第7章_滚动轴承的选择与校核

1、机械设计1. 1. 滚动轴承部件设计的主要内容滚动轴承部件设计的主要内容已知条件已知条件设计内容设计内容工作条件工作条件载荷大小及性质载荷大小及性质转速转速工作温度工作温度选择轴承的类型选择轴承的类型轴承的组合设计轴承的组合设计轴承的固定和调整轴承的固定和调整轴承的配合轴承的配合轴承的润滑和密封轴承的润滑和密封轴承寿命（尺寸）的验算轴承寿命（尺寸）的验算第七章 滚动轴承选择与校核一、概述一、概述机械设计球球滚子滚子圆柱滚子圆柱滚子滚针滚针鼓形滚子鼓形滚子圆锥滚子圆锥滚子除滚动体外，其它元件可有可无除滚动体外，其它元件可有可无2. 滚动轴承的基本结构内圈内圈外圈外圈滚动体滚动体保持架保持架保保持

2、持架架机械设计向心轴承向心轴承径向接触轴承径向接触轴承向心角接触轴承向心角接触轴承00主要承受主要承受rF球轴承亦能承受较小球轴承亦能承受较小aF同时承受同时承受rFaF和和00450 ：滚动体同外圈滚道接触点滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角之间的夹角推力轴承推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承轴向接触轴承轴向接触轴承009045rF也承受较小也承受较小主要承受主要承受aF090aF只能承受只能承受轴向承载能力轴向承载能力按公称接触角按公称接触角分类分类3. 滚动轴承的主要类型球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承按滚动体分类按滚动体分类机械设

3、计4. 4. 滚动轴承的代号滚动轴承的代号前置代号前置代号基本代号基本代号后置代号后置代号用字母和数字表示轴承的结构、用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等公差及材料的特殊要求等公差等级公差等级 2 4 5 6 6X 02 4 5 6 6X 0标注标注 /P2 /P4 /P5 /P6 /P6X /P2 /P4 /P5 /P6 /P6X 不标不标 例如；例如；用字母表示轴承用字母表示轴承的分部件的分部件例如；例如； L L表示分离轴承表示分离轴承 的可分离套圈的可分离套圈高高低低P2与P0价格相差10倍/P6X/P6X仅用于圆锥滚子轴承仅用于圆锥滚子轴承机械设计基本代号基本代号6 1

4、 2 0 6代号代号 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0、1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重内径代号内径代号 5内径内径直径系列代号直径系列代号 内径同、外径不同内径同、外径不同宽度系列代号宽度系列代号 内外径同、宽度不同内外径同、宽度不同类型代号类型代号宽度系列为“0”一般可以省略标注（调心滚子轴承与圆锥滚子轴承要标注）组合代号组合代号机械设计6 深沟深沟 球轴承球轴承7 角接触球轴承角接触球轴承3 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承5 推力球轴承推力球轴承机械设计最为常用的最为常用的6类轴承类轴承角接触球轴承7深沟球轴承6推力球轴承5圆锥滚子轴承

5、3调心球轴承1圆柱滚子轴承N机械设计1. 1. 类型选择类型选择(1) (1) 载荷的大小、方向和性质载荷的大小、方向和性质载荷大小载荷大小 小：小： 球轴承球轴承 ( (点接触点接触) )大：大： 滚子轴承滚子轴承 ( (线接触线接触) )载荷方向载荷方向rF：深沟球轴承：深沟球轴承 (6(6类类) )圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承aF：推力球轴承：推力球轴承 (5(5类类) )推力滚子轴承推力滚子轴承aFrF和和arFF raFF (6(6类类) )(5(5类类) + ( 6) + ( 6类类) )角接触球轴承角接触球轴承 (7(7类类) )圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 (3(3类类) )aFrF、

6、载荷性质载荷性质 平稳：平稳： 球轴承球轴承 冲击：冲击： 滚子轴承滚子轴承 二、滚动轴承的选择机械设计(2) (2) 转速和旋转精度转速和旋转精度球轴承球轴承 极限转速极限转速 和和 旋转精度旋转精度 比滚子轴承的高比滚子轴承的高推力轴承推力轴承 极限转速极限转速 低低 ( (离心力使滚动体与保持架摩擦严重离心力使滚动体与保持架摩擦严重) )整体保持架整体保持架 极限转速极限转速 比分离的高比分离的高球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承高速、轻载高速、轻载低速、重载低速、重载(3) (3) 调心性能调心性能(4) (4) 其它其它支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点

7、内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转装拆方便装拆方便价格价格球轴承比滚子轴承低球轴承比滚子轴承低精度低的价格低精度低的价格低 ( (一般公差等级选一般公差等级选 0 0 级级 ) )内外圈分离的轴承内外圈分离的轴承 ( (圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 ) )机械设计2. 2. 尺寸选择尺寸选择轴承内径轴承内径 与轴颈直径相等与轴颈直径相等 直径系列直径系列 载荷很小载荷很小 超轻或特轻系列超轻或特轻系列载荷很大载荷很大重系列重系列一般情况一般情况轻或中系列轻或中系列校核计算校核计算选择轴承选择轴承宽度系列宽度系列一般选正常系列一般选正常系列代号代号 0 1 2 36

8、 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0 ，1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重机械设计 深沟球轴承深沟球轴承F Fr rQ Q2 2Q QmaxmaxQ Q1 1Q Q2 2Q Q1 1对于点接触轴承：对于点接触轴承：对于线接触轴承：对于线接触轴承：全部滚动体个全部滚动体个数数FrzQ6 .4maxFrzQ5max三、滚动轴承的受力分析、计算准则1. 1. 受力及其失效分析受力及其失效分析受纯径向力：最多只有半圈滚动体受载受纯径向力：最多只有半圈滚动体受载受纯轴向力：各滚动体均匀受力受纯轴向力：各滚动体均匀受力机械设计(2) (2) 应力分布应力分布滚动体上某点

9、滚动体上某点 c c 的接触应力的接触应力内圈上某点内圈上某点 a a 的接触应力的接触应力外圈上某点外圈上某点 b b 的接触应力的接触应力滚动体与套圈滚道接触点的接触滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，可看成脉动循环应力是变应力，可看成脉动循环变应力变应力机械设计控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷动载荷动载荷引起点蚀引起点蚀limHH静载荷静载荷引起塑性变形引起塑性变形S失效形式失效形式计算准则计算准则控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷疲劳寿命计算疲劳寿命计算静强度校核静强度校核轴承磨损，控轴承磨损，控制极限转速制极限转速机械设计四、 滚动轴承的疲劳寿命计算 轴承寿命轴承

10、寿命轴承中轴承中 出现出现 前所经历的前所经历的总转数总转数（单位为（单位为106 r）或）或总工作小时数总工作小时数（h）。）。目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀 基本额定寿命基本额定寿命 的轴承，在相同的条件下运转，其中的轴承，在相同的条件下运转，其中 的轴承发的轴承发生生 前所经历的总转数或总工作小时数。前所经历的总转数或总工作小时数。用用 L10 表示。表示。9010完好完好rL610101对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%90%机械设计（1 1） 载荷载荷- -寿命曲线寿命曲线对一

11、批轴承，在不同载荷下作对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线寿命试验所得曲线(2) (2) 基本额定动载荷基本额定动载荷使滚动轴承的基本额定寿命为使滚动轴承的基本额定寿命为101L时，轴承所承受的载荷时，轴承所承受的载荷基本额定动载荷基本额定动载荷 C C径向径向rC轴向轴向aC向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷推力轴承推力轴承 纯轴向载荷纯轴向载荷同类轴承：同类轴承：C C轴承尺寸轴承尺寸承载能力承载能力2 2、轴承的寿命计算式、轴承的寿命计算式轴承型号轴承型号深沟球轴承深沟球轴承dDB)(KNCr)(0KNCr6205 25 52 15 10.8 6.95 6206 30 62 1

12、6 15.0 10.0 6305 25 62 17 17.2 11.2 6306 30 72 19 20.8 14.2 L 106rPCP11L1轴承的疲劳曲线轴承的疲劳曲线L2P2轴承型号轴承型号圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承B30205 25 52 15 32.2 23 30206 30 62 16 41.2 29.5 )(KNCr)(0KNCrdD机械设计(3) (3) 寿命计算式寿命计算式外载为外载为 P P 时轴承的寿命时轴承的寿命110CLP)()(10610rPCL以小时表示以小时表示)()(60106hPCnLh考虑到温度变化，引入温度系数考虑到温度变化，引入温度系数tf)()(60

13、106hPCfnLth滚子轴承滚子轴承310球轴承球轴承3轴承的轴承的转速转速预期寿命预期寿命所需额定所需额定动载荷动载荷L 106rPCP11L1轴承的疲劳曲线轴承的疲劳曲线L2P2机械设计61060hnLPC校核轴承寿校核轴承寿命命已知已知轴承型号轴承型号 ( ( 即即C )C )外载外载P)()(60106hPCfnLthhLhL选择轴承型号选择轴承型号( ( 即即C )C )已知已知外载外载PhL预期寿命预期寿命CC计算寿命计算寿命预期寿命预期寿命所选轴承的所选轴承的额定动载荷额定动载荷所需的额所需的额定动载荷定动载荷机械设计3. 3. 轴承的当量动载荷轴承的当量动载荷基本额定动载荷基

14、本额定动载荷 C C 向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷 纯轴向载荷纯轴向载荷 推力轴承推力轴承rF)(arYFXF Pf实际工作中，轴承同时受实际工作中，轴承同时受复合作用复合作用rFaFaFPfPf纯载荷纯载荷 转化转化P当量动载荷当量动载荷假想载荷假想载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同PrF对只承受对只承受的向心轴承：的向心轴承：aF对只承受对只承受的推力轴承：的推力轴承：同时承受同时承受aFrF复合载荷的向心轴承：复合载荷的向心轴承：AR径向径向系数系数轴向轴向系数系数载荷系数载荷系数机械设计eFFraeFFra轴承

15、型式相对轴向载荷Faa/Cor判断系数e单列轴承XYXY深沟球轴承600000.0140.0280.0560.0840.110.190.220.260.280.30100.562.301.991.711.551.45径向载荷系数径向载荷系数 X X 和轴向载荷系数和轴向载荷系数 Y Y 的确定的确定基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分0CrC0aC00C轴承尺寸轴承尺寸深沟球轴承径向载荷支反力矢量合成深沟球轴承径向载荷支反力矢量合成深沟球轴承轴向载荷一为外载荷，一为零深沟球轴承轴向载荷一为外载荷，一为零机械设计)(arpYFXFfP 径向载荷径向载荷

16、 Fr 的计算见轴系受力分析，即：的计算见轴系受力分析，即：2V2HrRRF RV1RV2RH1RH2FRFAFT?AaFF 而轴向载荷：而轴向载荷：向心角接触轴承（向心角接触轴承（、）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分力力 S 。OO 支反力作用点，即法线与轴线的交点。支反力作用点，即法线与轴线的交点。注意注意 S 的的方向方向径向载荷：径向载荷：Y-对应于Fa/Fre时的Y值圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C( =15)70000AC( =25)70000B( =40)S = Fr / (2Y)S = 0.5 Fr S = 0.7 Fr S = 1

17、.1 Fr 机械设计为使为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。得到平衡，角接触轴承必须成对使用。一般有两种安装形式：一般有两种安装形式：两轴承外圈的窄边相对，两轴承外圈的窄边相对，即派生轴向力指向相对。即派生轴向力指向相对。两轴承外圈的宽边相对，两轴承外圈的宽边相对，即派生轴向力指向相背。即派生轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；正装时跨距短，轴刚度大；反装时跨距长，轴刚度小。反装时跨距长，轴刚度小。问题：两个角接触轴承朝一个方向布置合适吗？问题：两个角接触轴承朝一个方向布置合适吗？为简化计算，认为为简化计算，认为支反力作用于轴承支反力作用于轴承宽度的中点。宽度的中点。FA S1S2

18、正装简图正装简图FA S1S2反装简图反装简图机械设计当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷接触轴承的轴向载荷 Fa ？机械设计 S2 和和 S2 都是右轴承所受的力，故：都是右轴承所受的力，故：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：12轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，但外圈被固定，使得使得 22A1SSFS 222aSSF使轴向力平衡，使轴向力平衡，故：故：右轴承被右轴承被，会产生反力，会产生反力，而左轴承被而左轴承被，11aSF Fr1

19、Fr2A1FS S1FAS2机械设计12轴向合力轴向合力，轴轴有有的趋势的趋势，21A1SSFS S1 和和 S1 都是左轴承所受的力，故：都是左轴承所受的力，故： 111aSSF使轴向力平衡：使轴向力平衡：故：故：左轴承被左轴承被，会产生反力，会产生反力，而右轴承被而右轴承被，22aSF 即：即：A21aFSF 22aSF A2FS S1S2FA机械设计S112轴向合力向右，轴有向右移轴向合力向右，轴有向右移动的趋势。动的趋势。左左轴承被轴承被，会产生反力，会产生反力，使轴向力平衡：使轴向力平衡：A211FSSS A21aFSF 22aSF 合力合力FAS1S2哪个轴承压紧？哪个轴承压紧？机

20、械设计 S212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右右轴承被轴承被，会产生反力，会产生反力，使轴向力平衡：使轴向力平衡： 2A21SFSS11aSF A12aFSF FAS1S2注意：Fa（轴承）、S（由径向力派生）、FA（轴承以外）、S（移动趋势附加）机械设计11aSF A12aFSF A21aFSF 22aSF A21aFSF 22aSF 11aSF A12aFSF 12S1S2FA12FAS1S2机械设计12合力合力12合力合力归纳如下：归纳如下：根据根据判明派生轴向力判明派生轴向力 ；判明判明及轴可能移动的方向，及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被分析哪

21、端轴承被，哪端轴承被，哪端轴承被；端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于自身派生轴向力后自身派生轴向力后轴向力的轴向力的正装时，轴向合力所指的正装时，轴向合力所指的轴承被轴承被“压紧压紧”：反装时，轴向合力所指的反装时，轴向合力所指的轴承被轴承被“放松放松”：机械设计轴承寿命计算步骤轴承寿命计算步骤派生轴向力派生轴向力S轴向载荷轴向载荷aF当量动载荷当量动载荷)(arYFXF PfP校核校核选择选择计算计算hL计算计算C机械设计000SPC静强度安全系数静强度安全系数当量静载荷当量静载荷五、滚动轴承的静强度机械设计2. 2. 轴承支承的结构形式轴承支承的结构形式轴上两

22、个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼要求：要求：在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动轴受热伸长时，不致于影响轴承运转轴受热伸长时，不致于影响轴承运转两端固定式两端固定式一端固定、一端游动式一端固定、一端游动式两端游动式两端游动式支承的结构形式：支承的结构形式：游动端： 可分离轴承内外圈两侧均固定 不可分离轴承内圈两侧固定机械设计六、滚动轴承的组合设计轴肩与弹簧挡圈定位 轴肩与轴端挡圈定位 轴肩、圆螺母及止动垫圈定位 用锥形套定位弹性挡圈在外圈的止动槽中 轴承端盖实现外圈定位孔用弹性挡圈实现外圈定位螺纹环定

23、位aF较大时较大时aF较小时较小时aF较小时较小时aF较大时较大时滚动轴承内外圈的定位和固定机械设计(1) (1) 两端固定两端固定每个支点限制轴的一个方向移动，每个支点限制轴的一个方向移动，合起来限制轴的双向移动合起来限制轴的双向移动适用于短轴、温升不高的场合适用于短轴、温升不高的场合考虑轴受热伸长在一端应留有考虑轴受热伸长在一端应留有间隙间隙 C = 0.20.4mmC = 0.20.4mm由调整垫片保证间隙由调整垫片保证间隙间隙间隙 C C受载分析受载分析1、初始间隙2、磨损后可调整机械设计(2) (2) 一端固定、一端游动一端固定、一端游动轴承内部不能游动轴承内部不能游动一个支点限制轴

24、的双向移动，一个支点限制轴的双向移动，一个支点可以轴向移动一个支点可以轴向移动适用于长轴、工作温度较高的场合适用于长轴、工作温度较高的场合受载分析受载分析轴承内部可以游动轴承内部可以游动机械设计(3) (3) 两端游动两端游动由于左右螺旋角加工误差，由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动人字齿轮轴会左右窜动主动轴设计为两端游动支承主动轴设计为两端游动支承从动轴设计为两端固定支承从动轴设计为两端固定支承受载分析受载分析机械设计3. 3. 轴承支承设计的两个特殊问题轴承支承设计的两个特殊问题角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承的排列的排列 正装正装“面对面面对面” 反装反装“背靠

25、背背靠背”必须成对、对称使用必须成对、对称使用悬臂受力悬臂受力调整间隙调整间隙变小变小变大变大变形小变形小变形大变形大方便方便不便不便跨距跨距正装正装反装反装FA = 880NS1S2FA S1S2S112Fa1 = S1+ S1= S2+ FAFa2 = S2 机械设计4. 4. 轴承间隙的调整轴承间隙的调整(1) (1) 轴承内部游隙的调整轴承内部游隙的调整垫片调整垫片调整螺钉调整螺钉调整机械设计螺母调整螺母调整12机械设计(2) (2) 轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整(3) (3) 轴承的预紧轴承的预紧套杯结构套杯结构利用金属垫片利用金属垫片消除游隙、提高消除游隙、提高旋转精度和支

26、承刚度旋转精度和支承刚度位置调整位置调整压内圈压内圈压外圈压外圈机械设计5. 5. 轴承的配合轴承的配合配合配合内圈与轴内圈与轴外圈与座孔外圈与座孔内圈内圈( (动圈动圈) ) 取紧一点取紧一点外圈外圈( (不动圈不动圈) ) 取松一点取松一点避免滚道上某一避免滚道上某一接触点始终停留接触点始终停留在在 A A 处处平稳平稳 取松一点取松一点变化变化 取紧一点取紧一点载荷性质载荷性质游动支承外圈游动支承外圈载荷方向不变时载荷方向不变时取松一点取松一点6. 6. 轴承的装拆轴承的装拆定位轴肩高度应低于内圈高度定位轴肩高度应低于内圈高度外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔拆

27、卸拆卸机械设计7. 7. 轴承的润滑与密封轴承的润滑与密封(1) (1) 轴承的润滑轴承的润滑减摩、降温减摩、降温润滑脂润滑脂润滑油润滑油重载、低速重载、低速定期添加定期添加高速、精密件高速、精密件 手工定期加油、飞溅、油泵手工定期加油、飞溅、油泵载荷大、温度高，选粘度高的润滑油载荷大、温度高，选粘度高的润滑油dndn值大或油雾润滑，选粘度低的润滑油值大或油雾润滑，选粘度低的润滑油防轴承过热，浸油润滑时，油面不应高于最下方滚动体中心防轴承过热，浸油润滑时，油面不应高于最下方滚动体中心脂润滑时，脂的填充量不超过轴承空间的脂润滑时，脂的填充量不超过轴承空间的1/21/31/21/3机械设计接触式接触式非接触式非接触式毡圈密封毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫密封迷宫密封防油流出、防尘进入防油流出、防尘进入(2) (2) 轴承的密封轴承的密封毡圈密封毡圈密封 密封圈密封密封圈密封 间隙密封间隙密封迷