第13章 滚动轴承

1、本章重点本章重点: : 滚动轴承的类型及代号滚动轴承的类型及代号 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算 滚动轴承组合设计滚动轴承组合设计 第第1313章章 滚动轴承滚动轴承 13-1 概述 13-2 滚动轴承的主要类型及其代号 13-3 滚动轴承类型的选择 13-4 滚动轴承的工作情况 13-5 滚动轴承尺寸的选择 13-6 轴承装置的设计 一、轴承的功用一、轴承的功用 13-1 概述概述 支承轴及轴上零件，并保证旋转精度支承轴及轴上零件，并保证旋转精度 减少轴与支承间的摩擦与磨损减少轴与支承间的摩擦与磨损 1 1、摩擦阻力小、摩擦阻力小, , 功率损耗少功率损耗少, , 起动灵敏；起动灵敏；

2、 2 2、润滑简便、润滑简便, , 易于更换易于更换, , 价格低；价格低； 3 3、抗冲击能力差、抗冲击能力差, , 高速时出现噪音高速时出现噪音; ; 寿命也比不上寿命也比不上 液体润滑的滑动轴承；液体润滑的滑动轴承； 二、滚动轴承的特点二、滚动轴承的特点 三、三、滚动轴承滚动轴承的的结构结构 组成：组成：内圈、外圈、内圈、外圈、滚动体滚动体、保持架、保持架 外圈外圈 内圈内圈 滚动体滚动体 保持架保持架 保持架：保持架：避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损 材料：材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料低碳钢；铜、铝、工程塑料 内圈、外圈、滚动体：内圈、外圈、滚动体

3、：高硬度、高接触高硬度、高接触 疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性 材料：材料：含铬轴承钢，硬度含铬轴承钢，硬度6165 HRC 四、滚动轴承的材料四、滚动轴承的材料 轴承的选择轴承的选择类型的选择类型的选择 尺寸的选择尺寸的选择 轴承组合设计轴承组合设计安装、调整、润滑与密封安装、调整、润滑与密封 五、滚动轴承的设计的内容特点五、滚动轴承的设计的内容特点 按滚动体形状分按滚动体形状分 按受载性质分按受载性质分 球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承 向心轴承向心轴承 向心推力轴承向心推力轴承 推力轴承推力轴承 一、滚动轴承的分类一、滚动轴承的分类 13-2 滚动轴承的主要类

4、型及其代号滚动轴承的主要类型及其代号 1 按滚动体形状分 按滚动体形状分：按滚动体形状分： 球轴承、滚子轴承球轴承、滚子轴承 又可细分为：又可细分为： 球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴 承、球面滚子轴承承、球面滚子轴承 2 按受载方向分 按受载方向和公称接触角分：按受载方向和公称接触角分： 滚动体与外圈接触处的滚动体与外圈接触处的 法线与垂直于轴承轴心法线与垂直于轴承轴心 线的平面（半径方向）线的平面（半径方向） 之间的夹角之间的夹角 向心轴承向心轴承: =0 向心推力轴承：向心推力轴承： 0 90 向心角接触轴承向心角接触轴承: 0 45

5、推力角接触轴承推力角接触轴承: 45 90 推力轴承推力轴承: =90 900 0 以以FR(径向载荷径向载荷)为主为主 F F (径向为主 径向为主)FAFR(轴向为主轴向为主) F (轴向载荷 轴向载荷) 二、滚动轴承的基本类型和特点二、滚动轴承的基本类型和特点 1 向心轴承(a=0) 深沟球轴承深沟球轴承: 6类类 nlim最高、价廉最高、价廉, 优先采用优先采用 受力类型受力类型: Fr, 不大的不大的Fa(双向双向) 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承: N类类承载力较大承载力较大 受力类型受力类型: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa 滚针轴承滚针轴承: NA类类 内外圈可

6、分离内外圈可分离, 径向尺寸小径向尺寸小 受力类型受力类型: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa 2 调心轴承 (a=0) 调心球轴承调心球轴承: 1类类调心性能最好调心性能最好 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向) 调心滚子轴承调心滚子轴承: 2类类调心性能好、承载力较大调心性能好、承载力较大 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向) 3 向心推力轴承 (0径向载荷：径向载荷：推力推力+向心组合向心组合 各滚动体受力不均匀受力不均匀 各滚动体受力均匀受力均匀当轴承轴轴F 承受 径径F 下下半圈受载半圈受载 上上半圈不受载半圈不受载 受力变

7、化：小受力变化：小大大小小 二、轴承元件上的载荷及应力变化二、轴承元件上的载荷及应力变化 固定圈：固定圈：滚动体滚过便受力，大小不变滚动体滚过便受力，大小不变 稳定的脉动循环载荷图稳定的脉动循环载荷图13-7 b 在承载区，载荷由零在承载区，载荷由零最大，最大， 再再零零周期性不周期性不稳定变化稳定变化 图图13-7 a 滚动体滚动体 转动圈转动圈 三、轴向载荷对轴承元件载荷分布的影响三、轴向载荷对轴承元件载荷分布的影响 角接触轴承承受轴向载荷时角接触轴承承受轴向载荷时受载滚动体数目增多受载滚动体数目增多承载能力承载能力 提高提高宜承受联合载荷宜承受联合载荷 13-4 滚动轴承的工作情况滚动轴

8、承的工作情况 一、一、 轴承工作时元件上的载荷分布轴承工作时元件上的载荷分布 *13-5 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择 一、失效形式一、失效形式 二、轴承寿命计算二、轴承寿命计算 设计轴承的基本方法：设计轴承的基本方法： 由工作条件定轴承类型由工作条件定轴承类型 结构定轴承直径结构定轴承直径 初选型号初选型号 C、C0 验算寿命：验算寿命： 计算轴承载荷计算轴承载荷查查e、X、Y 计算计算P计算计算 Lh分析轴承是否合格分析轴承是否合格 一、失效形式一、失效形式 失效形式：失效形式：内外圈运动内外圈运动 疲劳点蚀疲劳点蚀 最主要的失效形式，滚动最主要的失效形式，滚动 体表面、套圈滚道都

9、可能发生点蚀体表面、套圈滚道都可能发生点蚀 过大塑性变形过大塑性变形 低速轴承的主要失效形低速轴承的主要失效形 式，接触应力过大式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷载荷过大或冲击载荷)， 元件表面出现较大塑性变形元件表面出现较大塑性变形 磨损、胶合、内外圈和保持架破损等磨损、胶合、内外圈和保持架破损等 使用维护不当而引起的，属于非正常失效使用维护不当而引起的，属于非正常失效 设计准则：设计准则： 一般转速的轴承一般转速的轴承 进行寿命进行寿命(额定动载荷额定动载荷)计算，防止计算，防止疲疲 劳劳点蚀破坏点蚀破坏 转速极低或仅作缓慢摆动的轴承转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 按静强度按静强度(额定静

10、载荷额定静载荷)计算，防止塑计算，防止塑 性变形性变形 轴承寿命：轴承寿命：( 106 r 或或 h ) 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数 基本额定寿命：基本额定寿命：用用 L或或Lh表示表示 一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90时，能达到或超时，能达到或超 过的寿命。过的寿命。 寓意：寓意： 一批轴承中有一批轴承中有90的寿命将比其基本额定寿命长的寿命将比其基本额定寿命长 一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率

11、有90，失效率为，失效率为10 注意：注意：额定寿命随运转条件而变化额定寿命随运转条件而变化 比如：外载荷增大，额定寿命降低比如：外载荷增大，额定寿命降低 因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力 90 10 完好完好 /(1106r) R/() 二、基本额定寿命二、基本额定寿命 定义：定义： 当一套轴承进入运转并且当一套轴承进入运转并且 基本额定寿命基本额定寿命 为为106转时，轴承所转时，轴承所 能承受的最大载荷，用能承受的最大载荷，用 C 表示表示 即：在即：在C 的作用下，运转的作用下，运转 106 转时，有转时，有10的轴承出现点蚀

12、，的轴承出现点蚀， 90的轴承完好的轴承完好 对于具体轴承，对于具体轴承，C 为定值，按手册查取为定值，按手册查取 对向心轴承对向心轴承(0 45 )，C为纯径向载荷为纯径向载荷Cr 对推力轴承对推力轴承(45 Fd1 轴左移轴左移,1压紧压紧,2放松放松 Fd1 Fd1 若若Fae+Fd2Fd2 轴左移轴左移,1放松放松,2压紧压紧 Fae Fae 若若Fae+Fd1Fd2 轴右移轴右移,1压紧压紧,2放松放松 Fd2 验证验证: Fd1 验证验证: Fa1=Fd1 Fa2=Fd2+Fd2=Fd1+Fae Fd2+Fd2=Fd1+Fae Fa2=Fd2 Fd1+Fd1+ Fae=Fd2 Fa

13、1=Fd2 -Fae 结论：结论： 判别方法判别方法: : 先确定轴上各轴向力先确定轴上各轴向力( (外加轴向力和派生轴向力外加轴向力和派生轴向力) ) 的方向的方向; ; 判断哪端轴承被判断哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被，哪端轴承被“放松放松”; ; 放松端的轴向载荷等于它本身的放松端的轴向载荷等于它本身的派生轴向力派生轴向力; ; 压紧压紧端的轴向载荷等于除去它本身的端的轴向载荷等于除去它本身的派生轴向力派生轴向力外外, ,其余其余 所有轴向力的代数和。所有轴向力的代数和。 re F ae F 12 l2l re F ae F 1 2 l2l re F ae F 12 l2l 例例:

14、试判断图示三种情况下左右轴承哪个寿命低。试判断图示三种情况下左右轴承哪个寿命低。 已知：已知：Fre =3000N，Fae=500N (1)(3)(2) 一对一对6205轴承轴承 一对一对7205B轴承正安装轴承正安装一对一对7205B轴承反安装轴承反安装 1r F 2r F 1r F 2r F 1r F 2r F 解：解：(一一)求求Fr 2 30 rre FlFl 2 3000 1000 () 33 re r F FN 12 300010002000 () rrer FFFN (二二)求求Fa (1)一对一对6205轴承轴承 1 500 () aae FFN 2 0 a F 1212 12

15、 , rraa FFFF PP 左端轴承寿命低左端轴承寿命低 re F ae F 1 2 l2l re F ae F 12 l2l (3) (2) 一对一对7205B轴承正安装轴承正安装一对一对7205B轴承反安装轴承反安装 1r F 2r F 1r F 2r F (二二)求求Fa (2)一对一对7205B轴承正安装轴承正安装 12 PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低 轴右移轴右移,1松松2紧紧 (2)一对一对7205B轴承反安装轴承反安装 12 PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低 轴左移轴左移,1松松2紧紧 Fd11.14Fr11.1420002280N Fd21.14Fr21.14100011

16、40N Fae+Fd2=500+1140=1640Fd1=2280 Fae+Fd1=500+2280=2780Fd2=1140 Fd11.14Fr11.1420002280N Fd21.14Fr21.1410001140N Fa1=Fd1=2280N Fa2=Fd1-Fae=2280-500=1780N Fa2=Fd1+Fae=2280+500=2780N Fa1=Fd1=2280N Fd1Fd2Fd1Fd2 例：一对反装例：一对反装7312AC轴承轴承,Fr15000N,Fr28000N，FA2000N， 由由1轴承指向轴承指向2轴承，求轴承，求Fa1、Fa2。 解解:画安装简图画安装简图,

17、 Fd2与与FA同向同向 求求Fa1，Fa2 Fd10.68Fr10.6850003400N Fd20.68Fr20.6880005440N Fd2 Fd1 1 FA2 Fr1 Fr2 Fa1Fd2FA7440N , Fa2Fd25440N Fd2FA7440NFd13400N 紧松 例例 接上题接上题, ,如果如果n n960r/min,f960r/min,fP P1.2,1.2,ft1， 求轴承寿命求轴承寿命 解解：F Fa1 a1 F Fr1 r1 74407440500050001.4881.488e e X X1 10.410.41 ， Y Y1 10.870.87 P P1 1fp

18、(X1Fr1fp(X1Fr1Y Y1 1F Fa1 a1) ) 1.21.2(0.410.41500050000.870.877440)7440) 10227.36N10227.36N FFa2 a2 F Fr2 r2 54405440800080000.68= e0.68= e P P2 2F Fr2 r2 9600N9600N X X2 21, Y1, Y2 20 0 P P1 1P P2 2 轴承危险轴承危险 (F(Fa1 a1 7440N, F7440N, Fa2 a2=5440N,F =5440N,Fr1 r1 5000N,F5000N,Fr2 r2 8000N)8000N) (查得

19、查得7212AC轴承的轴承的C58200N，e0.68) h P Cf n L rt h 3200) 36.10227 58200 ( 96060 10 )( 60 10 3 6 1 6 1 1、求、求F Fr1 r1、 、F Fr2 r2: : ( (径向载荷径向载荷) )求支反力求支反力 2 2、求、求F Fa1 a1、 、F Fa2 a2: : (1)(1)径向接触轴承径向接触轴承(6(6、1 1、2 2类类) ) F FA A 1 12 2 1 1 2 2 F FA A 两端固定两端固定FAFA指向者受力指向者受力 一端固定、一端游动一端固定、一端游动固定端受力固定端受力 (2)(2)

20、角接触轴承角接触轴承(3(3、7 7类类) ) 画安装简图画安装简图求求F Fd1 d1、 、F Fd2 d2 Fa=Fa= 放松端放松端: :本身的派生轴向力本身的派生轴向力 压紧端压紧端: :除本身的派生轴向力外其余轴向力之和除本身的派生轴向力外其余轴向力之和 F F1 1 F F2 2 F F1 1 F F2 2 轴承寿命计算步骤轴承寿命计算步骤 3 3 求求P1P1、P2:(P2:(当量动载荷当量动载荷fp(XFrfp(XFrYFa)YFa) 查判断系数查判断系数e e 表表13-5 深沟球轴承按深沟球轴承按Fa/C0 查查e 角接触球轴承角接触球轴承 15按按 Fa/C0 查查e 2

21、5、40 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承e=1.5tg 判判 F Fa a/F/Fr r 与与 e e 的关系的关系定定X X、Y Y Fa/Fre ：X=1 , Y=0 Fa/Fre轴向力较大轴向力较大,要计要计即：即：X1,Y 0 4 4 求求Lh(C)Lh(C) 6 6 10 60 )( 60 10 h t t h Ln f P C P Cf n L 当量静载荷：当量静载荷： P0=X0Fr+Y0Fa 按轴承静载能力选择轴承按轴承静载能力选择轴承 C0 S0P0 S0 轴承静强度安全系数查表轴承静强度安全系数查表138 七、滚动轴承的静载荷七、滚动轴承的静载荷 1 保证支承部分刚性 以免滚动轴

22、承提前破坏以免滚动轴承提前破坏 如：加大轴承座孔壁厚等如：加大轴承座孔壁厚等 2 保证支承部分的同心度 以免滚动轴承提前破坏以免滚动轴承提前破坏 一条轴的两个支承用相同轴承一条轴的两个支承用相同轴承, ,两轴承孔一次镗出两轴承孔一次镗出 13-6 轴承装置的设计轴承装置的设计 一、支承部分的刚性和同心度一、支承部分的刚性和同心度 1 支点固定型式 (1)两端固定两端固定 (2)一端固定一端游动一端固定一端游动 (3)两端游动两端游动 2 轴承内外圈的轴向固定 二、轴承的固定二、轴承的固定 （1）两端固定 每个支点固定一个方向每个支点固定一个方向双向均固定双向均固定 C 在不受在不受Fa端留间隙

23、端留间隙 C=0.20.3mm 应用应用: : 跨距短跨距短, , 温差小处温差小处 （2）一端固定、一端游动 应用应用: : 跨距长跨距长, , 温差大温差大 不能承受轴向载荷不能承受轴向载荷 (1)内圈内圈 固定固定 在轴在轴 上上 (2) 外圈外圈 固定固定 在座在座 孔上孔上 轴承端盖轴承端盖 孔用弹性圈孔用弹性圈 座孔凸肩座孔凸肩 螺纹环螺纹环 轴肩轴肩 套筒套筒 轴用弹性挡圈轴用弹性挡圈 轴端挡板螺钉轴端挡板螺钉 圆螺母止退垫圈圆螺母止退垫圈 （3）两端游动支承 人字齿轮的其中一条轴的两支承要设计成游动的，以防人字齿轮的其中一条轴的两支承要设计成游动的，以防 齿轮卡死和人字齿两侧受

24、力不均匀。齿轮卡死和人字齿两侧受力不均匀。 2 轴承内外圈的轴向固定 三、轴承组合的调整三、轴承组合的调整 1 轴承间隙调整 靠加减垫片厚度调整靠加减垫片厚度调整 2 轴承的预紧 预紧的目的：提高旋转精度、增加轴承装置的刚性等预紧的目的：提高旋转精度、增加轴承装置的刚性等 预紧原理：安装时用一定的方法在轴承中产生一轴向力预紧原理：安装时用一定的方法在轴承中产生一轴向力 3 轴承组合位置的调整 1 以轴承为基准件 轴承与轴轴承与轴: 基孔制基孔制50k6(m6) 轴承与孔轴承与孔: 基轴制基轴制100H7(J7、Js7) 2 转动圈比固定圈紧 50 H7/k650k6100H7/k6100H7 轴承不标轴承不标 四、轴承的配合（周向固定）四、轴承的配合（周向固定） 配合选择原则配合选择原则 紧些的配合旋转精度高、振动小紧些的配合