哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第13+14讲

1、l 轴承的功用轴承的功用1、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度2、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损l 轴承的分类轴承的分类轴承轴承滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承用于特殊用于特殊场合，如场合，如：高速、高精度、：高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。重载、结构上要求剖分等场合。已标准化，优点多，应用广已标准化，优点多，应用广学习本章的目的主要解决三个问题：学习本章的目的主要解决三个问题：第十章 滚动轴承10.1 10.1 滚动轴承的构造和特点滚动轴承的构造和特点滚动轴承一般由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成; 滚动

2、体是滚动轴承中的核心元件，将相对运动变为滚动摩擦；有时候可以没有内圈、外圈、保持架等。图12-1 滚动轴承的基本结构a）球b）圆柱滚子图12-2 常用的滚动体c）圆锥滚子d）球面滚子e）非对称球面滚子f）滚针球轴承Ball bearings滚子轴承Roller bearingsl 滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可以高达4000MPa；为使滚动轴承具有一定的承载能力和使用寿命，内外圈和滚动体采用专用的滚动轴承钢。l 材料 套圈及滚动体(滚动轴承钢) 保持架 GCr15普通 高聚物 9Cr18（440C）-防锈 低碳钢 Cr4Mo4V(M50)高温 铜 Si3N4特殊环境 夹布胶木

3、、聚合物l 热处理和加工： 对专用轴承钢经渗碳淬火处理硬度不低于61HRC，工作表面 要求磨削和抛光，从而达到较高精度。l 保持架：通常用低碳钢板冲压而成，还可采用铜合金、铝合金、酚醛胶布或塑料，高聚物。2陶瓷材料陶瓷材料 特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦系数小，f=0.0010.004,效率高，可达0.99 2) 启动灵活，控制方便 3) 润滑容易 4) 标准化、可互换，维护容易、成本低 5) 但抗冲击差，重载能力差 6）高速时寿命有限 7）很难做成剖分式（目前德国可以做到） 尺寸范围 1）微小型：500mm10.2 10.2 滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择10.2.1 滚动轴承

4、的类型按滚动体的形状球轴承：摩擦损耗小，承载能力和抗冲击能力弱滚子轴承：与球轴承相反，损耗大，能力强 按滚动体的列数分： 单列、双列和多列。 按是否能调心分： 调心轴承和刚性轴承。公称接触角:滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半径方向的夹角按公称接触角或者所受载荷的方向分类：1.向心轴承主要承受径向载荷 (0 )径轴向接触承(045 )轴向心角接触承2.推力轴承主要承受轴向载荷 (90 )轴轴向接触承(4590 )轴推力角接触承，如图(a)、(b),如图(e) (f), 如图(c), 如图(d)表10.1 常用轴承的主要类型和特性轴承名称 类型代号 结构简图 承载方向 极限转速 允许偏转角 主

5、要特性和应用 滚针轴承 NA 低 不允许 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。这类轴承不允许有角偏差。 轴承内、外圈可分离 可以不带内圈 二、滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时可参考以下几点：（1）载荷大小、构成、波动情况（2）工况条件：转速、温度等（3）结构：分离、调心、游动等（4）刚度、寿命、价格等（5）环境：温度变化、清洁程度、膨胀等使用要求：（1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。 当只受轴向载荷时，一般应用推力

6、轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。具体地：（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔直径不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。10.3 10.3 滚动轴承代号滚动轴承代号( (标准化、系列化、专业化生产标准化、系列化、专业化生产) )（1）基本代号：表示轴承

7、的基本类型、结构和尺寸，是 轴承代号的基础。（2）前置代号：用字母表示成套轴承的分部件。（3）后置代号：用字母（或加数字）表示，置于基本代 号右边，并与基本代号空半个汉字距离或用符号 “”、“/”分隔。前置代号基本代号后置代号成套轴承分部件类型代号尺寸系列代号（占2位）内径代码（占2位）内部结构代号密封防尘与外圈形状变化代号保持架结构及材料变化代号轴承材料变化代号精度等级代号游隙组代号配置代号其它滚动轴承代号的构成滚动轴承代号的构成滚动轴承主要类型代号表1. 类型代号6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推

8、力圆锥滚子轴承2双列调心滚子轴承8推力滚子轴承1双列调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型2. 尺寸系列代号：分别是宽度系列与直径系列窄正常宽轻中重直径系列是指相同内径的轴承有几个不同的外径。直径系列是指相同内径的轴承有几个不同的外径。宽度系列是指相同内外径的轴承有几个不同的宽度；宽度系列是指相同内外径的轴承有几个不同的宽度；内径相同的前提下，滚动体越大，外径和宽度就越大，承载越大。内径相同的前提下，滚动体越大，外径和宽度就越大，承载越大。常见的向心轴承的尺寸系列代号见下表所示：常见的向心轴承的尺寸系列代号见下表所示：3. 内径代号：4.内部结构代号5.公差等级代号

9、B6.成对使用的配置代号7210C/DB7210C/DF7210C/DT7.游隙组代号代号代号8.轴承代号的编制规则(1) (1) 轴承代号按表轴承代号按表11.211.2所列的顺序从左至右排列。所列的顺序从左至右排列。(2) (2) 当轴承类型代号用字母表示时当轴承类型代号用字母表示时, ,字母与其后的数字之字母与其后的数字之间应空一个字符。间应空一个字符。(3) (3) 基本代号与后置代号之间应空一个字符基本代号与后置代号之间应空一个字符, ,但当后置代但当后置代号中有号中有“- -”号或号或“/ /”号时号时, ,不再留空。不再留空。(4) (4) 在尺寸系列代号中在尺寸系列代号中, ,

10、位于括号中的数字省略不写位于括号中的数字省略不写(5) (5) 公差等级代号中的公差等级代号中的/P0/P0省略不写。省略不写。(6) (6) 公差等级代号与游隙组代号同时表示时，可取公差公差等级代号与游隙组代号同时表示时，可取公差 等级代号加上游隙组号组合表示，如等级代号加上游隙组号组合表示，如P63P63。常用滚动轴承代号例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号,其中宽度类型代号为0,窄系列,省略不写,直径系列代号为2,轻系列轴承内径5 1050mmd 空一个字符公称接触角15轴承精度等级为5级面对面配置6308：6深沟球轴承，（0）3中

11、系列，08 内径d=40mm， 精度等级为P0级，游隙组为C0组； N 105/P5：7214AC/P4： 7角接触球轴承，（0）2轻系列，14内径d=70mm，精度等级为P4级，游隙组为C0组，公称接触角=15；31213：3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，1正常宽度(1不可省略)，精度等级为P0级，游隙组为C0组；6103：6深沟球轴承，（0）1特轻系列，03内径d=17mm，精度等级为P0级，游隙组为C0组；N圆柱滚子轴承，（0）1特轻系列，05内径d=20mm，精度等级为P5级，游隙组为C0组；10.4 10.4 滚动轴承的失效形式和计算准则滚动轴承的失效形式和计算准则滚

12、动轴承的受力分析：滚动轴承的受力分析：滚动轴承是承受载荷而又旋转的支承零件，工作时内外圈和滚滚动轴承是承受载荷而又旋转的支承零件，工作时内外圈和滚动体之间存在相对运动，载荷从一个套圈经滚动体传至另一套动体之间存在相对运动，载荷从一个套圈经滚动体传至另一套圈，使得滚动体和套圈受到圈，使得滚动体和套圈受到脉动接触应力脉动接触应力。FrQ2QmaxQ1Q2Q1以向心轴承为例，当轴承受到径向载荷以向心轴承为例，当轴承受到径向载荷 F Fr r作用时，见右图所示。作用时，见右图所示。1.1.疲劳点蚀疲劳点蚀2.2.塑性变形塑性变形3.3.磨粒磨损磨粒磨损4.4.胶合胶合一、滚动轴承的失效形式一、滚动轴承

13、的失效形式1.1.疲劳点蚀疲劳点蚀内外圈或滚动体的某一点在工作过程中呈接触内外圈或滚动体的某一点在工作过程中呈接触- -脱离脱离- -再再接触接触- -再脱离的重复变化，就引起了疲劳点蚀。再脱离的重复变化，就引起了疲劳点蚀。轴承在点蚀发生后引起噪声、振动、发热等，导致其不轴承在点蚀发生后引起噪声、振动、发热等，导致其不能正常工作。能正常工作。二、滚动轴承的计算准则对于转动的滚动轴承对于转动的滚动轴承, ,疲劳点蚀疲劳点蚀是其主要失效是其主要失效形式形式, ,因而主要是进行寿命计算因而主要是进行寿命计算, ,必要时再作静必要时再作静强度校核。强度校核。对于不转动、低速或摆动的轴承，对于不转动、低

14、速或摆动的轴承，局部塑性变局部塑性变形形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。计算。对于高速轴承，对于高速轴承，发热发热以至以至胶合胶合是其主要失效形是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。速。10.5 10.5 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算一、基本概念与公式一、基本概念与公式疲劳寿命疲劳寿命在一定载荷作用运转的单个滚动轴承，出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所经历的小时数，称为滚动轴承的疲劳寿命。轴承寿命的可靠度轴承寿命的可靠度一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率，称为轴

15、承寿命的可靠度。大量试验表明：滚动轴承的疲劳寿命具有较大的离散性。大量试验表明：滚动轴承的疲劳寿命具有较大的离散性。即使相同材料、相同工艺和热处理方式做出的同一批轴承，在相同条件工作，其寿命存在较大差异，最短寿命和最长寿命可相差几十倍。比如航空发动机轴承，最短十几小时，最长3000多小时。基本额定寿命基本额定寿命L L1010一批相同的轴承在相同条件下运转，其中一批相同的轴承在相同条件下运转，其中90%90%的轴承在疲劳点蚀前所能转过的总转数，称为的轴承在疲劳点蚀前所能转过的总转数，称为基本额定寿命基本额定寿命，单位：，单位：10106 6 转。转。基本额定动载荷基本额定动载荷C C轴承工作在

16、100以下，基本额定寿命为L=1106 r时，轴承所能承受的最大载荷称为基本额定动载荷，单位为N。基本额定动载荷的方向基本额定动载荷的方向: :1) 对于向心轴承，C为径向载荷3) 对于角接触向心轴承为载荷的径向分量，Cr2) 对于推力轴承为中心轴向载荷基本额定动载荷基本额定动载荷C C代表了轴承的承载能力和抗疲劳点蚀能力。代表了轴承的承载能力和抗疲劳点蚀能力。一、基本概念与公式一、基本概念与公式 滚动轴承的载荷与寿命之间的关系（疲劳曲线）:,3;,10/3寿命指数 对于球轴承对于滚子轴承。对陶瓷轴承，=16/3:,3;,10/3寿命指数 对于球轴承对于滚子轴承。:,3;,10/3寿命指数 对

17、于球轴承对于滚子轴承。10F L常数101CL F61010CLrF一、基本概念与公式一、基本概念与公式6101060hCLhnF6101060ThPf CLhnf F寿命计算设计：寿命计算设计：L Lh hLLh h( (预期寿命预期寿命) )常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命，而不是转数，故而不是转数，故L10就变为就变为L10h一、基本概念与公式一、基本概念与公式一、基本概念与公式一、基本概念与公式一、基本概念与公式一、基本概念与公式二、当量动载荷二、当量动载荷对于同时作用有径向载荷和轴向载荷的轴承，在进行轴承寿命计算时，为了和基本额定动负荷进行比较，须把实际载荷折算为

18、与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当当量动载荷量动载荷，用F表示。当量动载荷F的计算式为：raFXFYFraFF 、轴承的径向载荷和轴向载荷XY 、径向系数和轴向系数向心轴承只承受径向载荷时rFF推力轴承只承受轴向载荷时aFF三、角接触轴承的内部轴向力三、角接触轴承的内部轴向力轴承类型轴承类型角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承7000C型型(=150)7000AC型型(=250)7000B型型(=400)FS0.4Fr0.7FrFrFr/2Y表表11.13 角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的内部轴向力F

19、S由力的平衡条件得由力的平衡条件得21SSAWFFF作用在轴承2上的轴向载荷为作用在轴承上的轴向载荷只有自身的内部轴向力,即11aSFF221aSASFWFFF12SASFFF若若三、角接触轴承的内部轴向力三、角接触轴承的内部轴向力轴承轴向载荷计算总结：1、轴承的轴向载荷与轴承部件的结构，与固定方式密切相关。2、在轴上的轴向载荷和轴承的内部轴向力同时作用下， 有一个轴承有被压紧的趋势，另一个有放松的趋势；3、被放松的轴承轴向载荷，等于自身的内部轴向力；4、被压紧的轴承轴向载荷，等于除自身以外的轴向力之和。11aSFF21aASFFF22aSFF12aASFFF四、轴承寿命计算程序框图四、轴承寿

20、命计算程序框图已知 12rrAhFFFnL、 、工况选择类型选择代号查 0CC、计算 12SSF 、F计算 12aaFF、计算 0/aFC查 e值/arFFe查X、Y值raFXFYF6101060ThPfCLnfF10hhLL输出结果YY查 rFFpTff、NN10.6 10.6 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算滚动轴承中受载最大的滚动体与滚道的接触中心处引起的计算接触应力达到一定值时的载荷，为轴承的基本额定静负荷基本额定静负荷C C0。滚动轴承的静强度校核公式为00000,CS FSFN静强度安全系数当量静载荷低速、静止、摆动的轴承，不会产生疲劳，但容易产生冲击塑性变形，失效为滚动体和内外圈接触处产生的过大的塑性变形。对于向心接触轴承、向心角接触轴承，当量静载荷取下面两式中对于向心接触轴承、向心角接触轴承，当量静载荷取下面两式中计算出的较大值计算出的较大值000rraFX FY F00XY 、分别为静径向系数 和静轴向系数0rrFF当量静载荷当量静载荷F F0