机械设计基础-第16章滚动轴承

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。中国地质大学专用作者：潘存云教授§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：中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云滚动轴承的装配优点：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。中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云设计：潘存云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之间的夹角称为公称接触角。接触角α↑

轴向承载能力

↑α=0˚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。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设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。中国地质大学专用作者：潘存云教授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：设计：潘存云表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。中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云调心滚子轴承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。设计：潘存云圆锥滚子轴承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。设计：潘存云推力球轴承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中国地质大学专用作者：潘存云教授推力球轴承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。设计：潘存云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˚)较高设计：潘存云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设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授表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设计：潘存云推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。设计：潘存云圆柱滚子轴承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)等型式设计：潘存云滚针轴承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)中国地质大学专用作者：潘存云教授1.承载能力承受径向载荷为主；几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。滚子轴承≈(1.5~3)球轴承

在同样的外形尺寸下。2.极限转速当d≤20mm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˚<α<45˚

45˚<α<90˚

承受轴向载荷为主；α=0˚

α=90˚

滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。只能承受轴向载荷。转速过高

温度↑

润滑失效

滚动体回火或胶合破坏。极限转速——滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速。大载荷采用滚子轴承中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云3.角偏差影响轴承正常运转。角偏差↑

可采用调心轴承。滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。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。其倾斜角称为角偏差。调心轴承θ中国地质大学专用作者：潘存云教授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，§16-2滚动轴承的代号宽(高)度系列代号直径系列代号设计：潘存云前置代号基本代号共5位

后置代号表16-2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2.基本代号——表示轴承的基本类型、结构和尺寸。类型代号——左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承分部件代号1.前置代号——成套轴承分部件代号。0中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云调心滚子轴承20000C设计：潘存云圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向设计：潘存云b)双向深沟球轴承60000设计：潘存云角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000设计：潘存云调心球轴承10000中国地质大学专用作者：潘存云教授省略宽度代号为0内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000设计：潘存云300设计：潘存云400200尺寸系列代号——左起第二、三位。特轻轻中重宽(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16-2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设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云表16-4向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0)0(0)1101120211011234特轻轻中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号中国地质大学专用作者：潘存云教授内径代号——基本代号左起第四、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16-2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设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授3.后置代号——用字母（或加数字）表示。内部结构表16-6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16-2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中国地质大学专用作者：潘存云教授注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。表16-7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16-8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中国地质大学专用作者：潘存云教授实例：说明滚动轴承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级中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云§16-3滚动轴承的选择计算二、失效形式疲劳破坏永久变形工作过程中，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。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。早期磨损胶合内外圈和保持架破裂维护保养不当而造成。Fr一、滚动体的受力分析受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；下半圈各滚动体受力大小方向均不同。可以导出

z为滚动体的总数。所有水平分力相互抵销，铅垂分力与外载荷平衡。受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；径向载荷的分布Fmaxδ0中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)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。如图三、轴承寿命定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为：可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh)在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%单位为百万转106r，或小时.换句话说基本额定动载荷：当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承受的载荷C。.向心轴承记为：Cr，可查表推力轴承记为：Ca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%，轴承寿命中国地质大学专用作者：潘存云教授大量试验得如下关系寿命指数：——球轴承——滚子轴承用小时表示P——当量动载荷

当t>100℃

时，C↓

引进温度系数ft

进行修正。310/3ε=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16-9温度系数轴承工作温度℃

温度系数ft10025020015012530010.950.900.700.800.60中国地质大学专用作者：潘存云教授表16-10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修正结果：工作中冲击振动C↓引进载荷系数fP

进行修正。中国地质大学专用作者：潘存云教授表16-11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

短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果4000~8000间断使用，中断时会引起严重后果8000~12000每天8h工作的机械12000~20000每天24h连续工作的机械40000~60000四、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：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载荷相当。计算公式：P=XFr+Y

FaX——径向动载荷系数；Y——轴向动载荷系数。向心轴承：P=Fr推力轴承：P=Fa查表16—12P260中国地质大学专用作者：潘存云教授表16-12向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.1720.192.312.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15˚1.430.470.441.1910………………角接触球轴承α=25˚—0.680.410.8710α=40˚—1.140.350.5710圆锥滚子轴承(单列)—1.5tanα0.40.4cotα10调心球轴承(双列)—1.5tanα0.650.65cotα10(单列)设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云五、角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：Fr由于α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。Fi=F’i+F”iF’iF”iαF’总轴向力F’=∑F’i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安装两种情况进行详细分析Fi表16-13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——内部轴向力F’的近似值可按如下近似公式计算第i个滚动体中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云a1a2O1O2121.若FA+F’2>F’1压紧端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1放松端：Fa1=F’1

压紧端：Fa2=F’1-FAFa外圈窄边相对安装(正装)结论：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外轴承2(放松端)承受的轴向载荷：F’2Fr2F’1Fr1由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，轴承1被压紧。由平衡条件得轴承1(压紧端)承受的轴向载荷：则轴承2被压紧。由平衡条件得：中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)FaF’2Fr2F’1Fr1反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。1.若FA+F’2>F’1

则有：结论与正装相同！压紧端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1

,则有：放松端：Fa1=F’1

压紧端：Fa2=F’1-FA结论：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外中国地质大学专用作者：潘存云教授中国地质大学专用作者：潘存云教授中国地质大学专用作者：潘存云教授中国地质大学专用作者：潘存云教授中国地质大学专用作者：潘存云教授一、滚动轴承的润滑润滑剂润滑目的--减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。§16-4滚动轴承的润滑和密封密封目的--防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑油固体润滑剂用于特殊场合用速度因素dn

值作为选择润滑剂的条件:——常用——高速、高温当dn<(1.5~2)×105

mm·r/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。

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、高温环境下使用。dn间接反映了轴颈的圆周速度。中国地质大学专用作者：潘存云教授二、滚动承的密封润滑油的选择润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。设计：潘存云1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

润滑油粘度的选择5cSt(40℃时)102065110250400滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。分类接触式非接触式组合式密封毛毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫式密封——毛毡迷宫式密封例如：dn=100000，t=90℃

可用110号润滑油110中国地质大学专用作者：潘存云教授设计：潘存云毛毡圈密封适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v<4~5

m/s，工作温度不超过90℃

矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v<4~5m/s，工作温度:-40~100℃

设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)防漏油防灰尘密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质接触式密封错误结构中国地质大学专用作者：潘存云教授适用场合：脂润滑，要求环境干燥清洁。

靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.1~0.3mm。间隙封圈设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)δ=0.1~0.3mmδ非接触式密封δ中国地质大学专用作者：潘存云教授适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。密封效果可靠。

图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取δ=1.5~2mm。迷宫式封圈δ=0.1~0.2mm设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)δδ=1.5~2mmδ将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分为径向和轴向两种结构。中国地质大学专用作者：潘存云教授适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。

也可以把多种密封形式组合在一起。这是组合密封的一种型式----毛毡加迷宫，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封的方式很多，不一一列举。设计：潘存云组合封圈组合式密封：中国地质大学专用作者：潘存云教授§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.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；如斜齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.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；如斜齿轮轴设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.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3.纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。中国地质大学专用作者：潘存云教授二、轴承的固定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的关系，也就是要解决轴承的轴向位置固定、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。两端固定一端固定、一端游动。两端固定支承C=0.2~0.3mm预留补偿间隙设计：潘存云中国地质大学专用作者：潘存云教授两端固定支承中国地质大学专用作者：潘存云教授2.一端固定、一端游动固定支承游动支承L设计：潘存云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。设计：潘存云选用深沟球轴承时，外圈与端盖间应留有间隙。游动支承选用圆柱滚子轴承时，外圈应双向固定。中国地质大学专用作者：潘存云教授调整垫片加减垫片二、轴承组合的调整加减垫片的厚度设计：潘存云调整垫片加减垫片1.轴承间隙的调整螺钉调整方法：设计：潘存云螺钉调整中国地质大学专用