精密机械学基础：第16章 滚动轴承1

选择符合工况要求的轴承轴承是标准件主要目的第11章轴承轴承功用支承轴及轴上零件并保持轴的旋转精度轴承按磨擦形式分滑动轴承滚动轴承滑动轴承滚动轴承：依靠元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件，其相对运动表面间的摩擦是滚动摩擦。组成：

带有滚道的内圈1和外圈2；内圈1外圈2滚动体3保持架4滚动体(球或滚子)3；隔开并导引滚动体的保持架4。滚动轴承结构11.3.1滚动轴承的基本类型和特点滚动体形状11.3.2滚动轴承的基本类型和特点

基本类型按滚动体形状分，球轴承滚子轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针轴承按承力方向分向心轴承推力轴承向心推力轴承轴承

滚动轴承使用性能1承载能力滚动轴承的使用性能指标力的大小力的方向结论：在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5~3倍。当轴承内径d≤20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，优先选用球轴承。在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承（在相同外形条件下）大小方向结论：角接触决定了轴承的受力方向。接触角α：滚动体与内、外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线平面之间的夹角。向心轴承推力轴承径向接触轴承：公称接触角α=0°，主要承受径向载荷，可承受较小的轴向载荷。向心角接触轴承：公称接触角α=0°～45°，同时承受径向载荷和轴向载荷。推力角接触轴承：公称接触角α=45°～90°，主要承受轴向载荷，可承受较小的径向载荷。推力轴承：公称接触角α=90°，只能承受轴向载荷。

极限转速滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速。滚动轴承使用性能2提高极限转速的措施：青铜保持架等措施。改善润滑和冷却条件采取提高轴承精度调心轴承的外圈滚道表面是球面，能自动补偿两滚道轴心线的角偏差，从而保证轴承正常工作。滚动轴承使用性能3θ

角偏差轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角θ称为角偏差。注意：滚针轴承和推力轴承不允许有角偏差解决方法：外圈滚道作成弧面轴承非调心轴承如何从结构看出轴承的基本特性？看外圈滚道表面是否是球面调心性承载性承载大小看滚动体的类形承载方向看接触角极限转速看滚动体的类型，球＞滚子的看滚动体与内、外圈是否有保持架看滚动体与内外圈是否有滚道国家标准GB/T292-93中规定，轴承的代号用字母加数字表示，由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成。11.3.2滚动轴承的代号

前置代号基本代号后置代号

轴承的分

部件代号内

部

结

构

代

号密

封

与

防

尘

结

构

代

号保

持

架

及

其

材

料

代

号特

殊

轴

承

材

料

代

号公

差

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级

代

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代

号多

轴

承

配

置

代

号其

它

代

号五四三二一类

型

代

号尺寸系

列代号内

径

代

号宽

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号

前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。标准情况，省略代号0001020304～96内径d10121517代号×5基本代号1五四三二一类

型

代

号尺寸系

列代号内

径

代

号宽

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号①

常用轴承内径代号基本代号②尺寸系列代号尺寸系列意义：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。宽度系列代号：窄（0），正常（1）宽（2），“0”可省略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推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1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③类型代号用基本代号左起的第一位数字或字母表示，常用轴承有：6、7、3、5、N等类型。基本代号3例

试说明轴承代号61208、7315、的含义。①61208——表示内径为40mm，轻直径系列，正常宽度结构的深沟球轴承，②7315——表示内径为75mm，中系列，窄宽度角接触球轴承，深沟球轴承(6)L直线轴承推力球轴承(5)角接触球轴承(7)圆锥滚子轴承(3)五四三二一类

型

代

号尺寸系

列代号内

径

代

号宽

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号基本代号失效形式

a.失效形式滚动轴承的受载情况分析轴向载荷Fa径向载荷Fr滚动体所受最大径向载荷为由各滚动体均匀分担。Fmax滚动体个数球轴承：滚子轴承：11.3.3滚动轴承的选择计算Fa只由半圈滚动体分担。b.滚动轴承的失效形式及准则永久变形磨粒磨损、粘着磨损，

σH≤[σH]和静强度，当n>10转/分时疲劳点蚀:当n≤10转/分静强度计算小于极限转速针对失效形式手册给出了

基本额定静载荷极限转速基本额定动载荷

11.3.4轴承寿命

滚动轴承的寿命——单个轴承，其中一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对于另一个套圈的总转数，或在一定转速下的运转小时数。基本额定寿命——一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90％的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用L10(单位为百万转，即106r)或Lh10[单位为h(小时)]表示。

L10的可靠度

R＝90％。轴承的寿命/（106r）寿命的单位：转，或小时（一定转速下）相同的载荷条件下

基本额定动载荷——指L10恰为106转时，轴承所能承受的载荷，用C表示。基本额定动载荷大，意味着轴承抗点蚀破坏的能力较强基本额定寿命P－L曲线L/1061C轴承的寿命长短与其所受载荷大小有关载荷越大，寿命小时越短。此曲线表示，在可信度为90%时，轴承寿命计算

ε为寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。C为基本额定动载荷，对向心轴承为Cr，对推力轴承为Ca，或注意：试验得到C值，此值可以在设计手册中查到P是当量载荷，是一与实际载荷作用效果相当的径向或轴向载荷。

基本额定寿命P－L曲线L/1061C载荷性质载荷系数fp举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.2～1.8机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等强大冲击1.8～3.0碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等轴承工作温度(℃)≤120125150175200225250300350温度系数ft1.000.950.900.850.800.750.700.60.5冲击和振动条件下，载荷系数fP当t>120℃时，温度系数ft(ft≤l)试验条件与实际使用条件不同时，需对试验值进行修正：可靠性寿命修正系数可靠度%9095969798991.00.620.530.440.330.21

当量动载荷的计算

是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷C的确定条件及性质相同的假想载荷。

P＝XFr＋YFaFr、Fa分别为轴承的径向载荷及轴向载荷(N)；X、Y分别为径向动载荷系数及轴向动载荷系数，向心轴承的C是纯径向载荷，用Cr表示。角接触轴承的C是所受载荷的径向分量，也用Cr表示。

推力轴承的C是纯中心轴向载荷，用Ca表示。

X、Y值

轴承类型eFa/Fr>eFa/Fr≤eXYXY深沟球轴承（6000）0.1720.190.562.30100.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.301.452.070.341.313.450.381.155.170.421.046.890.441.00

角接触球轴承

70000C(α=15°)0.1780.380.441.47100.3570.401.400.7140.431.301.070.461.231.430.471.192.140.501.123.570.551.025.350.561.007.140.561.0070000AC(α=25°)－0.680.410.871070000B(α=40°)－1.140.350.5710圆锥滚子轴承（单列）（30000）－1.5tanα0.400.40cotα10向心轴承当量动载荷的X、Y值(C0r是轴承的径向额定静载荷)向心轴承只承受径向载荷时,P＝Fr推力轴承(α=90°)，P=Fa

注意：

由于C0r是与具体轴承有关，只有型号定了才能确定，所以只有先预先轴承，确定C0r再核算所选轴承的寿命是否满足要求的寿命。

P＝XFr＋YFa

距离a可查轴承手册。滚动体的载荷方向线与轴线的交点OP＝XFr＋YFa

角接触向心轴承轴向载荷的计算

a载荷计算中心(压力中心)

支反力的作用点:此F’表示附加轴向力Fs角接触轴承由于接触角的存在，在承受径向载荷Fr作用时，会派生出内部轴向力Fs。b内部轴向力Fs=Fr／(2Y)Fs＝eFr角接触球轴承（70000C）圆锥滚子轴承（30000）Fs的作用点及方向：自压力中心指向远离轴承的一方。

即：沿轴线由轴承外圈的宽边→窄边。结论：角接触轴承通常都是成对使用的，对称安装。安装方式有正装：两外圈窄边相对反装：两外圈宽边相对正装（面对面）反装（背靠背）c.轴向载荷计算由成对使用，正向安装的两个向心角接触轴承支撑的轴，共受三个轴向力：Fs1,Fs2和外部轴向力FA

。FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12把轴和内圈视为一体，考虑轴系的轴向平衡，就可确定各轴承承受的轴向载荷。轴系有两种受力情况：FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12⑴若FA+F2s>F1s，由于轴承1的左端已固定，轴不能向左移动，即轴承1被压紧，由力的平衡条件得轴承1（压紧端）承受的轴向载荷轴承2（放松端）承受的轴向载荷⑵若FA+Fs2<Fs1，即Fs1-FA>Fs2，则轴承2被压紧，由力的平衡条件得结论：放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向力外其余轴向力的代数和。轴承1（放松端）承受的轴向载荷:轴承2（压紧端）承受的轴向载荷:FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12(a)由FA+Fs2>Fs1，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，

Fa1=FA+Fs2=2500N

Fa2=F2s=500N答(b)由于FA+F2s<Fs1，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，

Fa1=Fs1=3000N

Fa2=Fs1-FA=1000NFrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12FrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12若FA反向时，情况如何？请自行分析思考。例：判断压紧和放松轴承及各轴承轴向力的大小。选择轴承的方法：分析轴的受力求出支反力求出派生轴向力Fs=Fr／(2Y)Fs＝eFr7000030000

根据受力情况预选轴承，以确定C0r和C根据表11-8确定X，YFrFr1Fr2Fs1Fs2FA正装12

根据求出当量载荷轴承的计算已知P和型号计算寿命已知寿命和载荷确定型号注意：比较计算得到的C和手册上查到的C，只有当手册上的C大于计算的C时说明试选正确。例

某支承根据工作条件决定选用6300系列的深沟球轴承。轴承所受径向载荷Fr=5500N，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速n=1250r/min，装轴承处的轴径可在50~60mm范围内选择。机械运转时有轻微冲击、工作温度为100℃，预期寿命Lh=5000h，试确定该轴承型号。解⑴初步计算当量动载荷

Fa/Fr=2700/5500=0.49查表11-8，深沟球轴承的最大e

值为0.44，故Fa/Fr>e，由此得X=0.56，Y

值需在已知型号后，根据

Fa/C0r的值查表才能得到，现暂选一近似中间值Y=1.5。则

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.5×2700=7130N⑵计算轴承应有的基本额定动载荷为Crca查表11-9和11-12得ft=1，fP=1.2，又ε=3，需要的寿命为Lh⑶初选轴承型号查表11-16，初步选择Cr=61800N的6310轴承，其基本额定静负荷C0r=38000N。⑷验算并确定轴承型号①求e

和Y

值12.3Fa/C0r=12.3×2700/38000=0.874，在表11-8中，介于0.689~1.03之间，e在0.26~0.28之间，轴向载荷系数Y

应在1.71~1.55之间，用线性插值法求Y

值。②计算当量动载荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.62×2700=7454N③验算6310轴承的寿命，计算出的寿命Lh即低于预期寿命。故改选6311轴承，Cr=71500N，C0r=44800N。④验算6311轴承的寿命求e

和Y

值12.3Fa/C0r=12.3×2700/44800=0.741，在表11-8中，介于0.689~1.03之间，e在0.26~0.28之间，轴向载荷系数Y

应在1.71~1.55之间，用线性插值法求Y

值。满足要求，故选择6311轴承。计算当量动载荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.686×2700=7632.2N验算6311轴承的寿命，11.3.5滚动轴承的组合设计

两端固定一端固定、一端游动组合设计轴向的固定轴承游隙的调整和预紧轴承的润滑与密封两端游动两端固定两角接触球轴承组合一端固定一端游动两深沟球轴承组合人字齿轮传动两端游动支承两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动，均为游动支承。游隙预紧方法:金属垫片螺纹端盖推压轴承外圈弹簧推压外圈不等长套筒预紧的根本途径是：内外圈发生轴向相对移动注意：预紧使轴承的载荷增大，预紧量过大，轴承在工作时的磨损和发热也大大增加，轴承寿命相应降低45End学期总结简支梁PABRARBABFMAFAyFAx悬臂梁TP’游动端采用内、外圈不可分离的轴承时，只需固定轴承内圈，而让外圈可以在轴承座孔内自由游动；当采用内、外圈可分离的轴承时，轴承的内、外圈均需固定，此时靠滚子与套圈间的游动来保证轴的自由伸缩。答(a)由于FA+F2′<F1′，轴承2被“压