第13章滚动轴承

1、第第13章章 滚动轴承滚动轴承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。13-1 13-1 概述概述13-2 13-2 滚动轴承的主要类型和代号滚动轴承的主要类型和代号13-3 13-3 滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择13-4 13-4 滚动轴承的工作情况滚动轴承的工作情况13-5 13-5 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择13-6 13-6 轴承装置的设计轴承装置的设计13-7 13-7 滚动轴承与滑动轴承性能对照滚动轴承与滑动轴承性能对照13-8 13-8 滚动轴承例题分析滚动轴承例题分析13-

2、1 概概 述述各零件的作用：各零件的作用：外圈：外圈：支撑零件或轴系；支撑零件或轴系；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

3、，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：滚动副的材料要求：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。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 轴向承载能力轴向承载能力 = = 0 表表13-1 各类轴承的公称接触角

4、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。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。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表表13-2 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

5、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。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分向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承一、分类一、分类 向心推力轴承向心推力轴承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

6、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。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。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

7、，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13-2 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

8、不高之处。载荷大、转速不高之处。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 )较高较高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13-2 滚动轴承的主要类型和特性（

9、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表表13-2 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。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

10、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)滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等，为便于组织生产和选用，规定了滚动轴承的代号，二、二、 滚动轴承的代号滚动轴承

11、的代号宽宽(高高)度度系列代号系列代号直径系列直径系列代号代号前置代号前置代号 基本代号基本代号共5位 后置代号后置代号表表13-3 滚动轴承代号的排列顺序滚动轴承代号的排列顺序（ ）类类型型代代号号尺寸系列代号尺寸系列代号注：注： 代表字母；代表字母； 代表数字代表数字 或加或加2. 基本代号：基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。表示轴承的基本类型、结构和尺寸。 类型代号类型代号 -左起第一位，为左起第一位，为0（双列角接触球轴承双列角接触球轴承） 则省略。则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承成套轴承分部件代分部件代号号1. 前置代号前置代号-成套轴承分部件代号。成套轴承分部件代号

12、。0调心滚子轴承调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承30000推力球轴承推力球轴承50000a)单向单向b)双向双向深沟球轴承深沟球轴承60000角接触球轴承角接触球轴承70000推力圆柱推力圆柱滚子轴承滚子轴承80000圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承N0000滚针轴承滚针轴承a) NA0000b) RNA0000调心球轴承调心球轴承100006 6深沟球轴承深沟球轴承L L直线轴承直线轴承5 5推力球轴承推力球轴承U U外球面球轴承外球面球轴承4 4双列深沟球轴承双列深沟球轴承NANA滚针轴承滚针轴承3 3圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承N N圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承2929推力调心滚子轴承推

13、力调心滚子轴承9 9推力圆锥滚子轴承推力圆锥滚子轴承2 2调心滚子轴承调心滚子轴承8 8推力滚子轴承推力滚子轴承1 1调心球轴承调心球轴承7 7角接触球轴承角接触球轴承0 0双列角接触球轴承双列角接触球轴承代号代号轴承类型轴承类型代号代号轴承类型轴承类型滚动轴承主要类型代号表滚动轴承主要类型代号表 内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000300400200尺寸系列代号尺寸系列代号-左起第二、三位。左起第二、三位。宽宽(高高)度度系列代号系列代号直径系列直径系列代号代号前置代号前置代号 基本代号基本代号 后置代号后置代号表表13-3 滚动轴承代号的排列顺序滚动轴承代号的排列顺序（ ）

14、类类型型代代号号尺寸系列代号尺寸系列代号注：注： 代表字母；代表字母； 代表数字代表数字 或加或加成套轴承成套轴承分部件代分部件代号号表表13-4 向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号直径系列代号推力轴承推力轴承向心轴承向心轴承01(0) 0(0) 1101120211011234特轻特轻轻轻中中重重(0) 2(0) 3(0) 41213222324121314222324(0)1212窄窄正常正常宽宽正常正常尺寸系列代号尺寸系列代号宽度系列代号宽度系列代号高度系列代号高度系列代号内径代号内径代号 - 基本代号左起第四、五位。基本代号左起第四、五

15、位。表表13-5 轴承的内径代号轴承的内径代号 内径代号内径代号轴承内径尺寸轴承内径尺寸 mm00100102030499数字数字 5121517宽宽(高高)度度系列代号系列代号直径系列直径系列代号代号前置代号前置代号 基本代号基本代号 后置代号后置代号表表13-3 滚动轴承代号的排列顺序滚动轴承代号的排列顺序（ ）类类型型代代号号尺寸系列代号尺寸系列代号注：注： 代表字母；代表字母； 代表数字代表数字 或加或加成套轴承成套轴承分部件代分部件代号号3. 后置代号后置代号 - 用字母（或加数字）表示。用字母（或加数字）表示。 内部内部结构结构表表13-6 轴承后置代号排列顺序轴承后置代号排列顺序

16、后置代号组后置代号组含含 义义1密封与防尘密封与防尘套圈变形套圈变形238保持架保持架及材料及材料游隙游隙轴承轴承材料材料公差公差等级等级配置配置其它其它7456宽宽(高高)度度系列代号系列代号直径系列直径系列代号代号前置代号前置代号 基本代号基本代号 后置代号后置代号表表13-3 滚动轴承代号的排列顺序滚动轴承代号的排列顺序（ ）类类型型代代号号尺寸系列代号尺寸系列代号注：注： 代表字母；代表字母； 代表数字代表数字 或加或加成套轴承成套轴承分部件代分部件代号号注：注：公差等级中公差等级中0级最低，向右依次增高，级最低，向右依次增高，2级最高。级最高。 表表13-7 轴承内部结构常用代号轴承

17、内部结构常用代号 轴承类型轴承类型 代代 号号 含含 义义 示示 例例 B =4=40 7210B 角接触球轴承角接触球轴承 C =15=15 7210C AC =25=25 7210AC圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 B 接触角接触角加大加大 32310BE 加强型加强型 N207E表表13-8 公差等级代号公差等级代号 代代 号号 省略省略 /P6 /P6x /P5 /P4 /P2公差等级符合标准的公差等级符合标准的 0级级 6级级 6x级级 5级级 4级级 2级级示示 例例 6203 6203/P6 30201/P6x 6203/P5 6203/P4 6203/P2三、滚动轴承代号示例三、滚动

18、轴承代号示例 6 2 2 037 (0) 3 12 AC / P6轴承内径轴承内径 d=17 mm直径系列代号，直径系列代号，2(轻轻)系列系列 宽度系列代号，宽度系列代号，2(宽宽)系列系列 深沟球轴承深沟球轴承 公称接触角公称接触角 = =25 轴承内径轴承内径 d=125=60 mm直径系列代号，直径系列代号，3(中中)系列系列 宽度系列代号，宽度系列代号，0(窄窄)系列，代号为系列，代号为0，不标出，不标出 角接触球轴承角接触球轴承 公差等级公差等级6级级 公差等级为公差等级为0级级;游隙组为游隙组为0组；组；游隙组为游隙组为0组；组；N 1 05 / P5公差等级公差等级5级级 轴承

19、内径轴承内径 d=25 mm直径系列代号，直径系列代号，1(特轻特轻)系列系列 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 游隙组为游隙组为0组；组； 3 0 2 13轴承内径轴承内径 d=65 mm直径系列代号，直径系列代号，2(轻轻)系列系列 宽度系列代号，宽度系列代号，0(窄窄)系列系列 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 公差等级为公差等级为0级级;游隙组为游隙组为0组；组；13-3 滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择 滚动轴承是标准零件，要求设计者应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。一、滚动轴承选择的一般过程一、滚动轴承选择的一般过程 根据载荷性质选择轴根据载荷性质选择轴承的

20、类型和直径系列承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径按轴径确定轴承内径不进行承载不进行承载能力验算能力验算N NY YEND合格吗？合格吗？校核承载能力校核承载能力 Y Y有严格要求吗？有严格要求吗？N N承受径向载荷为主；承受径向载荷为主；0 4545 45 90 Fr tg Fae 轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于Fd与与Fac中较大的一个，即：中较大的一个，即： Fa =max Fd Fae 1)1)假设没有外部轴向力假设没有外部轴向力Fae 工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。-最常见最

21、常见13-5 13-5 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择轴承承受的载荷轴承承受的载荷轴承寿命要求轴承寿命要求可靠性的要求可靠性的要求决定了滚动轴承尺寸决定了滚动轴承尺寸 滚动轴承的载荷滚动轴承的载荷动载荷动载荷静载荷静载荷失效形式不同。失效形式不同。疲劳破坏疲劳破坏永久变形永久变形当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。早期磨损早期磨损胶合胶合轴承元件破裂轴承元件破裂 维护保养不当而造成。维护保养不当而造成。一、一、滚动轴承的滚动轴承的失效形式失效形式 失效失效形式形式205

22、1015501000R(%) 轴承的寿命曲线轴承的寿命曲线L/(110-6 r)对一组同一型号的轴承，由于材料、热处理和工艺等很多随机因素的影响，即使在相同条件下运转，寿命也不一样，有的甚至相差几十倍。因此，对一个具体的轴承，很难预知其确切的寿命。实验表明：寿命与可靠性有关。如图定义：定义：轴承在一定转速下，其轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为：之前的工作小时数称为：可靠度：可靠度：一组相同轴承能达到一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比或超过规定寿命的百分比. .基本额定寿命：基本额定寿命：一组同一型号轴一组同一型号轴承，在同一运转

23、条件下，其可靠承，在同一运转条件下，其可靠度度R为为9090%时，能达到或超过的时，能达到或超过的寿命寿命L(LL(Lh h) )在到达额定寿命时，有在到达额定寿命时，有9090%的轴承的轴承没坏，只损坏了没坏，只损坏了1010%。对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%单位为百万转106 r，或小时. 换句话说寿命为1百万转时. 可靠度为90%，寿命为5百万转时. 可靠度只有50%，轴承寿命轴承寿命 二、二、滚动轴承的滚动轴承的寿命计算寿命计算 表表13-3 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 /

24、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 4000060000 定义：定义：当一套轴承运转达到一百万（当一套轴承运转达到一百万（106）转时，轴转时，轴 承所能承受的载荷承所能承受的载荷C。.向心轴承记为：向心轴承记为：Cr，可查表推力轴承记为：推力轴承记为：Ca基本额定动载荷基本额定动载荷 不同的轴承该值不一样，它表征了轴承的承载特不同的轴承该值不一样

25、，它表征了轴承的承载特性。是在大量试验的基础上，通过理论分析得到，需性。是在大量试验的基础上，通过理论分析得到，需要时可从设计手册或轴承样本中查得要时可从设计手册或轴承样本中查得。.寿命计算公式寿命计算公式 通过试验得出如图所示通过试验得出如图所示62086208轴承的载荷轴承的载荷寿命曲线。寿命曲线。 曲线上对应于曲线上对应于 Lh=106 的载的载荷为荷为: : 29.5KN。 载荷载荷-寿命曲线的公式：寿命曲线的公式：rPCL610寿命指数：寿命指数：-球轴承球轴承-滚子轴承滚子轴承hPCnLh60106用小时表示：用小时表示：3 310/310/3=0 1 2 3 4 5 10 15

26、L (106)29.5252015105P KN基本额定动载荷：基本额定动载荷：P-动载荷动载荷 NnLPCh61060LLh h-预期寿命预期寿命 当当 t100t100 时，时， C C 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。表表13-4 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 10025020015012530010.950.900.700.800.60Ct= ft C修正后的计算公式：修正后的计算公式： rPCfLt610hPCfnLth60106NnLfPCht61060表表13-6 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

27、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最终计算公式：最终计算公式：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。 三、当量动载荷的计算三、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，称为当量载荷。含义：含义

28、：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=fp(X Fr+Y Fa)X-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。见下页 向心轴承：向心轴承：P=Fr推力轴承：推力轴承：P=Fa理由：理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然，单向载荷与双向

29、载荷作用下，轴承的寿命是很显然，单向载荷与双向载荷作用下，轴承的寿命是不一样的。不一样的。表表13-5 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 eFa / 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

30、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) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 调心球轴承调心球轴承(双列双列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (单列单列)1.1.若若 Fae+ + Fd2 Fd1压紧端：压紧端：Fa1 = = Fae+ + Fd2 放松端：放松端：Fa2 = = Fd2 2.2.若若 Fae+ +Fd2 Fd1 则有：则有： 压紧端：压紧端：Fa1 = = Fae+ + Fd2 放松端：放松端：Fa2 = = Fd2 2.2.若若 Fae+ +Fd2 e/ReFa/FreFa/Fre额定动载荷额定动载荷C(KN)C(KN)角接触球轴承角接触球轴承7208AC(46208)7208AC(46208)0.70.7X XY YX XY Y0.410.410.870.871 10 059.859.8解：解：（l）求轴承的