第8章滚动轴承

第8章滚动轴承8.1滚动轴承的组成、类型和代号8.2

滚动轴承类型选择8.3滚动轴承的失效分析8.4

滚动轴承动态承载能力计算8.5

滚动轴承静态承载能力计算目录8.1.1滚动轴承的组成滚动轴承的功用：支承轴类回转零件滚动轴承属于标准零件，由专门厂家生产。滚动轴承的特点（与滑动轴承相比）：优点摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏缺点抗冲击能力差,高速时出现噪音。寿命比不上液体润滑滑动轴承。径向尺寸大。8.1滚动轴承的组成、类型和代号组成：内圈、外圈、滚动体、保持架最简单的轴承只有滚动体；有些轴承除以上四件外，还增加有其他特殊零件。如止动环、密封盖等外圈保持架内圈滚动体常见的滚动体形状

滚动轴承的材料内圈、外圈、滚动体材料：轴承铬钢，热处理后硬度不低于60HRC。保持架材料:冲压保持架:低碳钢板冲压而成。实体保持架：铜合金、铝合金、塑料经切削加工制成。冲压保持架实体保持架8.1.2滚动轴承的主要类型、性能与特点按滚动体形状分球轴承滚子轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承球面滚子轴承滚针轴承按承载能力分向心轴承―主要承受径向载荷。向心推力轴承―即能承受径向载荷又能承受轴向载荷。推力轴承―主要承受轴向载荷。滚动轴承的接触角―滚动体与外圈滚道接触点公法线与半径方向的夹角，接触角的大小反映了轴向承载能力的高低。nnnnnn轴承名称

简图

类型代号

基本额定动载荷比

极限转速比

轴向承载能力

性能和特点

表8.1

常用滚动轴承的类型、主要性能和特点调心

球轴承

10000

0.6～0.9

中

主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向轴向载荷。外圈滚道为球面，具有自动调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。

少量调心滚

子轴承

20000

1.8～4

低用于承受径向载荷，其承载能力比调心球轴承大，也能承受少量的双向轴向载荷。具有调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。

少量推力调心滚子轴承

29000

1.6～2.5

低

承受轴向载荷为主的轴向、径向联合载荷。调心性能好，为保证正常工作，需施加一定轴向预载荷。很大

轴承名称

简图

类型代号

基本额定动载荷比

极限转速比

轴向承载能力

性能和特点

30000α=100°～180°

30000Bα=270°～300°

1.5～2.5

1.1～2.1

中

较大

很大

圆锥滚

子轴承

能承受径向载荷和轴向载荷。内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。1.6～2.3

40000

中

少量

双列深

沟球轴承

主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷。它比深沟球轴承具有更大的承载能力。

中

单向轴向载荷

51000

1

推力

球轴承

只能承受单向轴向载荷，适用于轴向力大而转速较低的埸合。

单向

轴承名称

简图

类型代号

基本额定动载荷比

极限转速比

轴向承载能力

性能和特点

推力

球轴承

双向

52000

1

低

双向轴向载荷

可承受双向轴向载荷，常用于轴向载荷大、转速不高处。

70000Cα=150

70000ACα=250

70000Bα=400

1.0～1.4

1.0～1.3

1.0～1.2

高

高

高

一般较大

更大

能同时承受径向载荷与轴向载荷，接触角有15°、25°、40°三种。适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。角接触球轴承

主要承受径向载荷，也可同时承受少量双向轴向载荷。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。60000

1高

少量

深沟

球轴承

轴承名称

简图

类型代号

基本额定动载荷比

极限转速比

轴向承载能力

性能和特点

推力圆柱滚子轴承

800001.7～1.9

低

大

只能承受单向轴向载荷，承载能力比推力球轴承大得多，不允许轴线偏移。适用于轴向载荷大而不需调心的场合。

圆柱滚

子轴承（外圈无挡边）

N0000

1.5～3

高

无

只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力大。滚针轴承

NA0000—低

无这类轴承一般不带保持架，摩擦系数大。内外圈可分离。适用于径向载荷大，径向尺寸受限制的场合。

8.1.3滚动轴承的代号滚动轴承的代号滚动轴承的代号由三部分组成前置代号后置代号基本代号前置代号用以表示轴承的分部件，用字母表示；后置代号表示轴承的结构、材料、公差等，用字母和数字表示。基本代号是要求重点掌握的内容。1．基本代号滚动轴承的基本代号由五位数字组成内径系列类型代号宽度系列直径系列内径系列表示法d＜20mm：d=12mm01d=10mm00d=15mm02d=17mm03d=（20~495）mm：轴承内径除以5d=30mm06

54321直径系列常用轴承直径系列表示法0,1―特轻系列2―轻系列3―中系列4―重系列中重轻特轻宽度系列常用轴承宽度系列表示法滚动体的体积越大，承载能力越强3直径系列分为：7、8、9、0、1、2、3、4、5宽度系列分为：8、0、1、2、3、4、543.后置代号公差等级代号：/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x、/P0

分别代表6个公差等级：2级、4级、5级、6级、6x级、0级游隙系列代号：/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5

分别代表6个径向游隙系列：

1组、2组、0组、3组、4组、5组

/C0组为常用组，可不标出。径向游隙：滚动体与内、外圈滚道间的径向间隙。/P6x级仅适用于圆锥滚子轴承；/P0

级为普通级，可不标出。2．前置代号前置代号用字母表示，用以说明成套轴承部件的特点,一般轴承无需作此说明，则前置代号可以省略。表8.4

滚动轴承内部结构代号代号含义及示例C角接触球轴承公称接触角α＝15º

7210C调心滚子轴承C型

23122CAC角接触球轴承公称接触角α＝25º

7210ACB角接触球轴承公称接触角α＝45º

7210B圆锥滚子轴承接触角加大32310BE加强型（即内部结构设计改进，增大轴承承载能力）N207E1）内部结构代号例题8.1

：滚动轴承

6206

和32315E、

7312C、51410/P6的含义。632315E

内径d=30

mm。直径系列代号，0(轻)系列

。宽度系列为0

，

0

可以省略。深沟球轴承。

加强型

，公差等级为0级。轴承内径d=15×5=75mm。直径系列代号，3(中)系列。

宽度系列为2。圆锥滚子轴承。20

60

7（0）312C公称接触角α=15˚。

轴承内径d=12×5=60mm。直径系列代号，3(中)系列。

宽度系列为0

，

不标出。

角接触球轴承。

公差等级0级。0级可省略不标

。51410/P6

内径d=50

mm。直径系列代号，4(重)系列

。宽度系列为1。单向推力球轴承。

7312C、51410/P6的含义。公差等级6级。

/P08.2滚动轴承类型选择选用轴承要考虑的因素：

轴承的载荷轴承的转速轴承的调心性能轴承的安装和拆卸经济性

8.2.1

轴承的载荷滚子轴承方向性质大小载荷大载荷小点接触线接触轴向力―推力轴承径向力―向心轴承轴、径向力―向心推力轴承或组合轴承

球轴承―有冲击载荷时宜用滚子轴承滚子轴承比球轴承的抗冲击能力更强8.2.2轴承的转速1.球轴承比滚子轴承允许更高的极限转速;2.同样内径下，直径系列越小，允许的转速越高;3.实体保持架比冲压保持架允许更高的转速；4.轴承的公差等级越高，允许的转速越高；5.较大的游隙，允许的转速高；6.润滑状态越好，允许的转速越高。7.推力轴承的极限转速均很低。在高速、不大的轴向力的工况下，可采用角接触球轴承来承受纯轴向力。8.2.3轴承的调心性能轴受力弯曲当轴受力弯曲或轴承座中心线不重合时，应采用调心轴承注意：圆柱滚子轴承和滚针轴承

的调心性能最差，不能用于上述场合。AB轴承座孔中心线不重合

带座外球面球轴承（安装在紧定衬套上）圆柱滚子轴承、滚针轴承以及圆锥滚子轴承对角度偏差敏感，宜用于轴承与座孔能保证同心、轴的刚度较高的地方。

★当轴承座没有剖分面，轴承必须沿轴向装拆时，最好采用内、外圈可分离的轴承（N0000、30000等）;★当轴承在长轴上安装时，最好采用内圈孔为1：12的圆锥孔轴承。8.2.4轴承的安装和拆卸内外圈可分离的轴承安装方便8.2.5

轴承的经济性要求

★球轴承比滚子轴承便宜。当轴承内径d＜20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力

相差不多，而球轴承的价格更低，故可优先选用球轴承。★轴承公差等级越高，价格越高。同型号尺寸公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比约为：

1：1.5：2：7：10深沟球轴承的结构简单，价格低廉且能承受较大的径向载

荷及双向轴向力，因而在工程实际中得到广泛应用8.3.3

轴向载荷对载荷分布的影响Fr当角接触球轴承（70000）和圆锥滚子轴承（30000）仅承受径向载荷Fr时，由于接触角α＞0，各滚动体的反力分解出一个径向反力FNi和一个轴向反力Fdi结论：70000、30000型轴承即使只有径向载荷Fr的作用，也会产生一内部轴向力Fd因此，这两类轴承应在有轴向载荷作用下工作。FdiFNiFN1FN2FN3FNiFaFrFdFNFaFr当只有最下面一个滚动体受力时应施加的与派生轴向力Fd平衡的外加轴向载荷Fa为：β即载荷角β和接触角α相等。

以上分析说明：1．向心推力轴承总是在径向载荷和轴向力的联合作用下工作。为保持较多的滚动体同时受载，应该使：FdFNiFaFrβ当受载的滚动体数目增多，虽然在同样的径向载荷Fr的作用下，但派生的轴向力Fd将增大。即：；2．对于同一轴承，在同样的径向载荷作用下，当轴向力由最小值（Fa=Frtanα）逐步增大（Fa=Frtanβ）时，轴承内接触的滚动体数目逐渐增多，与轴向力Fa平衡的派生轴向力Fd也随之增大。小结：为在轴承支点处保持平衡，所施加的轴向外载荷Fa应为：①当只有最下面一个滚动体受力时：②为使更多的滚动体受力时应使：且：半圈滚动体受载。结论：对于30000、70000型轴承，为使更多的滚动体受力，应使Fa＞Frtanα。即上述两类轴承应在有较大轴向力的场所工作。整圈滚动体受载。滚动轴承在发生点蚀后，运转中会产生较强烈的振动、噪音和发热现象，最后导致轴承工作失效。8.3.4失效分析1．疲劳点蚀点蚀破坏的后果：针对点蚀的计算方法：轴承的寿命计算。接触变应力的长期作用，会在滚动轴承的滚动体或内、外圈滚道上发生疲劳点蚀。疲劳点蚀的原因：2．塑性变形塑性变形常发生的工况：塑性变形的原因：不回转、缓慢摆动或低速转动（n<10r/min）的轴承。过大的静载荷或冲击载荷的作用，会使滚动轴承滚动体与内、外圈滚道接触处产生较大的局部应力，当局部应力超过材料的屈服点时将产生较大的塑性变形。塑性变形的后果：振动、噪音，工作情况恶化。针对塑性变形的计算：静强度计算

滚动轴承的其它失效形式：套圈断裂、滚动体破碎、磨损、锈蚀等。在工程上，主要以疲劳点蚀和塑性变形两类失效形式进行计算。12FRFr1FRFr212Fr2Fr1Fr1Fr2几种常用轴承的布置及示意画法1.深沟球轴承（60000）Fr1Fr2121212FRFr1Fr2Fr1Fr2Fd1Fd2FRFr1Fr2Fd2Fd1Fr1Fr2Fr2Fr1FRFRFd1Fd2Fr1Fr2Fr2Fr1Fd2Fd12.角接触球轴承（70000）正装反装12Fr1Fr212121212FRFd1Fd2Fd2Fd1Fr1Fr2Fr1Fr2FRFRFd1Fd23.圆锥滚子轴承（30000）正装反装FRFr1Fr2Fr1Fr2Fd2Fd18.4滚动轴承动态承载能力计算8.4.1滚动轴承寿命计算中的几个概念1.轴承的寿命滚动轴承的轴承的寿命是在任一元件点蚀破坏前所经历的转数（以106r为单位）或某转速下的小时数。

2.基本额定寿命

同类型、同型号的一批轴承，达到百分之十破坏率时（对应可靠度为R=90，即10%轴承疲劳点蚀，90%轴承仍能正常工作）的小时数Lh或转数L10。注意：对单个轴承而言，能顺利在基本额定寿命期内正常工作的概率为90%，而在基本额定寿命未达到之前的破坏概率仅为10%3.滚动轴承的基本额定动载荷C滚动轴承的基本额定动载荷―轴承的基本额定寿命恰好为1×106转时，轴承所能承受的最大载荷值（C）。注：滚动轴承的基本额定动载荷是在实验室中测得的，对不同类型的轴承，实验时施加的载荷是不同的：向心轴承：施加径向载荷（Cr

）推力轴承：施加轴向载荷（Ca

）向心推力轴承：施加径向载荷（Cr

）基本额定动载荷C值可从轴承样本中或设计手册中查取。实际承受载荷与寿命的关系：载荷越大，寿命越短。★不同型号的轴承有不同的基本额定动载荷值，基本额定动载荷越大，轴承抗疲劳的承载能力越强。要求轴承能达到的使用寿命。一般用L10h′或Lh′表示。151015201009080706050403020100未失效轴承数量/%滚动轴承的寿命/（106r)图8.8

滚动轴承的寿命分布曲线轴承的预期寿命（期望寿命）滚动的寿命分布曲线要求轴承具有的寿命越高，其可靠度越低在实际选用时，应使得轴承的额定寿命大于轴承的预期寿命，即：或R分布曲线由试验结果得出。实验条件：特定型号轴承；施加的载荷为基本额定动载荷CL10/106转1152340510302035P/KN8.4.2计算滚动轴承的寿命C=25.5L10已知轴承基本额定动载荷C，又知轴承真实载荷（将其折算成当量动载荷P）如何求出轴承在P作用下的寿命（额定寿命）。轴承的载荷-寿命曲线由轴承—寿命曲线得出C、P满足：常数即常数所以用小时表示常数ε―寿命指数球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3P?本节要解决的问题：当轴承的当量动载荷P和转速n已知，轴承的预期寿命L10h′已确定，则可根据上式得出轴承能承受的额定动载荷C′

：注意：轴承的基本额定动载荷C与能承受的额定动载荷C′的区别ε能承受的额定动载荷C′―寿命为预期寿命（L10h′,

L10′）时轴承应具有的承载能力。考虑温度、动载ε当轴承在高温工况下工作时，需引入一温度系数ft；考虑到冲击、动载等影响，引入载荷系数ft，即：基本额定动载荷C―寿命为基本额定寿命（106转）时轴承所能承受的载荷值（实验得出）。8.4.3

滚动轴承的当量动载荷在规定的基本额定寿命为1×106时，为测得对应的基本额定动载荷C，在实验时,对滚动轴承施加的载荷为：在工程实际中，轴承受载通常是复杂的、与实验条件不符的，将轴承承受的径向载荷Fr，轴向载荷Fa折算成与确定基本额定动载荷C时的实验条件相符的当量动载荷P：本节要解决的问题：将在工程实际中轴承所受的真实载荷折算成与C实验条件相符合的计算载荷―当量动载荷P。P=XFr+YFaX、Y―径向动载荷系数、轴向动载荷系数。向心轴承：施加径向载荷。推力轴承：施加轴向载荷。CFr、Fa―轴承实际载荷的径向分量和轴向分量，Ｎ；8.4.4滚动轴承轴向载荷的计算1．画轴承组合结构受力简图

轴承的正装FreFre2.轴承径向力Fr1、Fr2的计算FrV1FrV2FtFrH1FrH2Fr1Fr2FaeV面：H面：Ft轴承的反装FtFreFaeFrV2FrV1轴承径向力计算Fr1Fr2FtFrH2FrH1V面：H面：FrV2FrV13.轴承派生轴向力Fd（内部轴向力）的计算Fr1Fr2FreFreFr1Fr2FreFr1Fr2FreFr1Fr2Fd2Fd1Fd1Fd2Fd1Fd2Fd1Fd2圆锥滚子轴承角接触球轴承表13-7约有半数滚动体接触时派生轴向力Fd的计算公式70000C（α=15°）70000AC（α=25°）70000B（α=40°）Fd=Fr/（2Y）Fd=eFr

Fd=0.68Fr

Fd=1.14Fr

（P322）Fre当轴向左游动，左侧轴承受到F1′作用，轴承1为压紧端，轴承2为放松端。压紧端轴承1上的轴向力为：放松端轴承2上的轴向力为：4.轴承轴向载荷Fa1、Fa2的计算(正装)F1′Fd1Fd2轴系的轴向平衡方程为：Faeo1Fr1Fr2o2(正装)Fd1Fd2Faeo1o2当轴向右游动，右侧2轴承受到F2′作用，右轴承2为压紧端，左轴承1为放松端。压紧端轴承2上的轴向力为：放松端轴承1上的轴向力为：轴系的轴向平衡方程为：F2′(反装)当FreF1′Fd1Fd2FaeFr1Fr2o1o2轴向左游动，左侧轴承受到F1′作用，轴承1为压紧端，轴承2为放松端。轴系的轴向平衡方程为：压紧端轴承1上的轴向力为：放松端轴承2上的轴向力为：12深沟球轴承轴向力的计算Fae12在轴向外载荷作用下，轴承游动方向指向的轴承完全承受了轴向外载荷。Fa112Fa2FaeFaeFae计算轴承轴向力Fa的步骤（1）正确判断轴承的安装（布置），明确支点位置；（2）正确计算径向力Fr1、Fr2

；（3）

正确计算派生（内部轴向力）Fd1、Fd2

；（4）正确计算判断压紧端与放松端；5.正确计算轴向力

Fa（3、7号轴承）1）压紧端轴向力

Fa

=放松端内部轴向力Fd

±

轴向外载荷Fae2）放松端轴向力Fa

=放松端内部轴向力Fd▲对于3、7号轴承，若代表游动趋势的矢量箭头恰好指向某一轴承大口时，该轴承为压紧端，另一轴承便为放松端。游动趋势游动趋势▲对于深沟球轴承，外加轴向载荷指向的轴承为压紧端，且承受全部轴向外载荷。本节易错点：1）轴承的正反装（面对面、背对背）4）轴承轴向力Fa的计算*

压紧端轴承轴向力Fa=放松端轴承内部轴向力±轴向外载荷2）轴承派生轴向力Fd的计算应注意：派生轴向力Fd应从小口指向大口Fd*

放松端轴向力Fa

=

放松端内部轴向力Fd3）压紧端与放松端的判断；轴向外载荷前的符号依压紧端轴承内部轴向力方向而定。与内部轴向力方向一致取负值，反之取正值。当轴向外载荷Fae与压紧端轴承内部轴向力Fd一致时取负号，不一致时取正号。*放松端轴承的轴向力恒等于自身的内部轴向力。压紧端压紧端12Fd1Fd212Fd1Fd2FaeFae12深沟球轴承轴向力的计算Fae在轴向外载荷作用下，轴承游动方向指向的轴承完全承受了轴向外载荷。Fa112FaeFa2FaeFaeFa1Fa221深沟球轴承轴向力的计算Fae压紧端12Fa2例题8.2

某滚动球轴承的预期寿命为L′

10h，当量动载荷为P，基本额定动载荷为C。若转速不变，而当量动载荷由P增大到2P，其寿命有何变化？若当量动载荷C不变，而转速由n增大到2n（不超过极限转速），寿命又有何变化？设当量动载荷增大后的寿命为L′

10h

，转速增大后的寿命为L″

10h

。利用式（8.3）得:解：

故:

由此可见，当量动载荷P若增大1倍，轴承寿命将降低7倍；转速n若增大1倍，使轴承寿命仅降低1倍。例题8.3

如图所示，轴支承在30206轴承上，二轴承宽度中点间的距离为240mm，齿轮分度圆直径为d=300mm，轴的转速n=136rpm。Ft=800N，Fre

=300N，Fae=200N，方向和作用点如图。要求轴承寿命为106h，试验算。（ft=1.0，fP=1.0）解：1.

查手册知：30206轴承，e=0.36，

C=24800N，C0=22300N。

α=14°02′10″，当：X=1，Y=0；X=0.4，Y=0.4ctanα；

X0=0.5，Y0=0.9。FreFae120120d图8.11FtFre120120dFaeFtF