浙大机械设计考研辅导课件第十四章 滚动轴承

1、浙江大学专用 第第 14 章章 滚动轴承滚动轴承 14-1 14-1 滚动轴承的构造、类型及代号滚动轴承的构造、类型及代号 14-2 14-2 滚动轴承的失效形式和承载能力计算滚动轴承的失效形式和承载能力计算 14-3 14-3 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 14-4 14-4 滚动轴承和滑动轴承的比较及其选择滚动轴承和滑动轴承的比较及其选择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。浙江大学专用 各零件的作用：各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；外圈：支撑零件或轴系；保持架保持架: 将滚动体分开。将滚动

2、体分开。内圈：支撑轴；内圈：支撑轴；滚动体：滑动滚动体：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，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。一、滚动轴承的构造一、滚动轴承的构造内外圈上有滚道，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：滚动副的材料要求： 14-1 14-1 滚动轴承的构造、类型及代号滚动轴承的构造、类

3、型及代号外圈、内圈、滚动体、保持架。外圈、内圈、滚动体、保持架。浙江大学专用 优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、优点：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：抗冲击能力差、高速时出现噪音。缺点：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：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面接触角：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称为公称接触角接触角之间的夹角称为公称接触角接触角轴向承载能力轴向承载能力。=0? =0? 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

4、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。二、滚动轴承的主要类型及特性二、滚动轴承的主要类型及特性浙江大学专用 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圆柱滚子圆柱滚子圆锥滚子圆锥滚子球面滚

5、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：表表14- 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。浙江大学专用 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

6、很大的径向载荷和少量轴向载荷承荷和少量轴向载荷承载能力大，具有调性载能力大，具有调性能。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、轴向联合载荷因向、轴向联合载荷因线性接触，承载能力线性接触，承载能力大，内外圈可分离，大，内外圈可分离，装拆方便，称对使装拆方便，称对使用。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、双向必需与轴线重合分为单、双向两种高速时，因滚动体离心力两种高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷

7、大、寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。转速不高之处。一一)单向单向表表14- 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浙江大学专用 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、双向必需与轴线重合分为单、双向两种高速时，因滚动体离心力两种高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、寿命较低，可用于

8、轴向载荷大、转速不高之处。转速不高之处。b)双向双向深沟球轴承深沟球轴承60000高高8 16 能同时承受较大的径能同时承受较大的径向、轴向联合载荷因向、轴向联合载荷因线性接触，承载能力线性接触，承载能力大，内外圈可分离，大，内外圈可分离，装拆方便，称对使装拆方便，称对使用。用。角接触角接触球轴承球轴承70000C(=15? )70000AC(=25? )70000B(=40? )较高较高2 10 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，大，承载能力越大，有三承载能力越大，有三种规格称对使用。种规格称对使用。表表14- 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主

9、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浙江大学专用 表表14- 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，内外圈只允

10、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)浙江大学专用 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：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，几点说明：由于结构不同，各类轴

11、承的使用性能也不相同，现说明如下。现说明如下。滚子轴承滚子轴承 (1.53) 球轴承在同样的外形尺寸下。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 公厘时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。公厘时，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? 45? 45? 100 t100 时，时， C C 引进温度系数引进温度系数 K t K t 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14-7 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

12、度系数 K t 10025020015012530010.950.900.700.800.60二、滚动轴承的寿命计算二、滚动轴承的寿命计算、当量动载荷的概念、当量动载荷的概念、寿命计算公式、寿命计算公式浙江大学专用 表表14-9 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KP1.01.21.21.81.83.0NLnKPKChtP/161060或：hPKCKnLPth60106修正结果：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 K P K P 进行修正。进行修正。浙江大学专用 表表14-8 轴承预期寿

13、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 4000060000、当量动载荷的计算、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

14、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：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后的假想载荷其效果与某一个基本额定动影响，经换算后的假想载荷其效果与某一个基本额定动载荷相当。载荷相当。计算公式：计算公式：P=Kp(X R+Y A)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。向心轴承：向心轴承：P=R推力轴承：推力轴承：P=A查表 16 12 P260浙江大学专用 表表14-10 向心轴承当量载荷系数向心轴承当

15、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 2.312.3A C0r eA / ReA / R 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

16、 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)浙江大学专用 角接触向心轴承轴向载荷的计算角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：受力分析：R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。Ni=Si+ QiSiQiS总轴向力S= Si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，对称安装下面分两个轴承面对面或背对背成对使用，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。

17、安装两种情况进行详细分析。Ni表表14-13 角接触向心球轴承角接触向心球轴承 轴承类型轴承类型 角接触向心球轴承角接触向心球轴承S eR 0.68R 1.14R 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承= = 15 = = 25 = = 40R / (2Y)Y是是 的轴向系数的轴向系数eR A-内部轴向派生力内部轴向派生力F的近似值可按如下近似公式计算第 i 个滚动体浙江大学专用 1.1.若若 FA+S 2 S 1FA+S 2 S 1压紧端：压紧端：A 1= FA+S 2A 1= FA+S 2放松端：放松端：A2= S2A2= S22.2.若若 FA+S 2 S 1FA+S 2 1 则有：则有：结论与正装相

18、同！结论与正装相同！压紧端：压紧端： 1= FA+1= FA+ 2 2放松端：放松端： 2= 2= 2 22.2.若若 FA+FA+ 2 2 1,1,则有：则有：放松端：放松端： 1= 1= 1 1压紧端：压紧端： 2= 2= 1- FA1- FA浙江大学专用 14-3 14-3 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择一、轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴轮轴2.2.径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；如斜齿轮轴锥滚子轴承；如斜齿轮轴浙江大学专用

19、 14-5 14-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择一、轴承类型的选择1.1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.2.径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆 锥滚子轴承；如斜齿轮轴锥滚子轴承；如斜齿轮轴3.3.纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。浙江大学专用 二、轴承的固定二、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关系，也就是要解决轴承

20、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浙江大学专用 两端固定支承两端固定支承浙江大学专用 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。选用深沟球轴承时，外圈与端盖间应留有间隙。游动支承游动支承选用圆柱滚子轴承时， 外圈应双向固定。 浙江大学专用 调整垫片调整垫片加减垫

21、片加减垫片二、轴承组合的调整二、轴承组合的调整加减垫片的厚度加减垫片的厚度螺钉调整螺钉调整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：浙江大学专用 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套圈浙江大学专用 3. 轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整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

22、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。目的：使轴上的零件具有准确的工作位置如齿轮、带目的：使轴上的零件具有准确的工作位置如齿轮、带轮等。轮等。例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。才能保证正确啮合。方法：套杯方法：套杯+调整垫片调整垫片浙江大学专用 锥顶点不重合！锥顶点不重合！轴承组合位置调整的方法：轴承组合位置调整的方法：套杯套杯+调整垫片调整垫片锥顶点重合！锥顶点重合！浙江大学专用 四、轴承的拆装四、轴承的拆装三

23、、轴承组合的配合三、轴承组合的配合配合类型配合类型内圈孔内圈孔-轴轴一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈紧。套圈紧。基孔制基孔制外圈外圈-轴承座孔轴承座孔 基轴制基轴制轴公差：轴公差： k6,m6内圈：内圈：设计轴承组合时，应考虑有利于轴承的拆装，以便在拆卸过程中不损坏其他零件。孔公差：孔公差： H7 ， J7,Js7 游动支点：游动支点： G7结构不合理！结构不合理！轴肩高度轴肩高度 内圈外经内圈外经内圈与轴采用具有过盈的过渡配合较松的过渡配合 间隙配合浙江大学专用 h1h1外圈：外圈：应留拆卸高度，或留螺孔。应留拆卸高度，或留螺孔

24、。浙江大学专用 、滚动轴承的润滑、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，吸振、降温、降噪。五、滚动轴承的润滑和密封五、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用于特殊固体润滑剂用于特殊场合场合用速度因素用速度因素 dn 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 公厘公厘 r/最小时，采用脂润滑，否最小时，采用脂润滑，否则用油

25、润滑。则用油润滑。脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一脂润滑优点：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：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环 境下使用。境下使用。dn 间接反映了轴颈的圆周速度。浙江大学专用 、滚动承的密封、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 dn 和工作温度和工作温度 t t 来确定。来确定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20 0 204060100 1

26、2080dn/(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润滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、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有关。密封表面的圆周速度有关。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 dn=100000 ， t=90 t=90 可用可用 110 号润滑油号润滑油110浙江大学专用 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