第十三章滚动轴承

1、第十三章第十三章 滚动轴承滚动轴承13.1 13.1 滚动轴承的构造和特点滚动轴承的构造和特点12341、滚动轴承的组成、滚动轴承的组成外圈外圈1、内圈、内圈2、滚动体、滚动体3、保持架、保持架4滚动体的种类有滚动体的种类有2、特点（与滑动轴承相比）特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦系数小，摩擦系数小，f=0.0010.004 2) 启动灵活；启动灵活； 3) 润滑容易润滑容易 4) 标准化、互换标准化、互换 5) 但抗冲击载荷能力差，很难做成剖分式但抗冲击载荷能力差，很难做成剖分式滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可以高达可以高达40

2、00MPa；3、材料、热处理及用途材料、热处理及用途 套圈及滚动体：套圈及滚动体：GCr15普通普通 、9Cr18（4400C）-防锈、防锈、 Cr4Mo4V(M50)高温、高温、 Si3N4特殊环境特殊环境保持架：保持架：高聚物、低碳钢、铜、夹布胶木高聚物、低碳钢、铜、夹布胶木各类轴承及滚动体各类轴承及滚动体13.2 滚动轴承的类型及其代号滚动轴承的类型及其代号一、滚动轴承的类型一、滚动轴承的类型按滚动体的形状分按滚动体的形状分球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承轴承公称接触角轴承公称接触角: :滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半径方向的夹角径方向的夹角0090

3、1.向心轴承向心轴承(0 )径向接触轴承(045 )向心角接触轴承2.推力轴承推力轴承(90 )轴向接触轴承(4590 )推力角接触轴承按受力分：按受力分：国家标准国家标准GB/T272-1993中，按载荷方向及结构不同进行分类中，按载荷方向及结构不同进行分类单列单列双列双列按滚动体列数分：按滚动体列数分：多列多列二、二、 滚动轴承代号滚动轴承代号下表表示滚动轴承代号的构成下表表示滚动轴承代号的构成前置代号 基本代号 后置代号 成 套 轴 承 分 部 件 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 内部结构代号 密封防尘与外圈形状变化代号 保持架结构及材料变化代号 轴承材料变化代号 公差等级代号 游隙组

4、代号 配置代号 其它 前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号 (字母+数字)五 四 三 二 一轴承分部件代号 内径代号 宽度系列代号 直径系列代号 类型代号 其他代号 公差等级代号 特殊轴承材料代号 保持架及材料代号 密封与防尘代号 内部结构代号 游隙代号 1.类型代号：类型代号：2.尺寸系列代号：尺寸系列代号：承载能力发生变化承载能力发生变化宽度系列与直径系列宽度系列与直径系列（见表（见表13.1）3.内径代号：内径代号：内径大小内径大小轴承内径d/(mm) 内径代号 示例 10 00 12 01 15 02 1017 17 03 深沟球轴承6201 内径d=12mm 20495 (

5、22、 28、 32 除外) 用内径除以5 得的商数表示。当商数只有个位数时，需在十位数处用0 占位 深沟球轴承6210 内径d=50mm 500 以及22、28、32 用内径毫米数直接表示，并在尺寸系列代号与内径代号之间用“/”号隔开 深沟球轴承 62/500,内径d=500mm 62/22,内径d=22mm 4.内部结构代号内部结构代号代号 示例 对应旧标准 C 角接触球轴承 公称接触角15 7210C 36210 AC 角接触球轴承 公称接触角25 7210AC 46210 B 角接触球轴承 公称接触角40 7210B 66210 圆锥滚子轴承 接触角加大 32310B - E 加强型,

6、改进结构设计,增大承载能力 NU207E 32207 E 5.公差等级代号公差等级代号 精度低 精度高 示例 /P0 /P6 /P5 /P4 /P2 6206/P5 对应旧标准 G E D C B D206 6.6.配置代号配置代号代号 /DB /DF /DT 含义 背对背安装方式 面对面安装方式 串联安装方式 示例 旧标准 236210 336210 436210 7.轴承代号的编制规则轴承代号的编制规则(1)轴承代号按表轴承代号按表13-2所列的顺序从左至右所列的顺序从左至右排列。排列。(2)当轴承类型代号用字母表示时当轴承类型代号用字母表示时,字母与其字母与其后的数字之间应空一个字符。后

7、的数字之间应空一个字符。(3)基本代号与后置代号之间应空一个字符基本代号与后置代号之间应空一个字符,但当后置代号中有但当后置代号中有“-”号或号或“/”号时号时,不再留不再留空。空。(4)在尺寸系列代号中在尺寸系列代号中,位于括号中的数字省略位于括号中的数字省略不写不写。(5)公差等级代号中的公差等级代号中的/P0省略不写。省略不写。例如例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF轴承类型为角接触球轴承轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号尺寸类型代号, ,其中其中宽度类型代号为宽度类型代号为0,0,窄系列窄系列, ,省略不写省略不写, ,直径系列代号为直径系列代号为2,2,轻系列轻

8、系列轴承内径轴承内径5 1050dmm空一个字符空一个字符公称接触角公称接触角15轴承精度等级为轴承精度等级为5 5级级面对面配置面对面配置32210/P3/DB练习背对背安装背对背安装3级精度级精度直径直径50mm宽、轻系列宽、轻系列圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承13.3 滚动轴承类型的选择滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时可参考以下几点：选择滚动轴承类型时可参考以下几点：（1 1）当载荷加大后有冲击载荷时，宜用滚子轴承；）当载荷加大后有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。当载荷较小时，宜用球轴承。（2 2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载）当只受径向载荷时，或虽同时受径

9、向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。 当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。 当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。承。（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为

10、便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。殊结构的轴承便宜。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。可用滚子轴承，也可用球轴承。134 滚动轴承的工作情况 一、滚动轴承的载荷分布 1、受轴向载荷Fa 各滚动体平均分担 2、受径向载荷Fr 上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力 QmaxR

11、n3、角接触轴承同时受 Fr 和 Fa （1）角接触轴承的派生轴向力FS SAOFRQiRiSiFS1.25Fr tg FS方向有使内、外圈分离的趋势。 要成对使用、对称安装 （2）轴向载荷对载荷分布的影响 当只有最下面一个滚动体受载时 载荷角，Fa与Fr的合力F与径向平面的夹角 tgFrFaFrFstg受载滚动体增多时SAOFRQiRiSi在同样Fr作用下，派生轴向力FS 多个滚动体受载派生的轴向力的合力 只有一个滚动体受载时派生的轴向力 tgFrtgQiFsiFsnini11FrFstgtgFrFatgFrFa轴向力 单个滚动体受载产生的派生轴向力多个滚动体受载的条件 结论： 1）角接触轴

12、承及圆锥滚子轴承必须在Fr和Fa的联合作用下工作，或成对使用对称安装。2）为使更多的滚动体受载应使 tgFrFa3）Fr不变时，Fa由最小值（一个滚动体受载）逐渐增大（即载荷角增大），则受载滚动体数tgtg25. 1当时 ，下半圈滚动体受载4）实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载，安装3和7类轴承不能有较大的轴向窜动量。 二、轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化 滚动体不稳定脉动循环变应力 固定套圈稳定的脉动循环变应力 进入非承载区进入承载区Q,HQ,HTT进入非承载区进入承载区Q,HQ,HTT13.5 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择一、滚动轴承的失效形式一、滚动轴承的失效形式各接触点受

13、力：各接触点受力：受交变载荷受交变载荷钢球疲劳点蚀钢球疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀1.疲劳点蚀：疲劳点蚀：滚动轴承最常见的失效形式。滚动轴承最常见的失效形式。内环上的疲劳点蚀内环上的疲劳点蚀轴承胶合轴承胶合2.塑性变形：塑性变形：受较大静载或冲击载荷受较大静载或冲击载荷3.磨粒磨损：磨粒磨损：杂质进入杂质进入4.胶合：胶合：高速、重载、发热高速、重载、发热二、滚动轴承的计算准则二、滚动轴承的计算准则寿命计算：寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。必要时再

14、作静强度校核。静强度计算：静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。进行静强度计算。校核极限转速：校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行是其主要失效形式，因而除进行寿命计算寿命计算外还外还应该应该校核极限转速校核极限转速。 三、滚动轴承的寿命计算三、滚动轴承的寿命计算1、基本公式、基本公式基本额定动负荷：基本额定动负荷：轴承工作温度在轴承工作温度在100 C以下以下,基本额定寿命基本额定寿命61 10Lr 时，轴承

15、所能承受的最大载荷，时，轴承所能承受的最大载荷，用用C表示表示。基本额定动负荷基本额定动负荷的方向的方向:对于推力轴承为中心轴向载荷对于推力轴承为中心轴向载荷对于角接触向心轴承为载荷的径向分量对于角接触向心轴承为载荷的径向分量基本额定寿命基本额定寿命 ： 一批相同轴承，在相同条件下运转，一批相同轴承，在相同条件下运转， 90%轴轴承在疲劳点蚀前转过的承在疲劳点蚀前转过的 转数，单位为转数，单位为106 r。对于向心轴承为径向载荷对于向心轴承为径向载荷疲劳曲线疲劳曲线疲劳寿命威布尔分布疲劳寿命威布尔分布10510610710851020304050607080909551020304050607

16、0809095 失 效 概率，循环 次数，次105106107108510203040506070809095510203040506070809095 失 效 概率，循环 次数，次载荷P1载荷P2载荷P1载荷P2由实验得到的曲线1C 常数1CL P在当量动载荷在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为作用下的基本额定寿命为610CLrP滚动轴承的载荷与寿命之间的关系滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:P L常数:,3;,10/3寿命指数 对于球轴承对于滚子轴承。61060hCLhnP61060ThPf CLhnf P常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数引入温度系数fT和

17、载荷系数和载荷系数fP2、当量动载荷、当量动载荷 把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用当量动载荷，用P表示。表示。当量动载荷当量动载荷P的计算式：的计算式：raPXFYFXY 、径向系数和轴向系数raFF 、轴承的径向载荷和轴向载荷3、角接触轴承的内部轴向力、角接触轴承的内部轴向力轴承类型轴承类型角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承7000C型型(=1

18、50)7000AC型型(=250)7000B型型(=400)S0.4Fr0.7FrFrFr/2Y表表11.13 角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的内部轴向力S由力的平衡条件得由力的平衡条件得21WSSA作用在轴承作用在轴承上的轴向载上的轴向载荷为荷为作用在轴承作用在轴承 上的轴向载荷上的轴向载荷只有自身的内部轴向力只有自身的内部轴向力, ,即即11aFS221aFWSAS取轴承内圈和轴为分离体取轴承内圈和轴为分离体四、四、 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算基本额定静负荷基本额定静负荷C0：滚动轴承中受载最大的滚动体与最弱座滚动轴承中受载最大的滚动体与最弱座圈滚道的接触处的塑性变形量之和

19、为滚动体的圈滚道的接触处的塑性变形量之和为滚动体的1/10 000时的载时的载荷。荷。滚动轴承的静强度校核公式：滚动轴承的静强度校核公式：00000,CS PSPN静强度安全系数当量静载荷当量静载荷当量静载荷P0：是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。作用下的塑性变形总量相同。 其作用方向与基本额定静负荷相同。其作用方向与基本额定静负荷相同。，由表11-14查取对于向心轴承、角接触轴承，当量静载荷取下面两式中对于向心轴承、角

20、接触轴承，当量静载荷取下面两式中计算出的较大值计算出的较大值000raPX FY F00XY 、分别为静径向系数和静轴向系数0rPF五、五、 滚动轴承的极限转速滚动轴承的极限转速极限转速极限转速 :轴承在一定载荷和润滑条件下所允许的最高轴承在一定载荷和润滑条件下所允许的最高转速。转速。limn载荷系数载荷系数 ：当轴承的当量动负荷当轴承的当量动负荷P超过超过0.1C时时,需将手册需将手册中的极限转速乘以小于中的极限转速乘以小于1的系数。的系数。1f载荷分布系数载荷分布系数 ：当向心轴承受轴向载荷时当向心轴承受轴向载荷时,需将手册中需将手册中查得的极限转速乘以小于查得的极限转速乘以小于1的系数。

21、的系数。2f极限转速为：极限转速为：lim12limnf f n13.6 轴承部件结构设计轴承部件结构设计轴承部件：轴承部件：在机器中在机器中,传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及密封等组成为一个相互联系的有机整体。密封等组成为一个相互联系的有机整体。在进行轴承部件结构设计时，主要应考虑以下几个问题。在进行轴承部件结构设计时，主要应考虑以下几个问题。一、轴承部件的轴向固定一、轴承部件的轴向固定轴向固定：轴向固定：轴向力的承受方式轴向力的承受方式1.两端固定支承两端固定支承分析轴向力如何承受，分析轴向力如何承受，即力如何传到支承上即力如何传到支承上游隙游隙C=0.

22、250.35支点跨距支点跨距l 3005002.一端固定、一端游动支承一端固定、一端游动支承间隙：间隙：23mm固定端如何固定固定端如何固定游动端如何游动游动端如何游动3.两端游动支承两端游动支承由于人字齿轮存在误差由于人字齿轮存在误差齿向载荷不均齿向载荷不均小齿轮轴做成两端游动小齿轮轴做成两端游动4. 支承刚度支承刚度跨距大，受力情况不好跨距大，受力情况不好轴的刚度小轴的刚度小跨距小，受力情况好跨距小，受力情况好轴的刚度大轴的刚度大二、轴承部件的调整二、轴承部件的调整1.轴承间隙的调整轴承间隙的调整2.轴上传动件位置的调整轴上传动件位置的调整(a)加减垫片加减垫片(b)调整螺钉调整螺钉垫片垫

23、片1调整锥齿轮位置调整锥齿轮位置垫片垫片2调整轴承间隙调整轴承间隙径向位置由中径向位置由中心距保证心距保证轴向位置用垫轴向位置用垫片调整片调整蜗轮位置调整蜗轮位置调整三、滚动轴承的配合三、滚动轴承的配合配合标注：配合标注：内圈与轴：只标注轴内圈与轴：只标注轴外圈与孔：只标注孔外圈与孔：只标注孔配合种类：配合种类：紧配合：转速高、载荷大、温度高、有振动、紧配合：转速高、载荷大、温度高、有振动、 内圈与轴一起转动内圈与轴一起转动松配合：经常拆卸、松配合：经常拆卸、 外圈静止、半圈受载外圈静止、半圈受载四、轴承的装拆四、轴承的装拆1.1.加热加热 ( (80900C) )2.2.利用拆装工具利用拆装

24、工具注意：内、外环用不同工具注意：内、外环用不同工具注意：注意：h1/4h1/4外环厚度外环厚度五、滚动轴承的润滑和密封五、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润滑的目的：润滑的目的：减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度润滑方式：润滑方式：脂润滑：可承受较大载荷，脂润滑：可承受较大载荷， 便于密封及维护，便于密封及维护， 不宜填充过多不宜填充过多 dn （1.52） 105 mm r/min 浸油润滑浸油润滑2.滚动轴承的密封滚动轴承的密封密封类型 图例 适用场合 说明 脂润滑。要求环境清洁，轴颈圆周速度 v 不大于4m/s5m/s，工作温度不超过

25、90C 矩形断面的毛毡圈安装在梯形槽内，毛毡受到压力而紧贴在轴上，从而起到密封作用 接触式密封 脂或油润滑。轴颈圆周速度v7m/s,工作温度范围-40C100C 唇型密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有骨架，是标准件 单向密封 密封类型 图例 适用场合 说明 脂润滑。 干燥清洁环境 靠轴与盖间的细小环节间隙密封,间隙愈小愈长,效果愈好,间隙 取0.1mm0.3mm 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作成迷宫 （曲路） 形式，在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。 迷宫或密封分径向、轴向两种：图

26、（a）径向曲路，径向间隙 不大于0.1mm0.2mm;图(b)轴向曲路,考虑轴的伸长,间隙可取大些 (a)(b)橡胶密封曲路密封(a)(b)图13-38(a)(b)图13-383、组合式密封1210613991411711284523找结构错误11.9 11.9 减速器输出轴部件设计减速器输出轴部件设计一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成输出轴部件设计过程主要包括：输出轴部件设计过程主要包括：（1）初定尺寸）初定尺寸（2）画结构草图）画结构草图（3）校核计算）校核计算（4）完成部件图设计）完成部件图设计（5）完成零件图设计）完

27、成零件图设计4.轴的受力分析轴的受力分析5.校核轴的强度校核轴的强度6.校核键联接的强度校核键联接的强度7.校核轴承寿命校核轴承寿命超低温液氢泵用混合式陶瓷轴承超低温液氢泵用混合式陶瓷轴承滚动轴承的应用滚动轴承的应用1883年德国的年德国的Fischer先生发明了磨先生发明了磨制钢球的球磨机并创建制钢球的球磨机并创建FAG公司以公司以来，伴随着滚动轴承工业的诞生和来，伴随着滚动轴承工业的诞生和发展，发展，FAG的产品在几乎所有可能的产品在几乎所有可能的领域内得到了充分的认证并一直的领域内得到了充分的认证并一直扮演着十分重要的角色，扮演着十分重要的角色， 滚动轴承的应用滚动轴承的应用滚动轴承的应用滚动轴承的应用瑞典瑞典SKFSKF公司公司新一代新一代SKFSKF球面滚子轴承球面滚子轴承-Explorer-Explorer探索者探索者 系列的性能，远远超过系列的性能，远远超过ISOISO国国际标准的计算方法，而际标准的计算方法，而ISOISO亦无法恰亦无法恰当地预测其预期寿命当地预测其预期寿命 -轴承如此经久耐用，它将改变轴承如此经久耐用，它将改变工业设备的维修计划工业设备的维修计划 -轴承如此先进卓越，它将为设轴承如此