《机械设计基础》17滚动轴承

1、17.1 概述17.2 滚动轴承的代号17.3 滚动轴承的工作情况分析17.4 滚动轴承类型的选择17.5 滚动轴承尺寸的选择17.6 滚动轴承的组合设计17.7 滚动轴承的设计计算与实例分析第10章 滚动轴承10.1 概述轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。轴承应满足如下基本要求：轴承应满足如下基本要求：轴承的分类轴承的分类根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为

2、径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。一、滚动轴承的结构滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。2134123410.1 概述常见的滚动体有六种形状，一种是球形，五种是滚子。17.1 概述滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的 耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接

3、触疲劳强度。 保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料 等材料。 为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊 结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。 17.1 概述二、滚动轴承的类型及特点1.按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同，可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承径向接触轴承：公称接触角=0，主要承受径向载荷，有些可承受 较小的轴向载荷。向心角接触轴承：公称接触角=045，同时承受径向载荷和 轴向载荷。推力轴承推力角接触轴承：公称接触角=4590，主要承受轴向载荷， 可承受较小的轴向载荷。轴向接触轴承：公称接触角=90，只能

4、承受轴向载荷。17.1 概述17.1 概述2.按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。 球轴承滚子轴承17.1 概述3.按滚动体的列数可分为单列、双列及多列轴承4.按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。 5.按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。6.按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高， 0级为普通级。另外还只有用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。7.按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。17.1 概述17.1 概述17.1 概述17.1

5、概述17.1 概述17.2 滚动轴承的代号前置代号 基本代号 后置代号 轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号一、滚动轴承代号构成：代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272-93规定。 17.2 滚动轴承的代号 公差等级代号：公差分2、4、5 、6(6x)、 0级，共五个级别 。以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)为代号，0级不标注 。高级 低级 内部结构代号：7000C： 15；7000AC：25；7000B：

6、 40； 游隙代号：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六个组别。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5为代号，0组不标注。 游隙值：小 大 前置代号表示轴承的分部件。基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。代号主要组成部分后置代号表示轴承的精度与材料的特征。共8组17.2 滚动轴承的代号 6308： 6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级， 游隙组为0组。 N105/P5： N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=25mm， 公差等级为5级，游隙组为0组。7214AC/P4： 7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm， 公差等级为4级，游隙组为

7、0组，公称接触角=25。30213： 3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度 (0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组。6103： 6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm， 公差等级为0级，游隙组为0组。二、轴承代号示例17.2 滚动轴承的代号17.3 滚动轴承的工作情况分析一、滚动轴承的受载分析1、向心轴承的径向载荷分布 滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的轴向力的大小有关。实际应用中，一般以控制半圈滚动体受载为宜。2、向心角接触轴承的载荷分布 （1）内部轴向力Fs 方向：指向外圈窄边 大小：见下表17.7（2）载荷作用中

8、心 沿接触点的法向 法向力与轴线的交点O。17.3 滚动轴承的工作情况分析圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C(a a=15)70000AC(a a =25)70000B(a a =40)Fs=Fr(2Y)Fs0.4FrFs=0.68FrFs=1.14Fr表17.7 向心角接触轴承内部轴向力 OO 轴承工作时，通常外圈固定，内圈随轴转动，滚动体滚动，内、外圈与滚动体的接触点不断发生变化，其表面接触应力随着位置的不同作脉动循环变化。滚动体在上面位置时不受载荷，滚到下面位置受载荷最大，两侧所受载荷逐渐减小。所以轴承元件受到脉动循环的接触应力作用。17.3 滚动轴承的工作情况分析二、轴承元件上的载荷

9、及应力17.3 滚动轴承的工作情况分析三、滚动轴承的失效形式和计算准则1.失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。2.计算准则17.3 滚动轴承的工作情况分析对于一般转速的轴承，即10r/minnnlim,如果轴承的制造、保管、安装、使用等条件均良好时，轴承的主要失效形式为疲劳点蚀，因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。对于高速轴承，除疲劳点蚀外,其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速。对于低速轴承，即n1r/min，可近似地认为轴承各元件是在静盈利作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以下不发生塑性变形为准则的静强度计

10、算。17.4 滚动轴承类型的选择一、影响轴承承载能力的参数1.游隙 内、外滚道与滚动体之间的间隙称为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量。 游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。17.4 滚动轴承类型的选择2.极限转速 滚动轴承在一定的润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。转速过高会产生高温，润滑失效产生破坏。3.偏位角 安装误差或轴的变形等都会引起指南称内外圈中心线法称相对倾斜， 其倾斜角d 称为偏位角。4.接触角 由轴承结构类型所决定的接触角称为公称接触角。1.载荷条件方向：纯轴向载荷轴向接触轴承（推力轴承） 纯径向载荷径向接触轴承（向心轴承）径向+轴

11、向载荷-角接触轴承 向心轴承组合轴向载荷较大：推力与接触轴承轴向载荷稍大：向心角承（深沟球）轴向载荷较小：向心轴2.转速条件（nnlim）高速、要求旋转精度高，优先采用球轴承,低速可选滚子轴承 。3.调心性能长轴（刚度低）或多支点，要求轴承具有调心性调心轴承大小：载荷大、有冲击滚子轴承；载荷小球轴承二、 滚动轴承类型的选择17.4 滚动轴承的类型的选择内外圈可分离 圆锥滚子，圆柱滚子长轴上安装 内锥孔与紧定套轴承6. 经济性 球轴承价格低，滚子轴承价格高。 在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。5.装拆方便4.空间限制径向尺寸受限，滚针轴承滚针轴承带内锥孔与紧定套轴承圆锥滚子轴承17.

12、4 滚动轴承的类型的选择滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。1、基本额定寿命：具有90可靠度时轴承的寿命，用L10表示。 2、基本额定动载荷： 使轴承的基本额定寿命恰好为 106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。 Ca轴向基本额定动载荷； Cr径向基本额定动载荷100 90 80 70 60 5040 30 20 10 0151020未失效轴承数量%轴承的寿命/（106r）一、滚动轴承的寿命计算17.5 滚动轴承

13、尺寸的选择3、基本额定寿命计算式。为轴承的工作转速载荷；为轴承所承受的当量动（滚子轴承）；（球轴承）；其中：min)/(3103rnP)10(610rPCL)(60106hPCnLh或610(10)Tf CLrP61060( )Thf CLhnP引入温度系数fT61/6010hjsTn LPCCf若已知预期寿命Lh可算出Cjs 轴承的预期寿命Lh参见表17.1117.5 滚动轴承尺寸的选择在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷当量动载荷（用字母P表示）。各类轴承的当量动载荷可按下式计算：arYFXFP式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径

14、向载荷与轴向载荷 。X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数。（参见表17.8，P）为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。)(arPYFXFfP：即载荷性质载荷系数 f p举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.21.8机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等强大冲击1.83.0碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等17.5 滚动轴承尺寸的选择4、滚动轴承的当量动载荷二、向心角接触轴承的轴向载荷计算 1、确定内部轴向力的大小与方向。 2、根据合力方向，判断轴承的“放松端”和 “压紧端” 。3

15、、轴承轴向载荷的确定 (1) 放松端轴承的轴向载荷仅为其本身的内部轴向力； (2) 压紧端轴承的轴向载荷则为除去本身的内部轴向力外， 其余各轴向力之合力。17.5 滚动轴承尺寸的选择17.5 滚动轴承尺寸的选择(1) 当FAFs2Fs1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。轴承1的轴向力为Fa1FAFs2 ；轴承2的轴向力为Fa2Fs2(2) 当FAFs2Fs1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”。轴承1的轴向力为Fa1Fs1 ；轴承2的轴向力为Fa2Fs1FA举例分析四、滚动轴承的静强度计算1.基本额定静载荷C0调心轴承4600MPa所有其他型号的球轴承4200MPa滚子轴承

16、4000MPa2.当量静载荷P0a0o的向心球轴承和向心滚子轴承为rrFP 0a0o的向心滚子轴承为rrarrFPFYFXP0000a90o的推力轴承为aaFP0a90o的推力轴承为araFFPatan3 . 20.静强度计算000SPC17.5 滚动轴承尺寸的选择10.2.4 滚动轴承的组合设计 为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，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、轴承与相关零件的配合、轴承的调整与装拆、润滑与密封等一系列问题。一、轴承的轴向固定10.2.4 滚动轴承的组合设计二、轴组件的轴向固定 在机器中，轴（和轴上零件）的位置是靠轴承来固定的，轴向移动应限制在一定限度

17、之内，并且应考虑轴在工作中的热伸长能得到补偿。 轴组件的轴向固定主要有以下三种方式。1.两端固定式 每个支点各限制轴的一个 单向移动。此种方式结构简单，适用于工作温度变化不大的短轴。17.6 滚动轴承的组合设计2.一端固定、一端游动式 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，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。点击图像看大图17.6 滚动轴承的组合设计3.两端游动式17.6 滚动轴承的组合设计三、轴承组合的调整1.轴承间隙的调整10.2.4 滚动轴承的组合设计

18、10.2.4 滚动轴承的组合设计10.2.4 滚动轴承的组合设计2.轴系位置的调整10.2.4 滚动轴承的组合设计四、轴承组合支承部分的刚度和同轴度轴承座孔壁应有足够的厚度，并用加强肋增强其刚性。支撑结构中同一根轴上的轴承座孔尽可能同心。角接触轴承安装方式不同时轴承组合的刚性也不同。10.2.4 滚动轴承的组合设计五、轴承的预紧轴承的预紧就是在安装轴承时使其受到一定的轴向力，以消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生弹性预变形。预紧的目的在于提高轴承的刚度和旋转精度。10.2.4 滚动轴承的组合设计六、滚动轴承的配合与装拆1滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承

19、外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。在设计时，应根据及其的工作条件、载荷的大小及性质、转速的高低、工作温度及内外圈中哪一个套圈跳动等因素选择轴承的配合。当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。高速、重载情况下应采用较紧配合。作游动支撑的轴承外圈与座孔间应采用间隙配合，但又不能过松而 发生相对转动轴承与空心轴的配合应选用较紧配合，部分式轴承座座孔与轴承外 圈的配合应较松。充分考虑温升对配合的影响。10.2.4 滚动轴承的组合设计2滚动轴承的安装与拆卸（1）轴承的安装冷压法热套法（2）轴承的拆卸采用专用工具或压力机拆卸轴承 为方便拆卸，轴上定位轴肩的高度应小于轴承内圈的高度。10.2.4

20、 滚动轴承的组合设计七、滚动轴承的润滑与密封1润滑的目的润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的 工作温度，延长使用寿命；良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以 使接触压力减小；轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表17.14。2润滑方式的选择轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。3密封作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。（见下页）

21、10.2.4 滚动轴承的组合设计10.2.4 滚动轴承的组合设计1、滚动轴承的类型的选择2、轴承尺寸的选择对于静止轴承、缓慢摆动或极低速运转的轴承按静载荷计算。对于一般运转的轴承，按寿命计算进行轴承尺寸的选择。当轴承的工作转速n在110r/min之间时，有两种选择方法：按n =10r/min选择轴承尺寸；利用寿命公式计算出C值，再按静载荷强度计算公式计算C0值。将二者进行比较，选用其中较大值对应的轴承尺寸的轴承。对于转速较高又同时承受冲击载荷的轴承，不但进行寿命计算，还 要进行轴承的强度校核。对于高速轴承，除进行寿命计算外还应检验极限转速。10.2.4 滚动轴承的设计计算与实例分析一、选择计算

22、3、公差等级的选择出于成本考虑，在一般的机械传动中宜选用普通级精度的轴承。10.2.4 滚动轴承的设计计算与实例分析二、轴承组合设计 主要考虑三方面的问题（1）轴承的定位和固定（2）便于轴组件中零件的加工、安装和调整。 轴承游隙的调整和轴上零件轴向位置的调整。（3）轴承的润滑和密封三、实例分析参见例题17.4P368联轴器、离合器及制动器联轴器、离合器及制动器 第一节第一节 联联 轴轴 器器 一、联轴器的功用与分类 1、功用联接两轴，并传递运动和转矩。 2、使用特点 被联接的两轴，只有在运动停止后经过拆卸才能彼此分开。 3、分类联轴器刚性联轴器弹性联轴器刚性固定式联轴器 刚性可移式联轴器 xy

23、aaxy轴向位移x径向位移y角位移a综合位移x、y、a二、常用联轴器（一）刚性固定式联轴器 常用：套筒式、夹壳式和凸缘式等 。凸缘联轴器 用凸肩和凹槽对中 用铰制孔螺栓对中 应用场合 应用广泛，维护容易，对中精确可靠，要求准确保持凸缘端面与轴线垂直。适用于载荷较平稳的两轴联接，以及高速重载场合。 （二）刚性可移式联轴器 1滑块联轴器 十字滑块联轴器 应用场合 一般适用于两轴平行但有较大径向位移，工作时无大的冲击和转速不高的场合。 NZ挠性爪型联轴器 应用场合: 适用于传递转矩不大、转速较高、无剧烈冲击的两轴联接。 2齿式联轴器 工作特点: 具有良好的补偿两轴作任何方向位移的能力。有利于增大联轴

24、器的补偿综合位移的能力 。3万向联轴器 十字轴万向联轴器 十字轴万向联轴器允许两轴之间有较大的角位移（3545 ）。但当角位移增大时传动效率降低。且从动轴的角速度2呈周期性变化。工作特点：双万向联轴器 工作特点：避免了从动轴回转速度的不均匀性。4滚子链联轴器 滚子链联轴器 特点 结构简单，拆装方便，径向尺寸较小，重量轻，转动惯量小，效率很高，具有一定的补偿位移能力，工作可靠，使用寿命长，恶劣工作环境也能用，成本低。优点：缺点： 若离心力过大会加速各元件间的磨损和发热，不宜用于很高速度的传动；缓冲、减震能力不大，不宜在频繁起动、强烈冲击下工作。 （三）弹性联轴器 几种用非金属弹性元件制成的弹性联

25、轴器 弹性套柱销联轴器 特点 制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。它适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中、小转矩的轴。 2弹性柱销联轴器 短圆柱形孔圆柱形孔圆锥形孔 结构简单，传递更大转矩，有缓冲吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移及少量的径向位移和偏角位移。适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。由于尼龙柱销对温度较敏感，因此使用温度控制在20+70的范围内。 特点3梅花形弹性联轴器 特点: 结构简单费用较低，具有良好的补偿位移和减震能力。 三、联轴器的选择 （一）联轴器类型的选择选择原则：根据机器的工作特点、性能要求，结合联轴器的性能等选择。 1、对低速、刚性大的短轴，可选用刚性固定式联轴器； 2、对低速、刚性小的长轴，则宜选用刚性可移式联轴器； 3、对传递转矩较大的重型机械，可选用齿轮联轴器； 4、对需有一定补偿量，单向转动而冲击载荷不大的中、低速传动的水平轴的联接，可选用滚子链联轴器； 5、对高速轴，应选用弹性联轴器 ；6、对轴线相交的两轴，则宜选用万向联轴器。 （二）联轴器