《机械设计基础》第十一章滚动轴承

1、第十一章第十一章 滚动轴承滚动轴承 (rolling bearing)11-1 概概 述述 一、滚动轴承的构造一、滚动轴承的构造 内圈内圈(inner ring)外圈外圈(outer ring)滚动体滚动体(rolling element)保持架保持架(cage) 内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。 内外圈上有滚道，当内外圈相对转动时，滚动体将沿着滚道滚动。 保持架的作用是把滚动体均匀地隔开。二、滚动轴承的材料二、滚动轴承的材料 滚动体与内外圈的材料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。一般用含铬合金制造，经热处理后硬度可达6165HRC，工作表面须经磨削和抛光。

2、 保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料。三、滚动轴承的特点三、滚动轴承的特点 1、优点、优点1）摩擦系数小、启动灵活、效率高（0.980.99）2）轴承单位宽度的承载能力较强，结构紧凑3）极大地减小了有色金属的消耗4）易于互换、润滑，维护方便5）可同时承受径向载荷和轴向载荷2、缺点、缺点1）接触应力高，抗冲击能力差2）减振能力低，运转时有噪声3）径向外廓尺寸较大4）不能制成剖分式5）高速重载下寿命较低11-2 滚动轴承的类型与选择滚动轴承的类型与选择 接触角接触角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。 接触角是滚动轴承的一个主要参数，接触角越

3、大，轴承承受轴向载荷的能力越大。 = 00 4 54 5 9 0 = 9 0( a )( b )( c )( d )按公称接触角的不同，滚动轴承分为： 向心轴承向心轴承 推力轴承推力轴承主要用于承受径向载荷，公称接触角为045 主要用于承受轴向载荷，公称接触角为大于4590 按滚动体的形状，滚动轴承球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针由于结构的不同，各类轴承的使用性能也不相同。1. 承载能力承载能力在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.53倍。 在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴承内径d20 mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，而球轴承的

4、价格一般低于滚子轴承，故优先选用球轴承。2. 极限转速极限转速 滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温，润滑失效，从而导致滚动体回火或胶合破坏。滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速极限转速极限转速 如果轴承极限转速不能满足要求，可采取提高轴承精度、适当加大间隙、改善润滑和冷却条件、选用青铜保持架等措施。由于接触角的存在，角接触轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷。3. 角偏差角偏差 轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为斜。其倾斜角称为角偏差角偏差。

5、角偏差较大时会影响轴承正常运转，在这种场合下应采用调心轴承。 调心轴承的外滚道表面是球面，能自动补偿两滚道轴心线的角偏差，从而保证轴承正常工作。 滚针轴承对轴线偏斜最为敏感，应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。 能承受很大的径向载荷和少量的轴向载荷，承载能力大，具有调心性能。 能自动调心，能承受很大的径向载荷和少量的轴向载荷，抗振动、冲击。 能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷，外圈可分离，游隙可调，装拆方便，适用于刚性较大的轴。 只能承受轴向载荷，且载荷作用线必须与轴线重合。 因滚动体离心力大，滚动体与保持架摩擦发热严重，故用于轴向载荷大但转速不高的场合。 单列承受单向轴向载荷 双列承受双向

6、轴向载荷 主要承受径向载荷，同时也可承受一定量的轴向载荷。 能同时承受径向、轴向联合载荷，公称接触角越大，轴向承载能力越大。公称接触角有15、25、40三种。 能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷。因系线接触，内外圈只允许有极小的相对偏转。 只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸特小，一般无保持架，因而滚针间有摩擦，轴承极限转速低。不允许有角偏差。11-3 滚动轴承的代号滚动轴承的代号前置代号前置代号（字母）（字母）基本代号（数字、字母）基本代号（数字、字母）后后 置置 代代 号号 ( (字母字母+ +数字数字) )五五 四四 三三 二二 一一轴轴承承分分部部件件代代号号 内内径径代代号号

7、宽宽度度系系列列代代号号 直直径径系系列列代代号号 类类型型代代号号 游游隙隙代代号号 保保持持架架及及材材料料代代号号 密密封封与与防防尘尘代代号号 内内部部结结构构代代号号 公公差差等等级级代代号号 1. 基本代号基本代号 表示轴承的基本类型、结构、尺寸，是轴承代号的基础。 基本代号左起第一位类型代号。若代号为“0”（双列角接触球轴承）则可省略。 尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号（基本代号左起第二位）和直径系列代号（基本代号左起第三位）组合而成。 内径代号（基本代号左起第四、五位数字）表示轴承公称内径尺寸内径系列代号000102030499轴承内径尺寸(mm)10121517数字5代号78

8、90123456宽度系列-特窄-窄正常宽特宽直径系列超特轻超轻特轻轻中重-3. 后置代号后置代号 表示轴承的基本类型、结构、尺寸，是轴承代号的基础。轴承类型代号含义角接触球轴承BCAC401525圆锥滚子轴承B接触角加大E加强型公差代号 代号 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0 公差等级 2 4 5 6 6X 0游隙代号C1、C2、C3、C4、C5分别表示轴承径向游隙，游隙量依次由小到大C0为基本组游隙，常被优先采用，在轴承代号中可不标出。2. 前置代号前置代号 用字母表示成套轴承的分部件。例111 试说明滚动轴承代号62203和7312AC/P62的含义解：（1）6深沟球轴承，

9、22轻宽系列，03内径d17mm；（2）7角接触球轴承，（0）3中窄系列， 12内径d60mm，AC接触角 25， P66级公差，2第2组游隙C2当游隙与公差同时表示时，符号C可省略Fr径向载荷的分布径向载荷的分布Fmax0 011-4 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算 滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷（中心轴向载荷）Fa作用下，可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。 当轴承受纯径向载荷Fr作用时，内圈沿F方向下移一距离，上半圈滚动体不承载，而下半圈各滚动体承受不同的载荷。处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大（Fmax），而远离作用线的各滚动体，其承载就逐渐减小。对于0的向心轴承一、失效形式

10、一、失效形式 zFFr5max1. 疲劳破坏疲劳破坏 滚动轴承工作过程中，滚动体相对内圈不断转动，滚动体与滚道接触表面受变应力。此变应力可近似看作载荷按脉动循环变化。 由于脉动接触应力的反复作用，首先在滚动体或滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩展到接触表面，形成疲劳点蚀。2. 塑性变形塑性变形当轴承转速很低或间歇摆动时，一般不会产生疲劳破坏。 在很大载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形滚道表面形成变形凹坑，使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声。 此外，由于使用维护和保养不当或密封润滑不良等因素，也能引起轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破坏等不正常失效。二、轴承寿命

11、二、轴承寿命 轴承的一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对于另一个套圈的总转数，或在某一转速下的工作小时数。大量的轴承寿命试验表明，轴承的寿命和可靠度之间有一定的关系。 一组相同轴承能达到或超过规定寿一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率命的百分率轴承寿命的可靠度轴承寿命的可靠度 单个轴承的可靠度为该轴承达到或超过规定寿命的概率 一组同一型号轴承在同一条件下运一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为转，其可靠度为90时能达到或超过的时能达到或超过的寿命寿命基本额定寿命基本额定寿命，记为，记为L（106r） 90的轴承在发生疲劳点蚀前能达的轴承在发生疲劳点蚀前能达到或

12、超过的寿命到或超过的寿命基本额定寿命基本额定寿命。 单个轴承，能够达到或超过此寿单个轴承，能够达到或超过此寿命的概率为命的概率为90。设计：潘存云2051015501000可靠度可靠度R/(%) L/(1106 r) 轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，轴承的寿命越短。 滚动轴承的基本额定动载荷（C）轴承的基本额定寿命为100万转时，轴承所能承受的载荷。向心轴承径向基本额定动载荷推力轴承轴向基本额定动载荷CrCa寿命指数球轴承，3；滚子轴承，10/3C基本额定动载荷向心轴承Cr推力轴承Ca用小时表示轴承寿命，用n代表轴的转速（r/min）P当量动载荷一恒定径向载荷，在该载荷作用下，滚

13、动轴承具有与实际载荷作用下同样的寿命。r10)(6PCL h)(60106PCnLh 轴承在温度高于100 下工作时，基本额定动载荷C有所降低，故引进温度系数 f t轴承工作温度100125150200250300温度系数ft10.950.900.800.700.60工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，故引进载荷系数 f p载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击载荷系数fp1.01.21.21.81.83.0h)(60106PfCfnLpthN)1060(/16htpLnfPfC 三、当量动载荷的计算三、当量动载荷的计算 如果作用在轴上的实际载荷是既有径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换

14、算成与试验条件相当的载荷后，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的载荷当量动载荷PXFrYFaFr、Fa 轴承的径向载荷及轴向载荷（N）；X、Y 径向动载荷系数及轴向动载荷系数。Fa /Fre ，由表1611查出X和Y的数值；Fa /Fre 时，轴向力的影响可忽略不计。向心轴承只承受径向载荷时，PFr推力轴承只能承受轴向载荷，PFa四、角接触向心轴承轴向载荷的计算四、角接触向心轴承轴向载荷的计算 角接触向心轴承的结构特点角接触向心轴承的结构特点在滚动体和滚道接触处存在着接触角 当它承受径向载荷Fr时，作用在承载区内第i个滚动体上的法向力F可分为径向分力Fri和轴向分力Fai。

15、各滚动体上所受轴向力的和轴承的内部轴向力Fa。轴承类型角接触向心轴承圆锥滚子轴承152540Fr /(2Y)Y是Fa /Fre时的轴向系数FaeFr0.68Fr1.14FrFrFiF”iFFi第i个滚动体 为了使角接触向心轴承的内部轴向力得到平衡，以免轴向窜动，通常这种轴承都要成对使用，对称安装。S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2正装正装（外圈窄边相对安装）（外圈窄边相对安装）反装反装（外圈宽边相对安装）（外圈宽边相对安装）S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2Fa轴承的内部轴向力S112FaS2S2S1R

16、1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2适合于传动零件位于两支承之间 适合于传动零件处于外伸端S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2 1）当FA FS2 FS1，由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，即轴承1被压紧，由力的平衡条件得轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：Fa1 FAFS2轴承2（放松端）承受的轴向载荷：Fa2 FS22）当FA FS2 FS1，由于轴承2被压紧，由力的平衡条件得轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：Fa1 FS1轴承1（压紧端）承受的轴向

17、载荷：Fa2 FS1FA放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷等于除本身的内部轴向力外其余轴向力的代数和压紧端轴承的轴向载荷等于除本身的内部轴向力外其余轴向力的代数和五、滚动轴承的静强度校核五、滚动轴承的静强度校核 对于转速很低(n 10r/min) 或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳点蚀，为防止滚动体和内外圈产生过大的塑性变形，应进行静强度校核。 受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷基本额定静载荷C0P0 = X0 Fr Y0 FaC0/S0X0当量静载荷径向载荷系数 Y0当量静载荷轴向载荷系数

18、 轴承类型X0Y0深沟球轴承0.60.5角接触球轴承7000C0.50.47000AC0.387000B0.2圆锥滚子轴承0.5查设计手册例112 试求NF207圆柱滚子轴承允许的最大径向载荷。已知工作转速 n 200r/min，工作温度t100 ，寿命Lh10000h，载荷平稳。解解：向心轴承1/660()N10prhtf PnCLf 由机械设计手册查得，NF207圆柱滚子轴承的Cr28500N，fp1，ft1，对滚子轴承10/3。31/4106160 200028500(10)110PL P6778N向心轴承只承受径向载荷时，PFr6778N在本题规定的条件下，NF207轴承可承受的最大径

19、向载荷为6778N。例113 一水泵轴选用深沟球轴承支承。已知轴颈d35mm，工作转速 n2900r/min，轴承所受径向载荷Fr2300N，轴向载荷Fa 540N，要求使用寿命Lh5000h，试选用轴承型号。解解：1）当量动载荷 因该向心轴承承受Fr和Fa的作用，必须求出当量动载荷P。计算时用到的径向系数X、轴向系数Y要根据Fa/C0r值查取，而C0r是轴承的径向额定静载荷，在轴承型号未选出前暂不知道，故用试算法。暂取Fa/C0r 0.028，则e0.22因Fa/Fr 540/23000.235e，由表查得X0.56，Y1.99PXFrYFa0.5623001.99540 2360N 即轴承

20、在Fr2300N和Fa540 N作用下的使用寿命，相当于在纯径向载荷为2360N作用下的使用寿命2）计算所需的径向基本额定动载荷值1/660()N10prhtf PnCLf 式中 fp1.1，ft1，对球轴承3。1/361.1 2360 60 2900(5000)110 24800NrC3）选择轴承型号查手册，选6207轴承，其Cr25500N24800N；C0r15200N，故6207轴承的Fa/C0r540/152000.0355，与原估计接近，适用。例114 一工程机械传动装置中的轴，根据工作条件决定采用一对角接 触球轴承，并暂定轴承型号为7208AC。已知轴承载荷Fr1 1000N，F

21、r22060N， FA880N，转速 n5000r/min，运转中 受中等冲击，预期寿命Lh2000h，试问所选轴承型号是否适当。解解：1）先计算轴承1、2的轴向力 Fa1、Fa2由表查得轴承的内部轴向力为：Fs10.68Fr10.681000680NFs20.68Fr20.68206014000NFs2FFs1轴承1为压紧端Fa1Fs2 FA 2280N轴承2为放松端Fa2Fs21400N2）计算轴承1、2的当量动载荷由表查得e0.681122802.280.681000arFF2214400.682060arFeF由表查得X10.41、Y10.87、X21、Y20

22、。当量动载荷P1X1Fr1Y1Fa10.4110000.8722802394NP2X2Fr2Y2Fa212060014002060N3）计算所需的径向基本额定动载荷Cr 因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今P1P2，故应以轴承1的当量动载荷P1为计算依据。受中等冲击，fp1.5；工作温度正常，ft11/1/366601.5 239460 5000200030290N10110prhtf PnCLf4）由手册查得Cr =35200N。Cr1Cr，故选用7208AC轴承适用11-5 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封 润滑目的：减小摩擦，减轻磨损密封目的：防止灰尘、水分等进入轴承，阻止润

23、滑剂的流失一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑 轴承的润滑剂轴承的润滑剂：润滑脂润滑脂、润滑油润滑油、固体润滑剂固体润滑剂 一般情况，滚动轴承采用润滑脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时，也可采用润滑油润滑。速度因数速度因数d nd轴承内径，mm；n轴承套圈的转速，r/mind n（1.52）105 mmr/min时，一般采用润滑脂润滑， 超过这一范围宜采用润滑油润滑。脂润滑脂润滑 不易流失，便于密封和维护，一次填充润滑脂可运转较长时间油润滑油润滑比脂润滑摩擦阻力小，能散热，主要用于高速或工作温度较高的轴承二、滚动轴承的密封二、滚动轴承的密封 1、接触式密封、接触式密封1）毡圈密封）毡圈密封

24、 矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，对轴产生一定的压力而起到密封作用。 适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周速度v不大于45m/s，工作温度不超过90(a)(b)2）密封圈密封）密封圈密封 密封圈是一种带有缺口的环状密封件，把它放置在套筒的环槽内，密封环靠缺口被压拢后所具有的弹性而抵紧在静止件的内壁上，起密封作用，密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架。 适用场合：脂或油润滑。轴颈圆周速度v7m/s，工作温度范围40100。密封唇朝外，防灰尘、杂质进入密封唇朝里，防漏油2、非接触式密封、非接触式密封1）间隙密封）间隙密封 在轴和轴承盖的通孔墙之间留一个极窄的间隙，间隙越小越长，

25、效果越好，间隙通常取0.10.3mm，内填润滑脂。适用场合：脂润滑，要求环境清洁2）迷宫式密封）迷宫式密封 将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫（曲路）形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。(a )(b )图1 3-3 8轴向密封径向密封(a)(b)图13-383）组合密封）组合密封毛毡加迷宫，可充分发挥各自优点，提高密封效果。11-6 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 一、轴承的固定一、轴承的固定 1、两端固定、两端固定调整垫片调整垫片(a)(b) 使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴的单向移动，两个支点合起来就限制了轴的双向移动。 适用于工作温度变化不大的短轴2、一端固定、一端游动、一端固定、一端游动 轴的两个支点中一个支点双向固定以承受轴向力，另一个支点则可作轴向游动。可作轴向游动的支点游动支点，不能承受轴向载荷 选用深沟球轴承作为游动支点，应在轴承外圈与端盖间留适当间隙； 选用圆柱滚子轴承时，轴承外圈应作双向固定，以免内外圈同时移动，造成过大位错。适用于温度变化较大的长轴二、轴承的轴向固