）间的关系11.4.1基本概念11.4滚动轴承的寿命计算

一批同型号的轴承，在同一条件下运转，当有10%的轴承产生疲劳点蚀时（可靠度90%），轴承所经历的总转数L10（单位106转）或工作小时数L10h

（单位小时），称为滚动轴承的基本额定寿命2.基本额定寿命11.4.1基本概念11.4滚动轴承的寿命计算3.基本额定动载荷滚动轴承的基本额定寿命与其承受载荷的大小有关基本额定寿命L10=1(106r)时轴承能够承受极限载荷称为基本额定动载荷，用C表示

L10/106r0151015CP(N)11.4.1基本概念11.4

滚动轴承的寿命计算

不同型号的轴承基本额定动载荷的值不同，它反映了轴承承载能力的大小。基本额定动载荷C的特性径向接触轴承：大小和方向恒定径向载荷推力轴承：大小和方向恒定轴向载荷说明11.4.1基本概念11.4

滚动轴承的寿命计算11.4.2滚动轴承寿命计算公式

当量动载荷寿命指数球轴承ε=3滚子轴承ε=10/3寿命L10/106r0151015CP(N)11.4

滚动轴承的寿命计算11.4.2滚动轴承寿命计算公式

11.4

滚动轴承的寿命计算温度系数表11-4C为所选轴承型号的基本额定动载荷，查表得。可参考表11-5

当轴承的预期寿命取定时，可求出轴承应具有的基本额定动载荷11.4.2滚动轴承寿命计算公式

11.4

滚动轴承的寿命计算11.4.3滚动轴承的当量动载荷向心轴承大小和方向恒定径向载荷推力轴承大小和方向恒定的中心轴向载荷基本额定动载荷实际载荷当量动载荷径向载荷轴向载荷寿命相同转化转化原则计算寿命时条件不同，不方便比较11.4

滚动轴承的寿命计算径向载荷+轴向载荷1.仅能承受径向载荷的轴承圆柱滚子轴承（N0000型）和滚针轴承（NA0000型）当量动载荷径向载荷2.仅能承受轴向载荷的推力轴承推力球轴承（51000、52000型）推力圆柱滚子轴承（80000型）轴向载荷11.4.3滚动轴承的当量动载荷11.4

滚动轴承的寿命计算3.同时承受径向载荷和轴向载荷深沟球轴承（60000）调心球轴承与调心滚子轴承（10000、20000）向心角接触轴承（70000）圆锥滚子轴承（30000）当量动载荷表11-6轴向系数径向系数冲击载荷系数力矩载荷系数11.4.3滚动轴承的当量动载荷11.4

滚动轴承的寿命计算径向系数X和轴向系数Y的选择轴承类型单个轴承或串联配置面对面或背靠背配置深沟球轴承0.0140.0280.0560.190.220.261.000.562.301.991.71轴向载荷影响的判断系数是轴承的基本额定静载荷，具体数值可由轴承手册查取11.4.3滚动轴承的当量动载荷11.4

滚动轴承的寿命计算11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算1.派生轴向力11.4

滚动轴承的寿命计算计算公式圆锥滚子轴承角接触球轴承C型α=15°AC型α=25°B型α=40°S=R/(2Y)S=eRS=0.68RS=1.14R1.派生轴向力派生轴向力S的大小由其内部结构和承受的径向载荷所决定，与轴向外载荷无关11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算2.轴向力A计算正安装反安装11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算轴系外载荷轴系外载荷：FRFAM2.轴向力A计算11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算由轴系外载荷：FRFAM和结构计算支反力R1，R2和派生轴向力S1，S2R1R2S1S2122.轴向力A计算11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算R1R2S1S212若FA+S2>S1若FA+S2<S12.轴向力A计算11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算

在轴向外载荷的作用下,轴有运动的趋势,各轴承所受轴向力为：本身派生轴向力以外与其他所有轴向力的代数和中较大的值。当FA图中方向相反时取负值2.轴向力A计算11.4.4向心角接触轴承轴向力的计算11.4

滚动轴承的寿命计算11.4.5不同可靠度时的滚动轴承寿命计算寿命修正系数可靠度R/%909596979899a11.00.620.530.440.330.2111.4

滚动轴承的寿命计算11.5滚动轴承的静强度计算静止、缓慢旋转n<10r/min或短期过载的轴承滚动体、内、外圈塑性变形

失效形式基本额定静载荷C0：受最大载荷的滚动体和滚道处产生的永久变形的总和为滚动体直径的1/10000时的载荷滚动轴承的静强度计算1仅能承受径向载荷的轴承：圆柱滚子轴承（N0000型）滚针轴承（NA0000型）径向载荷2仅能承受轴向载荷的推力轴承推力球轴承（51000和52000）推力圆柱滚子轴承（80000）轴向载荷当量静载荷11.5滚动轴承的静强度计算3能同时承受径向载荷和轴向载荷深沟球轴承（60000）调心球轴承与调心滚子轴承（10000和20000）向心角接触轴承（70000）圆锥滚子轴承（30000）当量静载荷静轴向系数静径向系数滚动轴承的静强度计算11.5滚动轴承的静强度计算按静载荷选择轴承公式：安全系数滚动轴承的静强度计算11.5滚动轴承的静强度计算11.6.1滚动轴承的轴向固定每个轴承都是单向固定双支点单向固定11.6滚动轴承的组合设计适用于跨距较小（L<350mm）和温度不高（t<70℃）的轴系结构1.全固式两端单向固定

受径向载荷由两个轴承共同承担1.全固式11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计1.全固式受向右的轴向载荷由右侧轴承承担11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计1.全固式受向左的轴向载荷由左侧轴承承担11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计一对角接触球轴承一对圆锥滚子轴承向心轴承与推力轴承的组合1.全固式11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计一端是双向固定一端是游动固定端2.固游式游动端11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计受向右的轴向载荷由右侧轴承承担2.固游式11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计受向左的轴向载荷仍由右侧轴承承担2.固游式11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计常用内圈的锁紧方法1）轴用弹性挡圈锁紧2）轴端挡圈锁紧3）圆螺母和止动垫圈锁紧4）开口圆锥紧定套、止动垫圈和圆螺母锁紧11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计常用外圈的锁紧方法1）轴承端盖固定2）孔用弹性挡圈固定3）套杯台肩固定4）螺纹环固定11.6.1滚动轴承的轴向固定11.6滚动轴承的组合设计11.6.2滚动轴承的轴向位置及游隙调整锥齿轮理想啮合位置的调整11.6滚动轴承的组合设计11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧

1）滚动轴承是标准件，内孔与轴径按基孔制，外圈与轴承座孔按基轴制

2）滚动轴承回转套圈选紧配合，不回转套圈选松配合

3）当轴承受摆动载荷时，内、外套圈均选择紧配合。具体考虑——载荷类型、载荷大小、工作温度、旋转精度、结构要素、轴向位移。1.滚动轴承的配合11.6滚动轴承的组合设计定向载荷：承受回转载荷的内圈与轴应选用过渡或过盈配合摆动载荷：承受摆动载荷时，特别是在承受重负荷时，内外圈均应选用过盈配合载荷越重，配合过盈量应越大载荷类型载荷大小11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧1.滚动轴承的配合11.6滚动轴承的组合设计工作温度

轴承运转时，套圈的温度通常比相邻零件的温度高，应考虑热膨胀因素温度变化较大时，内圈应选较紧配合，外圈应选较松配合旋转精度

当对轴承的旋转精度和运转平稳性要求较高时，尽量避免采用间隙配合11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧1.滚动轴承的配合11.6滚动轴承的组合设计结构要素

如果轴或轴承箱表面形状不规则，将导致轴承内外圈的不正常变形对开式齿轮箱，与轴承外圈配合不宜采用过盈配合当轴承安装于薄壁、轻合金轴承箱或空心轴上时，为了保证轴承有足够的支承面，应选用比壁厚轴承箱、铸铁轴承箱或实心轴上所选择的配合要紧11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧1.滚动轴承的配合11.6滚动轴承的组合设计轴向位移

要求轴承套能在轴向有一定的游动量时，通常是承受固定载荷的套圈以间隙配合安装如果内、外圈无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承作为游动端时，内、外圈均可采用过盈配合11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧1.滚动轴承的配合11.6滚动轴承的组合设计2.滚动轴承的装拆手工装配装配套保护套锤击锤击11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧11.6滚动轴承的组合设计压头工作台大型轴承压装拉马拆卸机械装配手工拆卸2.滚动轴承的装拆11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧11.6滚动轴承的组合设计3.滚动轴承的预紧预紧：提高轴承旋转精度；增加轴承组合的刚性；减小振动和噪声预紧的方法1)加金属垫片11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧11.6滚动轴承的组合设计2)长短不等套筒

刚性较大3.滚动轴承的预紧11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧11.6滚动轴承的组合设计3)弹簧预紧

预紧力稳定3.滚动轴承的预紧11.6.3滚动轴承的配合、装拆与预紧11.6滚动轴承的组合设计加强筋提高刚度11.6.4支承部分刚度与同轴度11.6滚动轴承的组合设计保证同轴度一次装卡镗孔11.6.4支承部分刚度与同轴度11.6滚动轴承的组合设计11.6.5滚动轴承的润滑润滑剂的选择润滑油润滑脂固体润滑剂主要目的：减少摩擦和磨损，同时起冷却、吸振、防锈和减少噪声等作用11.6滚动轴承的组合设计润滑方式的选定润滑方式的具体选定主要根据速度因子dn确定，d为轴承内径，n为轴承转速油浴润滑飞溅润滑喷射润滑油雾润滑滴油润滑良好性11.6.5滚动轴承的润滑11.6滚动轴承的组合设计11.6.6滚动轴承的密封1.接触式密封毡圈密封皮碗密封11.6滚动轴承的组合设计密封环密封11.6.6滚动轴承的密封1.接触式密封11.6滚动轴承的组合设计2.非接触式密封油沟式密封迷宫式密封甩油环与油沟组合11.6.6滚动轴承的密封11.6滚动轴承的组合设计例题例1

图示为齿轮减速器输入轴，轴颈直径d=4