机械设计 滚动轴承

1、第第3.23.2章章 滚动轴承滚动轴承第第3.23.2章章 滚动轴承滚动轴承第第3.23.2章章 滚动轴承滚动轴承3.2.13.2.1滚动轴承的结构和国家标准滚动轴承的结构和国家标准J滚动轴承的结构滚动轴承的结构J滚动轴承的类型及选用滚动轴承的类型及选用J滚动轴承的类型、特点滚动轴承的类型、特点J滚动轴承的国家标准滚动轴承的国家标准 J 滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择9.3.29.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则3.2.13.2.1滚动轴承的结构及滚动轴承的结构及国家标准国家标准内内 圈圈保持架保持架外圈外圈滚动体滚动体J滚动轴承的结构滚动轴承的结构保持架：

2、低碳钢；铜、铝、塑料 3.2.13.2.1滚动轴承的结构及及滚动轴承的结构及及国家标准国家标准保持架的作用：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。保持架的作用：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。滚动体的形状滚动体的形状圆柱滚子球面滚子圆锥滚子球滚针3.2.13.2.1滚动轴承的结构及滚动轴承的结构及及及国家标准国家标准轴承材料轴承材料J保持架：低碳钢；铜、铝、塑料保持架：低碳钢；铜、铝、塑料J轴承内、外圈、滚动体材料：轴承内、外圈、滚动体材料：强度高、耐磨强度高、耐磨性好性好轴承钢：轴承钢：铬猛合金钢，铬猛合金钢，GCr15GCr15， 硬度硬度 6065 6065 HRCHRC3.2.13.

3、2.1滚动轴承的组成及及滚动轴承的组成及及国家标准国家标准3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及滚动轴承的类型及及国家标准国家标准滚动轴承的分类、特点滚动轴承的分类、特点J 按滚动体分：球轴承和滚子轴承按滚动体分：球轴承和滚子轴承J 按调心特点分：调心轴承和非调心轴承按调心特点分：调心轴承和非调心轴承J 按承受载荷的方向分：按承受载荷的方向分：J向心轴承（主要承受径向载荷）向心轴承（主要承受径向载荷）J推力轴承（主要承受轴向载荷）推力轴承（主要承受轴向载荷）J向心推力轴承（可以承受径向和轴向载荷）向心推力轴承（可以承受径向和轴向载荷）3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及滚动轴承的类型及及国家

4、标准国家标准向心轴承向心轴承（主要承受径向载荷）（主要承受径向载荷）J深沟球轴承（深沟球轴承（6 6）J圆柱滚子轴承（圆柱滚子轴承（N N）J调心球轴承（调心球轴承（1 1）3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及滚动轴承的类型及及国家标准国家标准推力轴承（主要承受轴向载荷）推力轴承（主要承受轴向载荷）向心推力轴承（承受径向和轴向向心推力轴承（承受径向和轴向载荷）载荷）J角接触球轴承角接触球轴承（7）J圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承（3）3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及国家标准滚动轴承的类型及及国家标准接触角接触角 ：向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与半径方

5、向的夹角。线与半径方向的夹角。载荷角载荷角 ：轴承实际承受的径向载荷轴承实际承受的径向载荷R R 与轴向载荷与轴向载荷A A的合力与半径方向的夹角的合力与半径方向的夹角。角接触球轴承角接触球轴承（7） 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承（3） NN3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及滚动轴承的类型及及国家标准国家标准RA3.2.13.2.1滚动轴承的类型及及滚动轴承的类型及及国家标准国家标准P123P123表表3-73-714235NAN2967 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承（N）基本代号基本代号五五 四四 三三 二一二一内径20480宽度系列宽度系列 多数正常系列可不标多数正常系列可不标类型直径系列 2

6、 2轻轻3 3中中4 4重重前置代号前置代号分部件分部件内圈内圈外圈外圈保持架保持架滚动体滚动体后置代号后置代号公差材料公差材料特殊结构特殊结构C15C15 AC25 AC25 B 40 B 40 公差公差/P2/P2、4 4、5 5、6 6、6x6x、0 0 游隙游隙/C1/C1、2 2、0 0、3 3、4 4、5 5滚动轴承的代号滚动轴承的代号（GB/T27293）例：7211C/P5角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径5555、接触角、接触角15 15 5 5级精度。级精度。滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择1.轴承的载荷2.轴承的转速3.轴承的调心

7、性能4.轴承的安装与拆卸5.经济性滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择1.1.轴承的载荷轴承的载荷J大小：滚子轴承承载优于球轴承J方向：径向R（6、1、N） 轴向A（5）R+ A（7、3、6）滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择1.1.轴承的载荷轴承的载荷滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择1. 1.轴承的载荷轴承的载荷滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择2. 2.轴承的转速轴承的转速J极限转速nlim ：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴承的最大允许转速。J对高转速的轴承：1.优先选用球轴承（润滑的阻力）2.轻系列轴承优于中、重系列（离心力）3.实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩

8、擦）4.提高公差等级、改善润滑条件等滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择2.2.轴承的转速轴承的转速J推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低极限转速较低3.轴承的调心性滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择816241.534.轴承的安装与拆卸5.经济性J滚动体采用球比滚子便宜，精度适宜滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择3.3.23.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则工作情况分析失效分析与设计准则3.3.2

9、3.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则工作情况分析工作情况分析J轴承工作时轴承元件上的载荷分布轴承工作时轴承元件上的载荷分布R运动关系：内运动关系：内/ /外圈相对回外圈相对回转；滚动体转；滚动体 既自转又公转。既自转又公转。zFzFFzFzFFrrrr/6 . 4/08. 4/5/37. 4:maxmax滚子：球向心轴承，在载荷向心轴承，在载荷Fr Fr 的作用的作用 下，下，假设下半圈滚动体受力：假设下半圈滚动体受力： 根据变形关系，中间滚动体受根据变形关系，中间滚动体受 力最大，向两边逐渐减小。力最大，向两边逐渐减小。工作情况分析工作情况分析J角接触轴承的载荷

10、情况：轴向载荷对载荷分布的影响较角接触轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。大，可能半圈、多半圈或整圈受载。J为保证半圈滚动体受力，则：为保证半圈滚动体受力，则：Pi球轴承Fa/Fr1.22tg滚子轴承Fa/Fr1.26tg轴向载荷的利弊轴向载荷的利弊？ Fa/Fr = tg FaFr3.3.23.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则3.3.23.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则工作情况分析工作情况分析J 轴承元件上的载荷及应力的变化轴承元件上的载荷及应力的变化滚动体滚动体固定套圈固定套圈R轴向力由滚动

11、体平均分担轴向力由滚动体平均分担受最大径向载荷的滚动体负载为受最大径向载荷的滚动体负载为载荷载荷rFzF503.3.23.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式 失效形式失效形式 对策对策1. 点蚀点蚀 寿命计算寿命计算2. 塑性变形塑性变形 静载荷计算，正确使用静载荷计算，正确使用3. 磨损磨损 润滑，密封润滑，密封4. 元件回火元件回火 润滑，散热，限制最高转速润滑，散热，限制最高转速5. 元件破裂元件破裂 正确安装使用正确安装使用3.3.23.3.2滚动轴承的失效形式与设计准则滚动轴承的失效形式与设计准则设计准则设计准则J1.

12、1.点蚀：点蚀：转速大于转速大于10r/min10r/min的轴承的轴承,主要是安装、主要是安装、润滑、维护良好的轴承重复受到变化的接触润滑、维护良好的轴承重复受到变化的接触应力。应力。-寿命计算寿命计算J2. 2.塑性变形：塑性变形：转速小于转速小于10r/min10r/min或受冲击载荷或受冲击载荷作用下的轴承作用下的轴承-静强度校核静强度校核J3. 3. 磨损：磨损：高速轴承，高速轴承，密封不可靠、多尘工作密封不可靠、多尘工作环境产生的磨粒磨损；润滑不可靠使工作表环境产生的磨粒磨损；润滑不可靠使工作表面发热而产生的胶合磨损面发热而产生的胶合磨损-寿命计算寿命计算+ +校核校核极限转速极限

13、转速3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算1.滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷2.滚动轴承的寿命计算3.滚动轴承的当量动载荷4.滚动轴承的静载荷5.滚动轴承和滑动轴承的性能对比3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算基本额定寿命J在相同的运转条件下，一组轴承中10的轴承发生点蚀破坏，而90的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以106为单位）或小时数作为轴承的寿命，并将这个寿命称为基本额定基本额定寿命寿命（L10）。3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算滚动轴承的基本额定动载荷J轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命等于106次的载荷值，用

14、符号C表示。J对于向心轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承 径向基本额定动载荷CrJ对推力轴承 轴向基本额定动载荷CaJC 与轴承的类型、材料、型号有关Cr 、Ca可从手册中查出可从手册中查出3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算载荷载荷寿命曲线寿命曲线CPL10滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算)15-3(10)(610rPCL3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算rPCL61010)(610)(6010hhLPCnL61060hLnPC 工作温度高于工作温度高于120120时：温度系数时：温度系数 f fT T查表查表3-103-10推荐

15、值预期寿命表hL11-3轴承预期寿命轴承预期寿命3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算滚动轴承的当量动载荷Pr = fp(X Fbr+Y Fba)轴向载荷系数，轴向载荷系数， P131表表3-123-12径径向载荷系数向载荷系数仅能承受径向载荷的轴承仅能承受径向载荷的轴承N N类类 P = fpFbr 仅能承受轴向载荷的轴承仅能承受轴向载荷的轴承 5 5类类 P = fpFba深沟球轴承当量动载荷的计算深沟球轴承当量动载荷的计算角接触轴承当量动载荷的计算角接触轴承当量动载荷的计算冲击载荷系数，P132表3-13oraCiF /例题：齿轮减速器的高速轴轴承转速3000r/min

16、,采用一对内径40mm的深沟球轴承，已知轴承径向载荷FR=2000N，轴向载荷FA=900N,预期寿命Lh =4000h,试选择轴承型号。解：1、求当量动载荷P）（baprYFXFfPbr45. 02000/900/brbaFF初定初定63086308轴承轴承，037. 0/,2400rArCFkNC由表由表3-123-12，得，得X=0.56X=0.56，Y=1.9Y=1.9，查表取，查表取NPr36803 . 12830)9009 . 1200056. 03 . 1 （eFFbr/23. 0eba，3 . 1pfNLnPChr32974400010300060368010603662.求基

17、本额定动载荷3.选择轴承型号由轴承资料，由轴承资料，63086308轴承轴承Cr =40800NCrcCr =40800NCrc，C C0r0r=24000N,Fba/ C=24000N,Fba/ C0r0r=0.0375,=0.0375,仍满足仍满足结论：选用深沟球轴承6308eFFbr/ba例题：思考：思考：F Fa aF Ft tF Fr r3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算角接触轴承的轴向力角接触轴承的轴向力F Fbaba和当量动载荷的计算和当量动载荷的计算J1 1、内部轴向力、内部轴向力J2 2、角接触轴承的轴向载荷、角接触轴承的轴向载荷J3 3、角接触轴承的、

18、角接触轴承的当量动载荷J例题 1 1、内部轴向力、内部轴向力SSiFFrRiFiF)cos(F FSiSiFRF FRiRi3.3.33.3.3滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算派生轴向力派生轴向力F FS1S1、F FS2S2FrFrFaFaFrFbr1Fbr2Fbr2Fbr1FS1FS2保证半圈受力保证半圈受力Y Y、e e查轴承手册查轴承手册 30000 70000C 70000AC 70000BF FS1S1=Fbr/2Y F FS1S1=eFbr F FS1S1=0.68Fbr F FS1S1=1.14Fbr p132表3-141 1、角接触轴承的内部轴向力：、角接触轴承的内部轴向

19、力：大小、方向大小、方向FS1FS2根据根据F FS1S1、F FS2S2及外加及外加轴向载荷轴向载荷F Fba ba “ “判断判断”：左轴承左轴承 被压紧，右轴承被放松则被压紧，右轴承被放松则 F Fba1= F= Fa a + F + FS2S2 F Fba2= F= FS2S2结论：结论： 1. 1. “放松放松”轴承的轴向力等于其派生轴向力；轴承的轴向力等于其派生轴向力； 2. 2. “压紧压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。 右轴承右轴承 被压紧，左轴承被压紧，左轴承 被放松则被放松则 F Fba1= F= FS1S1 F Fba2=F=F

20、S1S1- F- Fa a2 2、角接触轴承的轴向载荷、角接触轴承的轴向载荷F Fbaba12SaSFFFFRFbr1Fbr2FS1FS2Fa1a2SSFFF2 2、角接触轴承的轴向载荷、角接触轴承的轴向载荷F Fbaba 总结：角接触轴承轴向力总结：角接触轴承轴向力F Fbaba的确定：的确定：1 1、确定轴承内部轴向力、确定轴承内部轴向力FsFs的大小及方向，的大小及方向，2 2、确定轴系所受外部轴向力、确定轴系所受外部轴向力F Fa a的大小及方向，的大小及方向，3 3、根据力的平衡条件确定哪个轴承被压紧，哪个轴、根据力的平衡条件确定哪个轴承被压紧，哪个轴承放松承放松4 4、“放松放松”

21、轴承的轴向力等于其内部轴向力；轴承的轴向力等于其内部轴向力； “ “压紧压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。FrFAFs1 Fs22 1 Fbr1Fbr23 3、角接触轴承的当量动载荷、角接触轴承的当量动载荷 由径向受力平衡条件求出支点反力由径向受力平衡条件求出支点反力 ）（babrprYFXFfPFaFrFbr2Fbr1例题：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承例题：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承3020530205，轴上径向载荷，轴上径向载荷F FR R=3000N,=3000N,轴向载荷轴向载荷F Fa a=500N,=500N,求

22、轴承求轴承的轴向载荷。的轴向载荷。1. 1.计算径向力计算径向力F Fbr1br1= F= Fbr2br2 = = 1500N1500N5050F Fbr1br1F Fbr2br2FR F a2. 2.计算内部轴向力计算内部轴向力F FS S查表，查表，Y=1.6Y=1.6由表由表3-143-14 F Fbr1br1F Fbr2br2Fa=500NF FS1S1F FS2S2NYFFFSS7 .4686 . 12150021br21 左轴承左轴承放松放松 ： F Fba1ba1=F=FS1S1=468.7N=468.7N右轴承右轴承压紧：压紧： F Fba2 ba2 = = F Fa a +F

23、 +FS1S1=968.7N=968.7N3. 3.计算轴向载荷计算轴向载荷2a1SSFFFF Fbr1br1F Fbr2br2Fa=500NF FS1S1F FS2S2例题：已知例题：已知3020530205轴承支撑的轴系如图轴承支撑的轴系如图F FR R=3000N=3000N，分析，分析轴承所收受的轴向力。轴承所收受的轴向力。NFNFbr2000,100021br解：(a)中Fa=0Y=1.6Y=1.6NYFFNYFFbrSbrS6256 . 12200025 .3126 . 12100022211Fba2=Fba1=625NF Fbr1br1F Fbr2br2F FS1S1F FS2S

24、2FR2L2LL LF Fbr1br1F Fbr2br2F FS1S1F FS2S2FR2L2LL LFa=500NF Fbr1br1F Fbr2br2F FS1S1F FS2S2FR2L2LL LFa=500NFaFaF FS1S1F FS2S2F Fbr1br1F Fbr2br221215 .812625,5 .312SSaSSFFFNFNF解(b) Fa=500NNFFFNFFaSbaS5 .8125 .3121211baF FR1R1F FR2R2F FS1S1F FS2S2FR2L2LL LFa=500N右轴承压紧右轴承压紧解(b) Fa=300N21215 .612625,5 .3

25、12SSaSSFFFNFNFNFFFNFFaSbaSba3253006256252122F FR1R1F FR2R2F FS1S1F FS2S2FR2L2LL LFa=300N左轴承压紧左轴承压紧解解(c) (c) Fa=500NFa=500N12211125625,5 .312SFFNFNFSaSSNFFFNFFaSbaSba11256252122F Fbr1br1F Fbr2br2F FS1S1F FS2S2FR2L2LL LFa=500N左轴承压紧左轴承压紧 例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈d d0 0=3035mm=3

26、035mm； 齿轮分度圆直径齿轮分度圆直径d=45mmd=45mm，F Ft t=3000N=3000N， F Fr r=1200N=1200N， F Fa a=900N=900N；n=385rpmn=385rpm，中等冲击载荷；请选择轴承型号并计算轴承，中等冲击载荷；请选择轴承型号并计算轴承寿命。寿命。1. 1.计算轴承的径向力计算轴承的径向力F Fbr 垂直平面垂直平面 : F: FVIVI=397.5=397.5， F FV2V2=802.5=802.5 水平平面水平平面: F: Fh1h1= F= Fh2h2=1500=1500解：选取轴承型号解：选取轴承型号“30206”30206”

27、 C=43.3kN C=43.3kN，e=0.37e=0.37，Y=1.6Y=1.65050NFbr15525 .3971500221NF17015 .8021500222brFV1FV2 Fh1 Fh2Fbr1Fbr2Fr FaFt 左轴承左轴承放松放松 ： F F ba1ba1= = FsFs 1 1=485N=485N右轴承右轴承压紧：压紧： F Fba2 ba2 = = F Fa a+F+FS1S1=1385N=1385N3. 3.计算当量动载荷计算当量动载荷FR1FR2Fa=900NFS1FS2NYFFbrS4856 . 121552211NYFFS6 .5316 . 1217012

28、2br2P P1 1=f=fP PF Fbr1=1.5=1.5 1552=23281552=2328N NP P2 2=f=fP P (X (X F Fbr2+Y +Y F Fba 2 2 ) ) =1.5=1.5 (0.4 (0.4 1701+1.7 1701+1.7 1385)=4558 1385)=4558N N 2. 2.计算轴向力计算轴向力F FA A由手册选轴承型号由手册选轴承型号“30206” 30206” C=43.2kN C=43.2kN，e=0.37e=0.37，Y=1.6Y=1.6；0131. 0155248511YXeFFbrba7 . 14 . 081. 01701138522baYXeFFbr4. 4.计算寿命计算寿命hPCnL115155)232824800(3856010)(60103/106161hPCnL13010)455843200(3856010)(60103/106262慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。变形。基本额定静载荷基本额定静载荷C C0 0：使受载最大的滚动体与滚道接使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到