机械设计基础--第12章滚动轴承1

1、第第1212章章 滚动轴承滚动轴承 12.1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点 12.2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号 12.3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算 12.4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封 12.5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 12.6 滚动轴承的公差与配合滚动轴承的公差与配合 12-1 12-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点 各零件的作用：各零件的作用： 外圈：外圈：支撑零件或轴系；支撑零件或轴系； 保持架保持架: : 将滚动体分开。将滚动体分开。 内圈：内圈：支撑轴；支撑轴； 滚动体：滚动体：滑动滑动滚动；滚动；

2、硬度和接触疲劳强度硬度和接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性、耐磨性和冲击韧性。用含用含 铬合金钢制造，经热处理后硬度达：铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工。工 作表面需经磨削或抛光。作表面需经磨削或抛光。 滚动轴承的组成：滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体（必不可少）、外圈、内圈、滚动体（必不可少）、 保持架。保持架。 滚动副的材料要求：滚动副的材料要求： 优点：优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 易于互换等易于互换等。 缺点：缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音抗冲击能力差、高速时出现噪音。 滚动轴承滚动轴承 标准化标准化。 设计

3、人员的主要任务是设计人员的主要任务是: : 熟悉标准，正确选用。熟悉标准，正确选用。 *接触角：接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承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。轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角。 接触角接触角 轴向承载能力轴向承载能力 保持架：低碳钢，高速轴承：有色金属或塑料。保持架：低碳钢，高速轴承：有色金属或塑料。 = = 0 表表12-1 各类轴承的公称接触角各类轴承的公称接触角 轴承类型轴承类型 公称接触角公称接触角 向心轴承向心轴承主要承受径向载荷推力轴承推力轴承主要承受轴向载荷 径向接触径向接触角接触角接触轴向接触轴向接触

4、角接触角接触 0 4545 = 9= 90 45 9090 轴承轴承 类型类型 按载荷按载荷 方向分方向分 按滚动体按滚动体 形状分形状分 向心轴承向心轴承 推力轴承推力轴承 圆柱滚子圆柱滚子 圆锥滚子圆锥滚子 球面滚子球面滚子 滚针滚针 球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承 分类：分类： 表表12-2 12-2 滚动轴承的主要类型和特性滚动轴承的主要类型和特性 调心滚调心滚 子轴承子轴承 20000 （旧（旧3类）类） 低低0.5 2 能承受很大的径向载能承受很大的径向载 荷和少量轴向载荷。荷和少量轴向载荷。 承载能力大，具有调承载能力大，具有调 心性能。心性能。 圆锥滚圆锥滚 子轴承子轴承 30

5、000 （旧（旧7类）类） 中中2 能同时承受较大的径能同时承受较大的径 向、轴向联合载荷。向、轴向联合载荷。 因线性接触，承载能因线性接触，承载能 力大，内外圈可分离，力大，内外圈可分离， 装拆方便，成对使用。装拆方便，成对使用。 调心球轴承调心球轴承 10000 （旧（旧1类）类） 中中2 3 主要承受径向载荷，主要承受径向载荷， 同时也能承受少量轴同时也能承受少量轴 向载荷。因为外圈滚向载荷。因为外圈滚 道表面是以轴承中点道表面是以轴承中点 为中心的球面，故能为中心的球面，故能 调心。调心。 轴承名称轴承名称 类型及代号类型及代号 结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速允许角

6、偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用 推力球轴承推力球轴承 50000 （旧（旧8类）类） 低低不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线 必需与轴线重合。分为单、双必需与轴线重合。分为单、双 向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离 心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热 严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向 载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。a)单向单向 表表12-2 12-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称轴承名称 类型及代号类型及代号 结构简图结构简图 承载方向承载

7、方向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用 低低 不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线 必需与轴线重合。分为单、双必需与轴线重合。分为单、双 向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离 心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热 严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向 载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。 b)双向双向 角接触角接触 球轴承球轴承 70000C(=15=15 ) 70000AC(=25=25 ) 70000B(=40=40 ) （旧（旧6类）类） 较高较高210 能同时承受较大能

8、同时承受较大 的径向、轴向联的径向、轴向联 合载荷。合载荷。 越大，越大， 承载能力越大，承载能力越大， 有三种规格。成有三种规格。成 对使用。对使用。 深沟球轴承深沟球轴承 60000 （旧（旧0类）类） 高高816 能同时承受径向、能同时承受径向、 轴向联合载荷。允轴向联合载荷。允 许极限转速高，应许极限转速高，应 用广泛。用广泛。 表表12-2 12-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称轴承名称 类型及代号类型及代号 结构简图结构简图 承载方向承载方向 极限转速极限转速 允许允许 角偏差角偏差 主要特性和应用主要特性和应用 推力圆柱推力圆柱 滚子轴承

9、滚子轴承 80000 低低 不允许不允许 能承受很大的单向能承受很大的单向 轴向载荷。轴向载荷。 圆柱滚圆柱滚 子轴承子轴承 N0000 （旧（旧2类）类） 较高较高24 能承受较大的径向载荷。能承受较大的径向载荷。 因线接触，内外圈只允因线接触，内外圈只允 许有小的相对偏转。外许有小的相对偏转。外 圈可分离。除圈可分离。除U结构外，结构外， 还有内圈无挡边还有内圈无挡边(NU)、 外圈单挡边外圈单挡边(NF)、内圈、内圈 单挡边单挡边(NJ)等型式。等型式。 滚针轴承滚针轴承 NA0000 RNA0000 （旧（旧4类）类） 低低 只能承受径向载荷。承只能承受径向载荷。承 载能力大，径向尺寸

10、特载能力大，径向尺寸特 小。一般无保持架，因小。一般无保持架，因 而滚针间有摩擦，极限而滚针间有摩擦，极限 转速低。转速低。 不允许不允许 a) b) 表表12-2 12-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称、轴承名称、 类型及代号类型及代号 结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速 极限转速允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用 调心球轴承调心球轴承1000010000 调心滚子轴承调心滚子轴承2000020000 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承3000030000 推力球轴承推力球轴承50000 50000 深沟球轴承深沟球轴承600006000

11、0 角接触球轴承角接触球轴承7000070000 推力圆柱滚子轴承推力圆柱滚子轴承8000080000 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承N0000N0000 1. 承载能力承载能力 承受径向载荷为主；承受径向载荷为主； 几点说明：几点说明： 滚子轴承滚子轴承(1.53)球轴承球轴承, 2. 极限转速极限转速 当当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。 0 4545 45 90100t100 时，时， C C； 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。 3 3 10/310/3 = 一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下， 滚动轴承具有与实际

12、载荷作用下的寿命。 表表12-4 温度系数温度系数 轴承工作轴承工作 温度温度 温度系数温度系数 ft 100 250200150125300 10.950.900.700.800.60 表表12-5 载荷系数载荷系数 载荷性质载荷性质 无冲击或轻微冲击无冲击或轻微冲击 中等冲击中等冲击 强烈冲击强烈冲击 fP1.01.2 1.21.81.83.0 1/ 6 60 10 P h t f Fn CLN f 或： 6 10 60 t h P f C Lh nf F 修正结果：修正结果： 工作中冲击振动工作中冲击振动 C C； 引进载荷系数引进载荷系数 fP 进行修正。进行修正。 表表12-6 轴承

13、预期寿命轴承预期寿命Lh的参考值的参考值 使使 用用 场场 合合 不经常使用的仪器和设备不经常使用的仪器和设备 500 Lh /h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000 间断使用，中断时会引起严重后果间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天每天8h工作的机械工作的机械 1200020000 每天每天24h连续工作的机械连续工作的机械 4000060000 四、当量动载荷的计算四、当量动载荷的计算 滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向 心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心 轴向载荷。

14、实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须 将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。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载 荷。 含义：含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重双重 影响影响，经换算后的，经换算后的假想载荷假想载荷。其效果与某一个基本额定。其效果与某一个基本额定 动载荷相当。动载荷相当。 计算公式：计算公式：P=X Fr+Y Fa X径向动载荷系数；径向动载荷系数； Y轴向动载荷系数。轴向动载荷系数。 向心轴承只受径向力：向心轴承只受径向力： P=Fr；推力轴承只受轴向力：；推力轴承只受轴向力： P

15、=Fa 表表12-12 向心轴承当量载荷系数向心轴承当量载荷系数X、Y的值的值 轴承类型轴承类型 深沟球轴承深沟球轴承 0.172 0.19 2.3 12.3Fa C0r e Fa / Fr eFa / Fr e XY XY 0.345 0.22 1.99 0.689 0.26 1.71 1.03 0.28 1.55 1.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.47 0.357 0.40 1.40 0.714 0.23 1.30 1.07 0.46 1.23 = = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角角 接接 触触 球球 轴轴 承承 = 25

16、= 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0 = 4= 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承(单列单列) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 调心球轴承调心球轴承(双列双列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (单列单列) 五、角接触向心轴承轴向载荷的计算五、角接触向心轴承轴向载荷的计算 受力分析：受力分析： Fr Qi = Ri +Si Si Ri S 总轴向力S= Si 为使内部轴向力平衡，以免轴串动，这种轴承应为使内部轴向力平衡，以免轴串动，这种轴承应: : 成对使用，对称安装。成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或

17、背对背安装两种情况进行详细分析 Qi 表表12-13 角接触向心球轴承角接触向心球轴承 轴承类型轴承类型 角接触向心球轴承角接触向心球轴承 S eFr 0.68Fr 1.14Fr 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 = = 15 = = 25 = = 40 Fr / (2Y) Y是是 的轴向系数的轴向系数e Fr Fa 内部轴向力内部轴向力 第i个滚动体 上的法向力 1.1.若若 KA+ + S2 S1 压紧端：压紧端：Fa1 = = KA+ + S2 放松端：放松端：Fa2 = = S2 2.2.若若 KA+ +S2 S1 则有：则有： 简单确定方法：简单确定方法： 压紧端：压紧端：Fa1 = = K

18、A+ + S2 放松端：放松端：Fa2 = = S2 2.2.若若 KA+ +S2 S1 , ,则有：则有： 放松端：放松端： Fa1 = = S1 压紧端：压紧端： Fa2 = = S1 - - KA a2a1 O1O2 1 2 外圈宽边相对安装外圈宽边相对安装(反装反装) A a FS S F 2 1 1 max A a KS S F 1 2 2 max 同向取同向取“+”， 异向取异向取“”。 一、滚动承的润滑一、滚动承的润滑 润滑剂润滑剂 润滑目的润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。 12-4 12-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润

19、滑和密封 密封目的密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。 润滑脂润滑脂 润滑油润滑油 固体润滑剂固体润滑剂 用于特殊场合 用速度因素用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件值作为选择润滑剂的条件: : - - 常用常用 - - 高速、高温高速、高温 当当dn (1.52) 105 mmr/min时，采用脂润滑，否则用时，采用脂润滑，否则用 油润滑。油润滑。 脂润滑优点：脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。次，可运转较长时间。 油润滑优点：油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在摩擦阻

20、力小、能散热，可在高速、高温高速、高温环环 境下使用。境下使用。 dn间接反映了轴颈的圆周速度。 二、滚动承的密封二、滚动承的密封 润滑油的选择：润滑油的选择： 润滑油的粘度根据速度因素润滑油的粘度根据速度因素 dn和工作温度和工作温度t t来确定。来确定。 1000000 500000 200000 100000 50000 20000 10000 -40-20 0 204060100 12080 dn/(mmr/min) t / 润滑油粘度的选择润滑油粘度的选择 5cSt(40时时) 10 20 65 110 250 400 滚动承的密封方式的选择与润滚动承的密封方式的选择与润 滑的种类、

21、工作环境、温度、滑的种类、工作环境、温度、 密封表面的圆周速度有关。密封表面的圆周速度有关。 分类分类 接触式接触式 非接触式非接触式 组合式密封组合式密封 毛毡圈密封毛毡圈密封 密封圈密封密封圈密封 间隙密封间隙密封 迷宫式密封迷宫式密封 -毛毡迷宫式密封毛毡迷宫式密封 例如：例如： dn=100000，t=90 可用可用 110 号润滑油号润滑油 110 毛毡圈密封毛毡圈密封 适用场合：适用场合： 脂润滑，要求环境清洁，脂润滑，要求环境清洁， 轴颈圆周轴速度轴颈圆周轴速度v45 m/s， 工作温度不超过工作温度不超过90。 矩形断面的 毛毡圈被安 装在梯形槽 内，它对轴 产生一定的 压力而

22、起到 密封作用。 适用场合：适用场合： 脂或油润滑，轴颈圆周速脂或油润滑，轴颈圆周速 度度v45 m/s，工作温度工作温度: -40100。 (a) (b) 防漏油防漏油防灰尘防灰尘 密封圈密封密封圈密封 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，制成标 准件。 密封唇朝 里，目的 是防漏油。 密封唇朝外， 主要目的是防 灰尘、杂质 接触式密封：接触式密封： 适用场合：适用场合： 脂润滑，要求环境干燥清洁。脂润滑，要求环境干燥清洁。 靠轴与端盖之间的细小环形间 隙密封，间隙愈小愈长，效果 愈好，间隙取0.10.3mm。 间隙封圈间隙封圈 (a)(b) =0.10.3

23、mm 非接触式密封：非接触式密封： 适用场合：适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封 用用 脂的滴点。密封效果可靠。脂的滴点。密封效果可靠。 图b为轴向曲路，因考虑 到轴受热后会变长，间 隙取=1.52mm。 迷宫式封圈迷宫式封圈 =0.10.2 mm (a)(b) =1.52 mm 将旋转件与静止件 之间的间隙做成迷 宫形式，并在间隙 中充填润滑油或润 滑脂以加强密封效 果。分为径向和轴 向两种结构。 适用场合：适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。 也可以把多种密封形式组合在一起。这 是组合密封的一种型式-

24、毛毡加迷宫， 可充分发挥各自的优点，提高密封效果。 组合密封的方式很多，不一一列举。 组合封圈组合封圈 组合式密封：组合式密封： 12-5 12-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 一、一、轴承的固定轴承的固定 固定方式固定方式 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，处理轴承与其周围零件的之间的关 系，也就是要解决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、 间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。 两端固定两端固定 一端固定、一端游动。一端固定、一端游动。 两端固定支承两端固定支承 C=0.20.3 mm 预留补偿间隙预留补偿间隙 两端固定支承两端固定支承 2. 一端固定、一端游动一端固定、一端游动 固定支承固定支承 游动支承游动支承 L 一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。 适用于温度变化较大的长轴。适用于温度变化较大的长轴。 选用深沟球轴承 时，外圈与端盖 间应留有间隙。 游动支承游动支承 选用圆柱滚子轴承时， 外圈应双向固定。 调整垫片调整垫片 加减垫片加减垫片 二、二、 轴承组合的调整轴承组合的调整 调整垫片调整垫片 加减垫片加减垫片 1.