机械设计基础-第16章滚动轴承

1、中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 第第16章章 滚动轴承滚动轴承16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点16-2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点各零件的作用：各零件的作用：外圈：外圈：支撑零件或轴系；支撑零件或轴系

2、；保持架保持架: 将滚动体分开。将滚动体分开。内圈：内圈：支撑轴；支撑轴；滚动体：滚动体：滑动滑动滚动；滚动；硬度和接触疲劳强度硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。工作表面需经磨削或抛光。保持架：低碳钢，保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。高速轴承：有色金属或塑料。滚动轴承的组成：滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。装在机座或零件轴孔内；滚动副的材料要求：

3、滚动副的材料要求：中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云滚动轴承的装配滚动轴承的装配优点：优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 和易于互换等和易于互换等。缺点：缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音抗冲击能力差、高速时出现噪音。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。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称为公称接触角。心线的平面之间的夹角称为公称接触角。接触角接触角 轴向承载能力轴向

4、承载能力 = = 0 0 4545= 9= 90 它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。45 9090滚动轴承滚动轴承 标准化标准化; 并由专业厂大批量生产。表表16-1 16-1 各类轴承的公称接触角各类轴承的公称接触角 轴承类型轴承类型公称接触角公称接触角向心轴承向心轴承主要承受径向载荷推力轴承推力轴承主要承受轴向载荷径向接触径向接触角接触角接触轴向接触轴向接触角接触角接触设计人员的主要任务是设计人员的主要任务是: 熟悉标准，正确选用。熟悉标准，正确选用。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 轴承轴承类型类型按载荷按载荷方向分方向分按滚动体按滚动体形状分形状

5、分向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承圆柱滚子圆柱滚子圆锥滚子圆锥滚子球面滚子球面滚子滚针滚针球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承分类：分类：设计：潘存云表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用调心球轴承调心球轴承10000中中2 3 主要承受径向载荷，主要承受径向载荷，同时也能承受少量同时也能承受少量轴向载荷。因为外轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承滚道表面是以轴承中点为中心的球面，中点为中心的球面，故能调心。故能调心。中国地质大学专用 作者：

6、潘存云教授 设计：潘存云调心滚调心滚子轴承子轴承20000C低低0.5 2 比10000小能承受很大的径向载能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调承载能力大，具有调性能。性能。设计：潘存云圆锥滚圆锥滚子轴承子轴承30000中中2 能同时承受较大的径能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。装拆方便，称对使用。设计：潘存云推力球轴承推力球轴承50000低低不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双必需与轴线

7、重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。a)单向单向表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 推力球轴承推力球轴承50000低低不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单

8、、双必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。设计：潘存云b)双向双向深沟球轴承深沟球轴承60000高高816 能同时承受较大的径能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。装拆方便，称对使用。角接触角接触球轴承球轴承70000C(=15=15 )70000AC(=25=25 )70000B(=40=40 )

9、较高较高设计：潘存云210 能同时承受较大的径能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。向、轴向联合载荷。 大，承载能力越大，大，承载能力越大，有三种规格。称对使有三种规格。称对使用。用。表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用设计：潘存云中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速

10、极限转速允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用设计：潘存云推力圆柱推力圆柱滚子轴承滚子轴承80000低低不允许不允许 能承受很大的单向能承受很大的单向轴向载荷。轴向载荷。设计：潘存云圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承N0000较高较高24 能承受较大的径向。因能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡结构外，还有内圈无挡边边(NU)、外圈单挡边、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边、内圈单挡边(NJ)等等型式型式设计：潘存云滚针轴承滚针轴承a) NA0000b) RNA0000低低只能承受径向载荷。承只能承受径向载荷。承

11、载能力大，径向尺寸特载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限而滚针间有摩擦，极限转速低。转速低。不允许不允许 a)b)中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 1. 承载能力承载能力承受径向载荷为主；承受径向载荷为主；几点说明：几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。滚子轴承滚子轴承(1.53)球轴承球轴承 在同样的外形尺寸下。2. 极限转速极限转速当当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。0 4545 45 90100t100 时

12、，时， C C 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。3 310/310/3=一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。表表16-9 温度系数温度系数 轴承工作轴承工作 温度温度 温度系数温度系数 ft 10025020015012530010.950.900.700.800.60中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 表表16-10 载荷系数载荷系数 载荷性质载荷性质 无冲击或轻微冲击无冲击或轻微冲击 中等冲击中等冲击 强烈冲击强烈冲击fP1.01.21.21.81.83.0NLnfPfChtP/161060或：hPfCfnLPth60106修

13、正结果：修正结果：工作中冲击振动工作中冲击振动 C C 引进载荷系数引进载荷系数 fP 进行修正。进行修正。 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 表表16-11 轴承预期寿命轴承预期寿命Lh的参考值的参考值 使使 用用 场场 合合 不经常使用的仪器和设备不经常使用的仪器和设备 500 Lh /h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000 间断使用，中断时会引起严重后果间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天每天8h工作的机械工作的机械 1200020000 每天每天24h连续工作的机械连续工作的机械 400006000

14、0 四、当量动载荷的计算四、当量动载荷的计算滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，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载荷，称为当量载动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载荷。荷。含义：含

15、义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重双重影响影响，经换算后的，经换算后的假想载荷假想载荷。其效果与某一个基本额定。其效果与某一个基本额定动载荷相当。动载荷相当。计算公式：计算公式：P=X Fr+Y FaX径向动载荷系数；径向动载荷系数； Y轴向动载荷系数。轴向动载荷系数。 向心轴承：向心轴承：P=Fr推力轴承：推力轴承：P=Fa查表1612 P260 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 表表16-12 向心轴承当量载荷系数向心轴承当量载荷系数X、Y的值的值轴承类型轴承类型 深沟球轴承深沟球轴承0.172 0.19 2.312.3Fa C0r e

16、Fa / Fr eFa / Fr eXYXY0.345 0.22 1.990.689 0.26 1.711.03 0.28 1.551.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.470.357 0.40 1.400.714 0.23 1.301.07 0.46 1.23= = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角角接接触触球球轴轴承承= 25= 25 0.68 0.41 0.87 1 0= 4= 40 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承(单列单列) 1.5tan 0.4 0.4cot 1 0 调心球轴承调心球轴承(双列

17、双列) 1.5tan 0.65 0.65cot 1 0 (单列单列)设计：潘存云中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云五、角接触向心轴承轴向载荷的计算五、角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：受力分析：Fr由于的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。Fi = Fi +F”iFiF”iF总轴向力F= Fi为使内部轴向力平衡，以免轴串动，这种轴承应为使内部轴向力平衡，以免轴串动，这种轴承应: :成对使用，对称安装。成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析Fi表表16-13 角接触向心球轴承角接触向心球轴承 轴承类型轴承类型 角

18、接触向心球轴承角接触向心球轴承F eFr 0.68Fr 1.14Fr 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承= = 15 = = 25 = = 40Fr / (2Y)Y是是 的轴向系数的轴向系数eFr Fa 内部轴向力内部轴向力F的近似值可按如下近似公式计算 第i个滚动体中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云a1a2O1O2121.若若 FA+ F2 F1压紧端：压紧端：Fa1 = FA+ F2 放松端：放松端：Fa2 = F2 2.若若 FA+F2 F1 则有：则有： 结论与正装相同！结论与正装相同！压紧端：压紧端：Fa1 = FA+ F2 放松端：放松端：Fa2 = F2 2.若若 FA+F

19、2 F1 ,则有：则有： 放松端：放松端： Fa1 = F1 压紧端：压紧端： Fa2 = F1 - FA结论：结论： 放松端轴承的轴向载荷放松端轴承的轴向载荷 = = 内部轴向力内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷压紧端轴承的轴向载荷 = = 其余轴向力的代数和其余轴向力的代数和本身除外中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑润滑剂润滑剂 润滑目的润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。减小摩擦、减轻磨损，

20、吸振、降温、降噪。16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封密封目的密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑脂润滑油润滑油固体润滑剂固体润滑剂 用于特殊场合用速度因素用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件值作为选择润滑剂的条件: : 常用常用 高速、高温高速、高温 当当dn (1.52) 105 mmr/min时，采用脂润滑，否则用时，采用脂润滑，否则用油润滑。油润滑。 脂润滑优点：脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。次，可运转较长时间。油润滑优点：油润滑优点：

21、摩擦阻力小、能散热，可在摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温高速、高温环环 境下使用。境下使用。dn间接反映了轴颈的圆周速度。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 二、滚动承的密封二、滚动承的密封润滑油的选择润滑油的选择润滑油的粘度根据速度因素润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度和工作温度t t来确定。来确定。设计：潘存云1000000500000200000100000500002000010000-40-20 0 204060100 12080dn/(mmr/min)t / 润滑油粘度的选择润滑油粘度的选择5cSt(40时时)102065110250400滚动承的密封方式的选择与滚动承的密

22、封方式的选择与润润滑的种类、工作环境、温度、滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度密封表面的圆周速度有关。有关。分类分类接触式接触式非接触式非接触式组合式密封组合式密封毛毡圈密封毛毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫式密封迷宫式密封毛毡迷宫式密封毛毡迷宫式密封例如：例如： dn=100000，t=90 可用可用 110 号润滑油号润滑油 110中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云毛毡圈密封毛毡圈密封适用场合：适用场合：脂润滑，要求环境清洁，脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度不超过工作温度不超过90 矩形断面的毛毡圈被安装在

23、梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。适用场合：适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴脂或油润滑，轴颈圆周轴速度速度v45 m/s，工作温工作温度度: -40100 设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)防漏油防漏油防灰尘防灰尘密封圈密封密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质接触式密封接触式密封错误结构中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 适用场合：适用场合： 脂润滑，要求环境干燥清洁。脂润滑，要求环境干燥清洁。 靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.10.3

24、 mm。间隙封圈间隙封圈设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)=0.10.3 mm非接触式密封非接触式密封中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 适用场合：适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用用 脂的滴点。密封效果可靠。脂的滴点。密封效果可靠。 图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取 =1.52 mm。迷宫式封圈迷宫式封圈=0.10.2 mm设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)=1.52 mm将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分为径向和轴向两种结构。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 适用场合：

25、适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。 也可以把多种密封形式组合在一起。这是组合密封的一种型式-毛毡加迷宫，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封的方式很多，不一一列举。设计：潘存云组合封圈组合封圈组合式密封：组合式密封：中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选

26、择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用 作者：

27、潘存云教授 16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、一、轴承类型的选择轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；锥滚子轴承；如斜齿轮轴3.3.纯纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 二、二、轴承的固定轴承的固定固定方式固定方式为了保证轴承在机器中正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，处理轴承与其周围零件的之间的关系，也就是要解

28、决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。两端固定两端固定一端固定、一端游动。一端固定、一端游动。两端固定支承两端固定支承C=0.20.3 mm预留补偿间隙预留补偿间隙设计：潘存云中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 两端固定支承两端固定支承中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 2. 一端固定、一端游动一端固定、一端游动固定支承固定支承游动支承游动支承L设计：潘存云一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。适用于温度变化较大的长轴。适用于温度变化较大的长轴。设计：潘存云选用深沟球轴承时， 外圈与端盖间应留有间隙。

29、 游动支承游动支承选用圆柱滚子轴承时， 外圈应双向固定。 中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片二、二、 轴承组合的调整轴承组合的调整加减垫片的厚度加减垫片的厚度设计：潘存云调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片1. 轴承间隙的调整轴承间隙的调整螺钉调整螺钉调整方法：方法：设计：潘存云螺钉调整螺钉调整中国地质大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云2. 轴承的预紧轴承的预紧对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。方法方法加金属垫片加金属垫片磨窄套圈磨窄