机械设计第章滚动轴承2

第16章滚动轴承§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2滚动轴承的代号§16-3滚动轴承的选择计算§16-4滚动轴承的润滑和密封§16-5滚动轴承的组合设计§16-1滚动轴承的基本类型和特点各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；保持架:将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动滚动；硬度和接触疲劳强度↑、耐磨性和冲击韧性↑

用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC。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。滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。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：优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。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↑→

轴向承载能力

↑α=0˚表16-1各类轴承的公称接触角轴承类型公称接触角向心轴承主要承受径向载荷推力轴承主要承受轴向载荷径向接触角接触轴向接触角接触0˚<α<45˚αα=90˚α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˚<α<90˚α滚动轴承标准化;并由专业厂大批量生产。设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承分类：表16-2滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2˚~3˚

主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚

比10000小能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。圆锥滚子轴承30000中2’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。a)单向表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。b)双向深沟球轴承60000高8’~16’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。角接触球轴承70000C(α=15˚)70000AC(α=25˚)70000B(α=40˚)较高2’~10’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。α大，承载能力越大，有三种规格。称对使用。表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承N0000较高2’~4’能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低只能承受径向载荷。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，极限转速低。不允许a)b)4.推力轴轴承→２(3)类→调心性性能好、承载载力较大滚动轴承的的基本类型型和特点表表16-21.径向轴轴承(α＝0°°)①深沟球轴轴承→６(0)类→nlim最高、价廉廉、优先采采用→Ｎ(2)类承载力较大大,内外可可分,只受受FR→ＮＡ(4)类→径向尺尺寸小,只只受FR②圆柱滚子子轴承③滚针轴承承2.调心轴轴承(αα＝0°)④调心球轴轴承→１类→调心性性能最好⑤调心滚子子轴承⑦圆锥滚子子轴承→承受FR+单向FA(∵α>０°→∴∴要成对使使用)→承载能力力>７类→承受FR+单向FA(∵α＞０°→∴∴要成对使使用)⑥角接触球球轴承αα→７(6)类→３(7)类3.角接触触轴承(０°＜α≤45°)→以FＡ为主→5(８)类→只承受受轴向(FＡ)载荷⑧推力球轴轴承⑨推力滚子子轴承→８类→单向FA（大）双向FA单向FA4.推力轴轴承1.承载载能力承受径向载载荷为主；；几点说明：：由于结构不不同，各类类轴承的使使用性能也也不相同，，现说明如如下。滚子轴承≈(1.5~3)球轴承在同样的外外形尺寸下下。2.极限限转速当d≤20mm时，两者承承载能力接接近，宜采采用球轴承承。因滚子轴承承贵角接触触球轴承可可以同时承承受径向载载荷和轴向向载荷。0˚<α<45˚→45˚<α<90˚→承受轴向载载荷为主；；α=0˚→α=90˚→滚动体为滚滚子，则只只能承受径径向载荷；；若滚动体为为球，可承承受一定的的轴向载荷荷。只能承受轴轴向载荷。。转速过高→温度↑→润滑失效→滚动体回火火或胶合破破坏。极限转速----滚滚动轴承在在一定载荷荷与润滑条条件下，允允许的最高高转速。大载荷采用滚子轴承3.角偏偏差影响轴承正正常运转。。角偏差↑→可采用调心心轴承。滚针轴承对对轴线倾斜斜最敏感，，应紧可能能避免在轴轴线有倾斜斜的情况下下使用。轴承由于安安装误差或或轴的变形形等都会引引起内外圈圈中心线发发生相对倾倾斜。其倾倾斜角称为为角偏差。调心轴承θ滚动轴承的的类型很多多，而各类类轴承又有有不同的结结构、尺寸寸、公差等等级、技术术要求等，，为便于组组织生产和和选用，规规定了滚动动轴承的代代号，§16-2滚滚动轴轴承的代号号宽(高)度度系列代号直径系列代号前置代号基本代号共5位

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代代号注：代表字母；代表数字或加2.基本本代号：表示轴承的的基本类型型、结构和和尺寸。类型代号----代表轴承的的类型，用用基本代号号左起的第第一位数字字或字母表表示，为0（双列角接触触球轴承)则省略略。是轴承代号号的基础，，有三项成套轴承分分部件代号号1.前置置代号----成成套轴承分分部件代号号。0内径代号调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承30000推力球轴承承50000a)单向b)双向深沟球轴承60000角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000调心球轴承10000内径相同，，而直径系系列代号不不同的四种种轴承的比比较。000300400200尺寸系列代代号----左左起第二、、三位。宽(高)度度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代代号注：代表字母；代表数字或加内径代号成套轴承分分部件代号号为了满足不不同承载能能力的需要要，把同一一内径的轴轴承，做成成不同的外外径和宽度度。内径代号----基基本代号号左起第四四、五位。。表16-5轴承的内径代号

内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号内径代号3.后置置代号----用用字母（（或加数字字）表示。。置于基本代代号右边，，并空半个个汉字距离离或用符号号“-”““/”分隔隔。内部结构表16-3轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号内径代号表16-6轴承内部结构常用代号轴承类型代号含义示例Bα=40˚7210B

角接触球轴承Cα=15˚7210C

ACα=25˚7210AC圆锥滚子轴承B接触角α加大32310BE

加强型N207E表示同一类类型轴承不不同的内部部结构，用用字母表示示，紧跟在在基本代号号的后面。。注：公差等级中中0级最低低，向右依依次增高，，2级最高高。表16-7公差等级代号

代号省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等级符合标准的0级6级6x级5级4级2级示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2表示轴承的公差等级，用字母和数字表示。游隙代号

常用的轴承径向游隙由小至大分为C1、C2、C0、C3、C4和C5，其中C0是常用的基本组游隙，在代号中可省略不写。实例：说明滚动轴轴承62203和7312AC/P6的含义622037(0)312AC/P6轴承内径d=17mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出角接触球轴承公差等级6级§16-3滚滚动轴轴承的选择择计算一、滚动体体的受力分分析二、失效形形式受纯径向载载荷Fr时，上半圈圈滚动体不不受力；下半圈各滚滚动体受力力大小方向向均不同。。可以导出：：z为滚动体体的总数。。疲劳破坏永久变形工作过程中中，滚动体体相对内外外圈不断转转动，因此此滚动体和和滚道接触触表面受脉脉动循环变变应力，产产生疲劳点点蚀。当轴承转速速很低或间间歇摆动时时，不会产产生疲劳损损坏。但很很大的静载载荷或冲击击载荷作用用下，会使使滚道和滚滚动体产生生永久变形形，从而使使轴承在运运转过程中中产生剧烈烈振动和噪噪音而失效效。早期磨损胶合内外圈和保保持架破裂裂维护保养不不当而造成成。所有水平分分力相互抵抵销，铅垂垂分力与外外载荷平衡衡。受纯轴向载载荷时，各各滚动体受受力相同；；Fr径向载荷的分布Fmaxδ2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×106r)对一组同一一型号的轴轴承，由于于材料、热热处理和工工艺等很多多随机因素素的影响，，即使在相相同条件下下运转，寿寿命也不一一样，有的的甚至相差差几十倍。。因此，对对一个具体体的轴承，，很难预知知其确切的的寿命。实实验表明：：寿命与可可靠性有关关。如图三、轴承寿寿命定义：轴承在一定定转速下，，其中任何何零件出现现疲劳扩展展迹象之前前的工作小小时数称为为：可靠度度：一组相相同轴轴承能能达到到或超超过规规定寿寿命的的百分分比.基本额额定寿寿命：：一组同同一型型号轴轴承，，在同同一运运转条条件下下，其其可靠靠度R为90%时，能能达到到或超超过的的寿命命L(Lh)在到达达额定定寿命命时，，有90%的轴承承没坏，，只损损坏了了10%。对于单单个轴轴承而而言，，其损损坏的的可能能性只只有90%单位为为百万万转106r，或或小时时.基本额额定动动载荷荷：当一套套轴承承运转转达到到一百百万转转时，，轴承所能能承受受的载载荷C。.向心轴轴承记记为：：Cr，可查表表推力轴轴承记记为：：Ca寿命为为1百百万转转时.可可靠度度为90%，寿命为为5百百万转转时.可可靠度度只有有50%，，轴承寿寿命大量试试验得得如下下关系系：寿命指指数：：---球轴轴承---滚子子轴承承用小时时表示示：P---当量量动载载荷310/3ε=是一假假想载载荷，，在这这一假假想的的当量量动载载荷P作用用下，，轴承承的寿寿命与与实际际载荷荷作用用下的的寿命命相等等。表16-8温度系数轴承工作温度℃

温度系数ft10025020015012530010.950.900.700.800.60轴承样样本中中列出出的基基本额额定动动载荷荷数值值是对对一般般轴承承而言言的，，当工作作温度度超过过100℃℃时，，基本本额定定动载载荷C有所降降低，，故引引进温温度系系数ft(ft≤l)，对对C值予以以修正正。表16-9载荷系数

载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0修正结结果：：工作中中冲击击振动动→→C↓引进载载荷系系数fP进行修修正。。表16-10轴承预期寿命Lh的参考值使用场合不经常使用的仪器和设备500Lh/h

短时间间或间间断使使用，，中断断时不不致引引起严严重后后果4000~8000间断使使用，，中断断时会会引起起严重重后果果8000~12000每天8h工工作的的机械械12000~20000每天24h连续续工作作的机机械40000~60000四、当当量动动载荷荷的计计算滚动轴轴承的的基本本动载载荷是是在一一定的的实验验条件件下确确定的的。对对于向向心轴轴承是是指轴轴承承承受纯纯径向向载荷荷；对对于推推力轴轴承是是指承承受中中心轴轴向载载荷。。实际际情况况可能能既受受径向向载荷荷又有有轴向向载荷荷，则则必须须将实实际载载荷换换算成成与实实验条条件相相同的的载荷荷后，，才能能和基基本额额定动动载荷荷进行行比较较。换换算后后的载载荷是是一种种假定定载荷荷，称称为当当量载载荷。。含义：：当量动动载荷荷是一一种考考虑径径向载载荷与与轴向向载荷荷双重影影响，经换换算后后的假想载载荷。其效效果与与某一一个基基本额额定动动载荷荷相当当。计算公公式：：P=XFr+YFaX----径向动动载荷荷系数数；Y----轴向动动载荷荷系数数。向心轴轴承：：P=Fr推力轴轴承：：P=Fa查表16——11P280对于向向心轴轴承，，当Fa/Fr>e时，可可由表表16-11查出出X和Y的数值值；当当Fa/Fr<e时，轴轴向力力的影影响可可以忽忽略不不计(这时时表中中Y=0,X=1)。e值列于于轴承承标准准中，，其值值与轴轴承类类型和和Fa/C0r比值有有关(C0r是轴承承的径径向额额定静静载荷荷)。。五、角角接触触向心心轴承承轴向向载荷荷的计计算受力分分析：：Fr由于α的存在在，即即使在在径向向载荷荷的作作用下下，其其接触触力可可分解解为径径向和和轴向向两个个分量量。Fi=F’i+F””iF’iF”iαF’总轴向向力F’=∑F’i为使内内部轴轴向力力平衡衡，以以免轴轴串动动，这这种轴轴承应应:成对使使用，，对称称安装装。下面分分两个个轴承承面对对面或或背对对背安安装两两种情情况进进行详详细分分析Fi表16-12角接触向心球轴承

轴承类型角接触向心球轴承F’eFr

0.68Fr1.14Fr圆锥滚子轴承α=15˚α=25˚α=40˚Fr/(2Y)Y是的轴向系数>eFrFa----内内部轴轴向力力F’的的近似似值可可按如如下近近似公公式计计算第i个个滚动动体1.若若FA+F’2>F’1压紧端端：Fa1=FA+F’2放松端端：Fa2=F’22.若若FA+F’2<F’1放松端端：Fa1=F’1压紧端端：Fa2=F’1-FAFA外圈窄窄边相相对安安装(正正装)结论：：放松端端轴承承的轴轴向载载荷=内部轴轴向力力压紧端端轴承承的轴轴向载载荷=其余轴轴向力力的代代数和和本身除除外轴承2(放放松端端)承承受的的轴向向载荷荷：a1a2O1O212F’2Fr2F’1Fr1由于轴轴承1的右右端已已固定定，轴轴不能能向右右移动动，轴轴承1被压压紧。。由平平衡条条件得得轴承承1(压紧紧端)承受受的轴轴向载载荷：：则轴承承2被被压紧紧。由由平衡衡条件件得：：a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)FAF’2Fr2F’1Fr1反装时时选左左边的的轴承承为1，右右边的的轴承承为2。1.若若FA+F’2>F’1则有：：结论与与正装装相同同！压紧端端：Fa1=FA+F’2放松端端：Fa2=F’22.若若FA+F’2<F’1,则有有：放松端端：Fa1=F’1压紧端端：Fa2=F’1-FA现将角角接触触轴承承轴向向载荷荷的计计算方方法归归纳如如下：：①比较较内部部向力力和轴轴向外外载荷荷，判判断其其合力力的指指向，，确定定“压压紧””端和和“放放松””端轴轴承；；②““压紧紧”端端轴承承的轴轴向载载荷等等于除除了其其本身身内部部轴向向力以以外的的其他他所有有轴向向力的的代数数和；；③““放松松”端端轴承承的轴轴向载载荷就就等于于其本本身内内部轴轴向力力。滚动轴轴承的的静载载荷计计算滚动轴轴承的的静载载荷是是指轴轴承内内外圈圈之间间相对对转速速为零零或接接近为为零时时作用用在轴轴承上上的载载荷。。为了了限制制滚动动轴承承在过过载或或冲击击载荷荷下产产生的的永久久变形形，有有时还还需按按静载载荷进进行校校核。。例题一、滚滚动轴轴承的的润滑滑润滑剂剂润滑目目的--减小摩摩擦、、减轻轻磨损损，吸吸振、、降温温、降降噪。。§19-4滚滚动轴轴承的的润滑滑和密密封密封目目的--防止灰灰尘、、水分分进入入轴承承，阻阻止润润滑剂剂流失失。润滑脂脂润滑油油固体润润滑剂剂用于特特殊场场合用速度度因素素dn值作为为选择择润滑滑剂的的条件件:---常常用---高高速、、高温温当dn<(1.5~2)×105mm·r/min时，采采用脂脂润滑滑，否否则用用油润润滑。。脂润滑滑优点点：不容易易流失失、便便于密密封和和维护护，充充填一一次，可可运转转较长长时间间。油润滑滑优点点：摩擦阻阻力小小、能能散热热，可可在高速、、高温温环境下使使用。。dn间间接反反映了了轴颈颈的圆圆周速速度。。二、滚滚动承承的密密封润滑油油的选选择：：润滑油油的粘粘度根根据速速度因因素dn和工作作温度度t来来确定定。油量不不宜过过多，，如果果采用用浸油油润滑滑，则则油面面高度度应不不超过过最低低滚动动体的的中心心，以以免产产生过过大的的搅油油损耗耗和热热量。。高速速轴承承通常常采用用喷油油或喷喷雾方方法润润滑1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

润滑油粘度的选择5cSt(40℃时)102065110250400滚动承承的密密封方方式的的选择择与润滑的的种类类、工工作环环境、、温度度、密密封表表面的的圆周周速度度有关。。分类接触式式非接触触式组合式式密封封毛毡圈圈密封封密封圈圈密封封间隙密密封迷宫式式密封封---毛毛毡毡迷迷宫宫式式密密封封110为保保证证轴轴承承在在机机器器中中正正常常工工作作，，除除合合理理选选择择轴轴承承类类型型、、尺尺寸寸外外，，还还应应正正确确进进行行轴轴承承的的组组合合设设计计，，处处理理好好轴轴承承与与其其周周围围零零件件之之间间的的关关系系。。也也就就是是要要解解决决轴轴承承的的轴轴向向位位置置固固定定、、轴轴承承与与其其他他零零件件的的配配合合、、间间隙隙调调整整、、装装拆拆和和润润滑滑密密封封等等一一系系列列问问题题。。一、、轴轴承承的的固固定定1.两两端端固固定定如图16-12a所示示，，使轴轴的的两两个个支支点点中中每每一一个个支支点点都都能能限限制制轴轴的的单单向向移移动动，，两两个个支支点点合合起起来来就就限限制制了了轴轴的的双双向向移移动动，这这种种固固定定方方式式称称为为两端端固固定定。§16-5滚滚动动轴轴承承的的组组合合设设计计它适适用用于于工工作作温温度度变变化化不不大大的的短短轴轴，，考考虑虑到到轴轴因因受受热热而而伸伸长长，，在在轴轴承承盖盖与与外外圈圈端端面面之之间间应应留留出出热热补补偿偿间间隙隙c,c=0.2~0.3mm(图16-12b)。。2.一一端端固固定定、、一一端端游游动动两个个支支点点中中使使一一个个支支点点双双向向固固定定以以承承受受轴轴向向力力，，另另一一个个支支点点则则可可作作轴轴向向游游动动(图16-13)。。可作作轴轴向向游游动动的的支支点点称为为游动动支支点点，显显然然它它不不能能承承受受轴轴向向载载荷荷。。适用用于于温温度度变变化化较较大大的的长长轴轴。。固定定端端可可采采用用单单个个深深沟沟球球轴轴承承、、两两个个角角接接触触球球轴轴承承或或圆圆锥锥滚滚子子轴轴承承组组合合及及向向心心轴轴承承与与推推力力轴轴承承组组合合等等，，要要求求轴承承的的内内、、外外圈圈都都要要固固定定，，以以便便能能承承受受双双向向轴轴向向载载荷荷，，保保证证轴轴系系固固定定。。游动动端端既既可可采采用用深深沟沟球球轴轴承承这这样样的的内内、、外外圈圈不不可可分分离离的的轴轴承承，，也也可可采采用用内内、、外外圈圈可可分分离离的的圆圆柱柱滚滚子子轴轴承承或或滚滚针针轴轴承承。。当当采采用用内内、、外外圈圈不不可可分分离离的的轴轴承承时时，，只需需固固定定轴轴承承内内圈圈，，而而让让外外圈圈可可以以在在轴轴承承座座孔孔内内自自由由游游动动(图16-13a)；当当采采用用内内、、外外圈圈可可分分离离的的轴轴承承时时，，轴承承的的内内、、外外圈圈均均需需固固定定，此此时时靠靠滚滚子子与与套套圈圈间间的的游游动动来来保保证证轴轴的的自自由由伸伸缩缩(图图b)。。1)靠靠加加减减轴轴承承盖盖与与机机座座间间垫垫片片厚厚度度进进行行调调整整（（图图16-14a））2)利利用用螺螺钉钉1通通过过轴轴承承外外圈圈压压盖盖3移移动动外外圈圈位位置置进进行行调调整整（（图图16-14b）），，调调整整之之后后，，用用螺螺母母2锁锁紧紧防防松松。。二、、轴轴承承组组合合的的调调整整1.轴轴承承间间隙隙的的调调整整轴承承间间隙隙的的调调整整方方法法有有：：2.轴轴承承的的预预紧紧所谓谓预预紧紧，，是指指在安安装装时时用用某某种种方方法法使使轴轴承承中中产产生生并并保保持持一一个个相相当当大大的的轴轴向向力力，，以以消消除除轴轴承承的的轴轴向向游隙隙，并并使使滚滚动动体体与与内内、、外外圈圈接接触触处处产产生生初初始始预预变变形形。预紧紧的的目目的的是是：：①提提高高支支承承刚刚性性；；②减减少少振振动动和和噪噪音音；；③提提高高旋旋转转精精度度。。预紧紧力力可可以以利利用用金金属属垫垫片片（（图图16-15a））、、磨磨窄窄套套圈圈（（图图16-15b））等等方方法法获获得得。。由于于预预紧紧，，轴轴承承的的载载荷荷增增大大，，预预紧紧量量过过大大，，轴轴承承在在工工作作时时的的磨磨损损和和发发热热也也大大大大增增加加，，使使轴轴承承寿寿命命相相应应降降低低，，因因此此轴轴承承是是否