轴承的选择与设计

1、轴承的选择与设计6 6 滚动轴承类型的选择滚动轴承类型的选择1. 载荷条件载荷条件 轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型主要依据。如承类型主要依据。如载荷小而平稳时，可选球轴载荷小而平稳时，可选球轴承承；载荷大又有冲击时，宜选滚子轴承载荷大又有冲击时，宜选滚子轴承；如轴承；如轴承仅受径向仅受径向载荷载荷时，选径向接触球轴承或圆柱滚子时，选径向接触球轴承或圆柱滚子轴承；轴承； 只受轴向载荷时，宜选推力轴承；只受轴向载荷时，宜选推力轴承； 轴承同时受径向和轴向载荷时，选用角接触轴轴承同时受径向和轴向载荷时，选用角接触轴承。轴向载荷越大，应选择接触角越大

2、的轴承，承。轴向载荷越大，应选择接触角越大的轴承，必要时也可选用径向轴承和推力轴承的组合结构。必要时也可选用径向轴承和推力轴承的组合结构。应该注意推力轴承不能承受径向载荷，圆柱滚子应该注意推力轴承不能承受径向载荷，圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷。轴承不能承受轴向载荷。 2. 轴承的转速轴承的转速 若轴承的尺寸和精度相同，则若轴承的尺寸和精度相同，则球轴承球轴承的极限转速的极限转速比比滚子滚子轴承高，所以当转速较高且旋转精度要求较高轴承高，所以当转速较高且旋转精度要求较高时，应选用球轴承时，应选用球轴承. 推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴向载荷不

3、大时，可采用角接触球轴承或深沟球轴承。向载荷不大时，可采用角接触球轴承或深沟球轴承。 对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道的离心力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。一的离心力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。一般应保证轴承在低于极限转速条件下工作。般应保证轴承在低于极限转速条件下工作。 若工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承若工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承的公差等级、适当加大其径向游隙等措施来满足要求。的公差等级、适当加大其径向游隙等措施来满足要求。3. 调心性能调心性能 轴承内、外圈轴线间的偏移角应控制在极限值之轴承内

4、、外圈轴线间的偏移角应控制在极限值之内，否则会增加轴承的附加载荷而降低其寿命。内，否则会增加轴承的附加载荷而降低其寿命。 对于刚度差或安装精度差的轴系，轴承内、外圈对于刚度差或安装精度差的轴系，轴承内、外圈轴线间的偏位角较大，宜选用调心类轴承。轴线间的偏位角较大，宜选用调心类轴承。 如调心球轴承（如调心球轴承（1类）、调心滚子轴承（类）、调心滚子轴承（2类）等。类）等。 4. 允许的空间允许的空间 当轴向尺寸受到限制时，宜选用窄或特窄的轴承。当轴向尺寸受到限制时，宜选用窄或特窄的轴承。 当径向尺寸受到限制时，宜选用滚动体较小的轴承。当径向尺寸受到限制时，宜选用滚动体较小的轴承。 如要求径向尺寸

5、小而径向载荷又很大时，可选用滚如要求径向尺寸小而径向载荷又很大时，可选用滚针轴承。针轴承。6. 经济性经济性 在满足使用要求的情况下应尽量选用价格低在满足使用要求的情况下应尽量选用价格低廉的轴承。一般情况下球轴承的价格低于滚子轴廉的轴承。一般情况下球轴承的价格低于滚子轴承。轴承的精度等级越高，其价格也越高。承。轴承的精度等级越高，其价格也越高。 5. 装调性能装调性能 圆锥滚子轴承（圆锥滚子轴承（3类）和圆柱滚子轴承（类）和圆柱滚子轴承（N类）类）的内外圈可分离，装拆比较方便。的内外圈可分离，装拆比较方便。 在同尺寸和同精度的轴承中在同尺寸和同精度的轴承中深沟球轴承深沟球轴承的价格最的价格最低

6、。低。 同型号、尺寸，不同公差等级的深沟球轴承的价同型号、尺寸，不同公差等级的深沟球轴承的价格比约为格比约为P0 P6 P5 P4 P21 1.5 2 7 10。 如无特殊要求，应尽量选用普通级精度轴承，只如无特殊要求，应尽量选用普通级精度轴承，只有对旋转精度有较高要求时，才选用精度较高的轴承。有对旋转精度有较高要求时，才选用精度较高的轴承。 除此之外，还可能有其他各种各样的要求，如轴除此之外，还可能有其他各种各样的要求，如轴承装置整体设计的要求等。因此设计时要全面分析比承装置整体设计的要求等。因此设计时要全面分析比较，选出最合适的轴承。较，选出最合适的轴承。 一、滚动轴承内、外圈的轴向定位一

7、、滚动轴承内、外圈的轴向定位 157 157 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 正确选用轴承类型和型号之后，为了保证轴与轴正确选用轴承类型和型号之后，为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。表表15-9 滚动轴承内圈的轴向固定方法滚动轴承内圈的轴向固定方法 表表15-10 滚动轴承外圈的轴向固定方法滚动轴承外圈的轴向固定方法 (a) (a)弹性挡圈和轴

8、肩弹性挡圈和轴肩 (b)(b)轴端端盖和轴肩轴端端盖和轴肩 (c)(c)圆螺母和轴肩圆螺母和轴肩 (d)(d)圆螺母和止推垫圈圆螺母和止推垫圈1.1.滚动轴承内圈轴向紧固常用方法。滚动轴承内圈轴向紧固常用方法。 (a) (a) 弹性挡圈紧固弹性挡圈紧固 (b) (b) 止动环紧固止动环紧固2.2.滚动轴承外圈轴向紧固常用方法滚动轴承外圈轴向紧固常用方法(c) (c) 端盖紧固端盖紧固 (d) (d) 螺纹环紧固螺纹环紧固二、轴系的固定二、轴系的固定1 1、两端单向固定、两端单向固定 正常的滚动轴承支承正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热不发生轴向

9、窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式的滚动轴承支承结构型式有三种：有三种： 轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动，这种固轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动，这种固定方式称为两端单向固定。考定方式称为两端单向固定。考虑到轴受热伸长，对于深沟虑到轴受热伸长，对于深沟球轴承可在轴承盖与外圈端面之间，留出热补偿间隙球轴承可在轴承盖与外圈端面之间，留出热补偿间隙 c c0 02 20 03 mm3 mm。间隙量的大小可用一组垫片来调整。这间隙量的大小可用一组垫片来调整。这种支承结构简单，安装调整方便，它适用于工作温度变化种支承结构简单，安装调整方便，它适用

10、于工作温度变化不大的短轴。不大的短轴。2 2、一端双向固定，一端游动、一端双向固定，一端游动 一端支承的轴承，内、外圈双向固定，另一端一端支承的轴承，内、外圈双向固定，另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量，这种支承结留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。3 3、两端游动、两端游动 两端游动支承结构的轴承，分别不对轴作精确的两端游动支承

11、结构的轴承，分别不对轴作精确的轴向定位。两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能轴向定位。两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能作双向游动。两端采用圆柱滚子轴承支承，适用于人作双向游动。两端采用圆柱滚子轴承支承，适用于人字齿轮主动轴。但与其啮合的另一轴系必须两端固定。字齿轮主动轴。但与其啮合的另一轴系必须两端固定。 1、滚动轴承与轴和座孔的配合轴承内圈与轴轴承内圈与轴 js6，j6，k6，m6，n6 G7，H7，JS7，J7轴承外圈与轴承座孔轴承外圈与轴承座孔DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带基孔制：松基孔制：松 紧紧基轴制

12、：松基轴制：松 紧紧DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带 滚动轴承配合是指内圈与轴颈、滚动轴承配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。外圈与外壳孔的配合。内孔与轴的配合采用基孔制，外径内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。与外壳孔的配合采用基轴制。三、配合三、配合5）与空心轴配合的轴承应取较紧的配合。）与空心轴配合的轴承应取较紧的配合。 滚动轴承配合的选择原则：滚动轴承配合的选择原则：1）转动圈比不动圈配合松一些）转动圈比不动圈配合松一些2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，）高速、重载、有冲击

13、、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些载荷平稳时，配合应松一些3）旋转精度要求高时，配合应紧一些）旋转精度要求高时，配合应紧一些4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合四四. . 滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸 轴承内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴轴承内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴承，一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。承，一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在温度为对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在温度为80-80-100100的热油中加热，使内孔胀大，然后用压力机的热油中加热，使内孔胀大，然

14、后用压力机装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便于拆卸，设计时轴肩高度不能大于内圈高度。于拆卸，设计时轴肩高度不能大于内圈高度。 滚动轴承的装拆要求：滚动轴承的装拆要求：1 1）压力应直接加于配合较紧的套圈上）压力应直接加于配合较紧的套圈上2 2）不允许通过滚动体传递装拆力）不允许通过滚动体传递装拆力3 3）要均匀施加装拆力）要均匀施加装拆力 滚动轴承失效形式、寿命滚动轴承失效形式、寿命 计算和静强度计算计算和静强度计算 一一 、滚动轴承的失效形式及设计准则、滚动轴承的失效形式及设计准则(1)(1)疲劳破坏疲劳破坏( (点蚀点蚀) )(2)(2)塑

15、性变形塑性变形疲劳接触应力疲劳接触应力极低、较大极低、较大 静强度计算静强度计算(3)(3)磨损磨损 润滑不良，杂质、灰尘的侵入润滑不良，杂质、灰尘的侵入暂无公式暂无公式寿命计算寿命计算1. 1. 疲劳点蚀疲劳点蚀 安装润滑和维护良好安装润滑和维护良好2. 2. 塑性变形塑性变形 转速很低或作间歇摆动转速很低或作间歇摆动 3. 3. 磨损磨损润滑不良、润滑不良、密封不严、密封不严、多尘条件多尘条件 二、轴承的寿命计算二、轴承的寿命计算 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前轴承中任一元件出现疲劳点蚀前, ,一个套圈相对一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数。另一套圈的转数或工作小时数。 指一批相同的轴承

16、指一批相同的轴承, ,在相同工作条件下，有在相同工作条件下，有9090的轴承没有发生疲劳点蚀前的转数或总工作小时数。的轴承没有发生疲劳点蚀前的转数或总工作小时数。1.1.轴承寿命：轴承寿命： 含义：含义：一批轴承中有一批轴承中有9090的寿命将比其基本额的寿命将比其基本额定寿命长；定寿命长；一个轴承在基本额定寿命期内正常工作一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有的概率有9090，失效率为有，失效率为有10102.2.基本额定寿命基本额定寿命1010：（一）寿命计算中的基本概念（一）寿命计算中的基本概念 额定动载荷：当轴承额定寿命为额定动载荷：当轴承额定寿命为1010转时，转时，轴承能承受的

17、最大载荷，用轴承能承受的最大载荷，用C C表示。表示。3. 3. 滚动轴承的额定动载荷滚动轴承的额定动载荷C =C =CrCr径向载荷或分量径向载荷或分量CaCa轴向载荷轴向载荷（二）（二） 滚动轴承寿命的计算公式滚动轴承寿命的计算公式轴承寿命曲线：轴承寿命曲线：常数LC常数CLPCC1 2 3 4=25.6L10式中：式中：nn转速转速 r rminmin 寿命指数（球轴承寿命指数（球轴承; ;滚子轴承滚子轴承10/310/3）当量动载荷当量动载荷 假定的载荷假定的载荷与实际载荷相当与实际载荷相当高温下轴承高温下轴承C C值将减小，引入温度系数值将减小，引入温度系数f ft t 表表1413

18、141361010)(PCL)(16667)(60106PCnPCnLh（转）（转）(h)（三）（三） 当量动载荷当量动载荷轴承寿命计算公式轴承寿命计算公式 P Pf fP P（X X Fr Fr Y YFaFa ）X X、Y Y径向、轴向载荷系数径向、轴向载荷系数 查表查表(15-14)(15-14)P P 载荷系数，查表载荷系数，查表(15-12 )(15-12 ) Fr Fr 、 Fa Fa 轴承的径向、轴向力轴承的径向、轴向力（注意区别轴上载荷）（注意区别轴上载荷） 查判断系数查判断系数e e 深沟球轴承深沟球轴承按按f f0 0Fa /CFa /C0r 0r f f0 0 =14.7

19、 =14.7 查查e e角接触球轴承角接触球轴承按按Fa /CFa /C0 0 查查 e e ( (轴承的额定静载荷）轴承的额定静载荷）判判 Fa/Fr Fa/Fr 与与 e e 的关系的关系定定X X、Y Y Fa/Fr e Fa/Fr e 轴向力较小轴向力较小, ,可忽略不计可忽略不计, ,只计只计 f fP P 即：即：X=1 , Y=0 X=1 , Y=0 轴向力较大轴向力较大, ,要计要计 即：即：X1, Y0X1, Y0Fa/Fr Fa/Fr e e只能承受纯径向载荷的轴承（只能承受纯径向载荷的轴承（N N、NANA类）：类）：P Pf fP P FrFr 设计轴承的基本方法：设计

20、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00000000 由结构定轴承直径由结构定轴承直径 0000 初选型号初选型号 查查C C、C C0 0 验算寿命：验算寿命： 计算轴承载荷计算轴承载荷查查e e、X X、Y Y 计算计算PP计算计算L Lh h 分析轴承是否合格分析轴承是否合格只能承受纯轴向载荷的轴承（只能承受纯轴向载荷的轴承（5 5类）：类）：P Pf fP P FaFa例：已知齿轮轴采用一对例：已知齿轮轴采用一对62116211轴承，已知轴承轴承，已知轴承载荷载荷1 1=3500=3500，FaFa1 1=1606=1606，R R2 2=2500=2500，Fa

21、Fa2 2= =f fP P1.21.2，试求，试求P P1 1、P P2 2。解：解：查得：查得：C C0 0=29200=29200查查e e ：求求X X、Y:Y:f f0 0FaFa1 1/C/C0 0 =14.7 =14.71606/29200 = 0.80851606/29200 = 0.8085ee1 1在在0.26-0.280.26-0.28之间之间, ,插值得插值得 e e1 1 = 0.27 = 0.27FaFa1 1/R/R1 1 = 1606/3500 = 0.459 = 1606/3500 = 0.459e e X X1 1=0.56, Y=0.56, Y1 1=1.

22、7=1.7 FaFa2 2=0 X=0 X2 2=1, Y=1, Y2 2=0=08085. 003. 1689. 003. 126. 028. 028. 01e 求求: : P P1 1=f=fP P(X(X1 1R R1 1+Y+Y1 1FaFa1 1)=1.2(0.56)=1.2(0.563500+1.73500+1.71606) 1606) =5628 =5628 P P2 2=f=fP PR R2 2=1.2=1.22500=30002500=3000 PP1 1P P2 2 轴承危险，轴承危险，计算计算1 1的寿命的寿命三三. 轴承的轴向载荷轴承的轴向载荷Fa 1.1.径向轴承径向

23、轴承 (6 (6 、 1 1 、 2 2类类) )F Faeae1 12 21 12 2F FaeaeF Fd d 2. 2.角接触轴承角接触轴承 (3(3、7 7类类) ) 一端固定、一端游动一端固定、一端游动 F Fa1a1= F= Faeae , F , Fa2a2=0=0F Faeae指向者受力指向者受力Fa Fa 1 1=0 , Fa =0 , Fa 2 2= F= Faeae(1)(1)派生轴向力派生轴向力F F d d ，在作用下在作用下FFd d内外圈分离内外圈分离 成对使用成对使用 F Fd d的大小的大小查表查表 两端固定两端固定固定端受力固定端受力(2)(2)安装型式（成

24、对使用）安装型式（成对使用） 角接触轴承应成对使用角接触轴承应成对使用以抵消派生轴向力和避以抵消派生轴向力和避免轴产生轴向窜动免轴产生轴向窜动 正安装（正安装（ X X 型、面对面）型、面对面） 两轴承外圈的窄边相对两轴承外圈的窄边相对d d面对面面对面 跨距减少跨距减少 反安装（反安装（ O O型、背对背）型、背对背） 两轴承外圈的宽边相对两轴承外圈的宽边相对d d背对背背对背 跨距增大跨距增大F Fd1d1F Fd2d2F Fd1d1F Fd2d2说明：轴承支点（压力中心）偏移，但为方便计说明：轴承支点（压力中心）偏移，但为方便计 算，仍取轴承宽度中点为支点算，仍取轴承宽度中点为支点 (3

25、)角接触轴承的轴向载荷角接触轴承的轴向载荷F Fa1a1、 F Fa2a2轴向载荷轴向载荷轴上外载荷轴上外载荷FaeFFaeFa a？ 轴承的派生轴向力轴承的派生轴向力F Fd d分析：分析： F Fd1d1 +Fae +Fae与与 F Fd2d2比较比较 FaeFaeF Fd1d1F Fd2d2S S2 2当F Fd1d1+FaeF Fd2d2当F Fd1d1+FaeF Fd2d2 F Fa1a1= F Fa2a2=右边压紧右边压紧SS2 2 F Fd1d1+FaeF Fd2d2+S2 F Fd1d1 F Fd2d2S2F Fd1d1FaeF Fd1d1+FaeS1F Fd2d2左边压紧左边

26、压紧SS1 1 F Fa1a1 F Fa2a2F Fd1d1S1F Fd2d2FaeF Fd2d2S S1 1FaeFaeF Fd1d1F Fd2d2FaeFaeF Fd1d1F Fd2d2当F Fd1d1+FaeF Fd2d2当F Fd1d1 +Fae F Fd2d2 右边压紧右边压紧左边压紧左边压紧计算轴向载荷的方法计算轴向载荷的方法: : 画安装简图画安装简图标明轴承的派生轴向力标明轴承的派生轴向力F Fd d方向方向 计算计算F Fd1d1、F Fd2d2 根据根据F Fd1d1、Fae、F Fd2d2三者的关系判断压紧、放松端三者的关系判断压紧、放松端 压紧端压紧端= =除本身的派生

27、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 放松端放松端= =本身的派生轴向力本身的派生轴向力F Fd2d2F Fd1d1FaeFae2 21 1R R2 2R R1 1右边压紧右边压紧左边压紧左边压紧判断压紧、放松端时要注意正、反装判断压紧、放松端时要注意正、反装例例: :一对反装一对反装7312AC7312AC轴承轴承,R1,R15000N,R25000N,R28000N8000N，FaeFae2000N2000N，由，由1 1轴承指向轴承指向2 2轴承，求轴承，求Fa1Fa1、Fa2Fa2。解：解：画安装简图画安装简图 Fd2 Fd2 与与 FaeFae同向同向求求Fd1Fd1，Fd2 Fd2 求求Fa1 Fa1 ， Fa2 Fa2 Fd2 Fd2FaeFae54405440200020007440N7440N Fd1Fd13400N 3400N Fa1 Fa1 Fd2Fd2