第14章 滚动轴承100524

第十四章滚动轴承第一节滚动轴承的结构第二节滚动轴承的类型、代号及选择第三节滚动轴承的计算第四节滚动轴承的组合设计滚动轴承利用滚动摩擦原理设计而成的支承零件，支承轴。第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承第十四章滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体、保持架组成。结构与特点优点：摩擦阻力小、启动灵活、效率高、润滑简便、易于互换且可以通过预紧提高轴承的刚度和旋转精度。缺点：抗冲击能力较差，高速时有噪声，径向尺寸较大，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。第一节滚动轴承的结构滚动轴承内、外圈与滚动体均采用硬度高、抗疲劳性强、耐磨性好的高碳铬轴承钢制造，如GCr15、GCr15SiMn等，热处理后硬度应达到60～65HRC。保持架多用低碳钢板冲压形成，也可用有色金属（如黄铜）、塑料等材料。

滚动轴承是标准件，由专业化工厂大量生产供应市场，类型和尺寸系列很多。设计时，一般只需根据具体的工作条件，正确选择轴承的类型、尺寸和公差等级，并合理地进行轴承组合结构设计。滚动轴承材料第一节滚动轴承的结构第一节滚动轴承的结构滚动轴承的组成滚动体保持架内圈滚动体的种类：总成外圈第一节滚动轴承的结构各种滚动轴承产品起动及运转时摩擦力矩小，起动灵活，效率高润滑简便，易于维护旋转精度高可应用的范围广泛（F、n、精度等）标准化、使用成本低抗冲击能力较差，噪声大径向尺寸大，轴承无法剖分，安装易受限滚动轴承的特点（与滑动轴承相比）第一节滚动轴承的结构一、滚动轴承的主要类型二、滚动轴承的代号三、滚动轴承的类型选择第二节滚动轴承的类型、代号及选择第二节滚动轴承的类型和代号一、滚动轴承的主要类型

按滚动体的种类分球轴承滚子轴承按能承受的载荷方向或公称接触角分

指轴承的径向平面（垂直于轴线）与滚动体和滚道接触点的公法线之间的夹角

径向接触轴承（＝0）角接触向心轴承（0<45）向心轴承（主要承受径向载荷）向心推力轴承（主要承受轴向载荷）角接触推力轴承（45<<90）第二节滚动轴承的类型和代号推力轴承轴向接触轴承（＝90）按轴承能承受的载荷类型，或公称接触角、滚动体的种类进行分类，常用滚动轴承类型和特点如下：

深沟球轴承圆柱滚子轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承

主要用于承受径向载荷，也可承受小的轴向载荷。此类轴承摩擦系数小，极限转速高。结构简单、使用方便，是生产批量大、制造成本低、使用极为普遍的一类轴承只能承受径向载荷，且径向承载能力大。内、外圈可分离，装拆比较方便，极限转速较高。可以同时承受径向载荷和轴向载荷，也可以承受纯轴向载荷，其轴向载荷能力由接触角决定，并随接触角增大而增大，极限转速较高。通常成对使用。主要承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷。轴承内、外圈可分离，装拆方便，成对使用。第二节滚动轴承的类型、代号及选择调心球轴承推力球轴承主要承受径向载荷，能承受少量的轴向载荷，不宜承受纯轴向载荷，极限转速高。外圈滚道为内球面形，具有自动调心的性能，可以补偿轴的两支点不同心产生的角度偏差主要用于承受径向载荷，同时也能承受一定的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。调心性能良好，能补偿同轴度误差只能承受径向载荷，且径向承载能力大。与其它类型的轴承相比，在内径相同的条件下，其外径尺寸最小。内、外圈可分离，极限转速低分离型轴承，只能承受轴向载荷。高速时离心力大，滚动体与保持架摩擦发热严重，寿命较低，故其极限转速很低单向推力球轴承只能承受一个方向的轴向载荷。双向推力球轴承能承受两个方向的轴向载荷。调心滚子轴承滚针轴承第二节滚动轴承的类型、代号及选择二、滚动轴承的代号

前置代号

基本代号

后置代号类型代号尺寸系列代号内径代号用数字或字母表示1—调心球轴承2—调心滚子轴承3—圆锥滚子轴承5—推力球轴承6—深沟球轴承7—角接触球轴承N—圆柱滚子轴承由轴承的宽度系列和直径系列代号（2位数字）组成。宽度系列：直径系列：0—窄；0—特轻；1—正常；1—特轻；2—宽；2—轻；3、4—特宽；3—中；5、6—特宽。4—重。内径尺寸代号100012011502170320~500d/522、28、32及500以上/内径第二节滚动轴承的类型、代号及选择第二节滚动轴承的类型、代号及选择整体结构相同，内径相同的轴承在外径尺寸和宽度方面的产生变化得到的系列产品直径系列的对比后置代号用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求，用字母或数字表示；如：接触角为15°、25°

和40°

的角接触球轴承，分别用C、AC和B表示内部结构的不同。又如：轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、6x级、6级和0级，共6个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6和/P0。前置代号前置代号用字母表示。代号及其含义可参阅GB/T272－1993。第二节滚动轴承的类型、代号及选择例14-1试说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义第二节滚动轴承的类型、代号及选择三、滚动轴承的类型选择第二节滚动轴承的类型、代号及选择载荷性质、大小和方向载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）；轴向载荷不大时，可用深沟球轴承载荷小或冲击小－选球轴承（点接触）；方向:纯径向载荷－选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N)纯轴向载荷－选推力轴承（5或8）性质、大小:联合载荷一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承

第二节滚动轴承的类型、代号及选择安装与调整轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承——选调心轴承（“1”类或“2”类）；轴承的转速转速高－选球轴承；转速低－选滚子轴承；轴承的调心性经济性安装拆卸较频繁选用分离型结构的轴承，如圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承和推力轴承等各种推力轴承的极限转速均低于向心轴承。

球轴承的价格低于滚子轴承，应优先选用球轴承不同公差等级的轴承，价格相差悬殊，选用高精度轴承必须慎重20100524-12W-31T-62H一、滚动轴承的载荷与应力分析第三节滚动轴承的设计计算14－261.载荷分析向心轴承载荷的分布当轴承承受径向载荷Fr时，各滚动体所受的载荷不相等，位于上半圈的滚动体不受载，位于下半圈的滚动体受载，其大小取决于滚动体与套圈接触变形量的大小。

2．轴承工作时轴承元件的应力分析各元件中应力变化情况轴承工作时，由于滚动体受变载荷，所以轴承内、外圈滚道与滚动体接触表面接触点受到的都是脉动循环变化的接触应力。

第三节滚动轴承的设计计算二、滚动轴承设计1失效形式疲劳点蚀——最主要的失效形式，滚动体表面、套圈、滚道都可能发生点蚀。防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。塑性变形——低速轴承的主要失效形式接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。原因是载荷过大或冲击载荷作用。磨损、胶合、保持架断裂等使用维护不当而引起的，属于非正常失效。091214-15W-31T-62H第三节滚动轴承的设计计算2计算准则对一般转速（n>10r/min）的轴承，疲劳点蚀是其主要的失效形式，轴承应进行寿命校核计算；对静止或极慢转速（n≤10r/min）的轴承，轴承的承载能力取决于所允许的塑性变形，应进行静强度计算；对高速轴承，为防止由发热引起胶合，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。对于磨粒磨损失效，目前尚无统一、有效的计算方法。三、滚动轴承的寿命计算第三节滚动轴承的设计计算1．滚动轴承的基本额定寿命滚动轴承的寿命指轴承的一个套圈或滚动体材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈相对另一个套圈旋转的转数。滚动轴承的可靠度指一组在相同条件下运转、近于相同的滚动轴承期望达到或超过规定寿命的百分率，对单个滚动轴承是指该轴承达到或超过规定寿命的概率。滚动轴承的基本额定寿命指单个或一组滚动轴承在相同条件下运转、近于相同的滚动轴承，其可靠度为90%时的寿命，用L10表示（单位为106r）。

三、滚动轴承的寿命计算第三节滚动轴承的设计计算2．滚动轴承的基本额定动载荷

滚动轴承的基本额定动载荷，是指轴承的基本额定寿命恰好为106r时，轴承所能承受的载荷值，用C表示。第三节滚动轴承的设计计算3．滚动轴承的当量动载荷

一假想载荷，与C同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效，用P表示。——寿命指数，球轴承=3，滚子轴承＝10/3

载荷P

与基本额定寿命

L10

的关系：

4．滚动轴承的寿命计算公式

用小时数表示：第三节滚动轴承的设计计算

计入温度影响和载荷的不同性质，引入温度系数fT

和

载荷系数fd

对基本额定寿命加以修正得下式（校核用）若载荷P和转速n已知，并取轴承的预期使用寿命为L10h′，则所选轴承应具有基本额定动载荷C为（设计用）公式讨论

温度系数ft工作温度℃≤120125150175200225250300ft1.000.950.900.850.800.750.700.60第三节滚动轴承的设计计算载荷系数fd载荷性质fd举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电动机、汽轮机、通风机、水泵中等冲击1.2～1.8车辆、机床、起重机、冶金设备、内燃机强烈冲击1.8～3.0破碎机、轧钢机、石油钻机、振动筛轴承预期使用寿命推荐值使用条件h不经常使用的仪器和设备300~3000短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械、农业机械、装配吊车、自动送料装置3000~8000间断使用的机械，中断使用将引起严重后果，如发电站辅助设备、流水作业的传送装置、带式运输机、车间起重机8000~12000每天8h工作的机械，但经常不是满载荷使用，如电动机、一般齿轮传动装置、压碎机、起重机和一般机械10000~25000每天8h工作的机械，满载荷工作，如机床、木材加工机械、工程机械、印刷机械、分离机、离心机20000~3000024h连续运转的机械，如压缩机、泵、电机、轧机齿轮装置、纺织机械40000~5000024h连续运转的机械，中断使用将引起严重后果，如纤维机械、造纸机械、电站主要设备、给排水设备、矿用泵、矿用通风机≈100000第三节滚动轴承的设计计算081217-17W-31T-62H第三节滚动轴承的设计计算5．当量动载荷的计算公式

X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数

*X、Y的取值与轴承类型有关

*

X、Y的取值还与判断系数e有关e——判断系数，当Fa/Fr≤e时，X=1,Y=0

当Fa/Fr>e时，X≠1,Y≠0注：e，X，Y具体数值由设计手册查取，参见教材P247表14-6P=XFr+YFa

第三节滚动轴承的设计计算径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y轴承类型相对轴向载荷Fa/C0re单列轴承双列轴承Fa/Fr≤eFa/Fr＞eFa/Fr≤eFa/Fr＞eXYXYXYXY深沟球轴承（60000型）0.0140.0280.0560.0840.110.170.280.420.560.190.220.260.280.300.340.380.420.44100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00四、向心推力轴承的载荷计算第三节滚动轴承的设计计算（角接触球轴承70000类、圆锥滚子轴承30000类）轴承的受载特点角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算支反力作用点不在轴承宽度中心结构本身产生派生轴向力S

第三节滚动轴承的设计计算派生轴向力的计算公式表14-7P248圆锥滚子轴承（30000型）角接触球轴承α=15°（70000C型）α=25°（70000AC型）α=40°（70000B型）20100526-12W-32T-64H背对背两支点距离较短两支点距离较长，适用于传动件悬臂安装的情况第三节滚动轴承的设计计算使用中的安装形式（成对使用）

面对面（正装）

背对背（反装）面对面①若轴系有右移趋势，轴承2受压②若轴系有左移趋势，轴承1受压同理可得背对背(反装)配置的轴承轴向载荷的计算公式。2．轴承所受轴向载荷的计算第三节滚动轴承的设计计算受压轴承2放松轴承1受压轴承1放松轴承2结论——被“压紧”轴承所受轴向载荷的大小等于除本身派生轴向力以外的其他所有轴向力的代数和（使轴承被压紧的力取正值，反之取负值）；被“放松”轴承所受轴向载荷等于本身的派生轴向力。第三节滚动轴承的设计计算轴系有右移趋势，轴承2受压轴系有左移趋势，轴承1受压受压轴承2放松轴承1受压轴承1放松轴承2已知轴系所受外载荷受力分析确定派生轴向力确定压紧和放松轴承确定轴向力步骤：由力分析确定作用于轴承上的径向力根据轴承类型和径向力的大小确定根据轴向外载荷FA和派生轴向力S1和S2三者的关系确定压紧轴承所受轴向载荷的大小等于除本身派生轴向力以外的其他所有轴向力的代数和；放松轴承的轴向载荷等于本身的派生轴向力

第三节滚动轴承的设计计算注意：正装和反装时派生轴向力的方向是相反的：第三节滚动轴承的设计计算第三节滚动轴承的设计计算例:图示为用一对30206圆锥滚子轴承支承的轴，轴的转速n＝1430r/min，轴承的径向载荷（即支反力）分别为Fr1＝4000N，Fr2＝4250N，轴向外载荷FA＝350N，方向向左，工作温度低于100℃，有中等冲击。试计算两轴承的寿命。解:第三节滚动轴承的设计计算1．查取30206轴承的基本参数由手册查得：Cr＝43200N，e=0.37，X＝0.4，Y=1.62．计算派生轴向力由表14-7滚动轴承的配置为面对面，派生轴向力的方向如图所示。3．计算轴承的轴向载荷可以判断轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。第三节滚动轴承的设计计算第三节滚动轴承的设计计算4．计算轴承的当量动载荷e=0.37e=0.37第三节滚动轴承的设计计算5．计算轴承的寿命由表14-3和14-4查得：ft＝1，fd＝1.5，由寿命计算公式071220-16W-24T-60H081219-17W-32T-64H五、滚动轴承的静强度计算1．基本额定静载荷

基本额定静载荷C0—载荷最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值时的载荷。调心球轴承——4600MPa；所有其他类型的球轴承——4200MPa；所有滚子轴承——4000MPa。第三节滚动轴承的设计计算2．当量静载荷

当量静载荷P0—指在最大载荷滚动体与滚道接触中心处产生与实际载荷条件下相同接触应力的静载荷。第三节滚动轴承的设计计算3．静强度计算公式4．当量静载荷的计算公式

式中，C0：额定静载荷（N）；P0：当量静载荷（N）；S0：安全系数，查表14-8。式中，X0、Y0分别为径向、轴向静载荷系数，查表14-9。091216-15W-32T-64H第四节滚动轴承的组合设计14－27为了保证轴承正常工作，除了正确选择轴承类型和尺寸外，还要进行合理的轴承组合设计。组合设计的内容是正确处理轴承的配置、紧固、调整、装拆、润滑和密封等问题。

一、轴系的轴向固定

轴系在工作中应始终保持正确的工作位置。受轴向载荷时，能将载荷传递到机座上，而不致使轴发生轴向窜动；由于工作温度变化，轴产生热变形时，应保证轴能自由伸缩，而避免轴承中摩擦力矩过大或将轴承卡死。

第四节滚动轴承的组合设计1．两端单向固定（双支点单向固定）两端单向固定支撑热膨胀间隙两端各用一个圆锥滚子轴承特点：两个轴承各限制轴一个方向的轴向移动。对轴热伸长有一定的补偿作用，仅适用于支承跨距较小、温升不高的短轴。结构简单，安装调整方便，应用比较广泛。第四节滚动轴承的组合设计2．一端双向固定、一端游动第四节滚动轴承的组合设计固定端用深沟球轴承游动端用深沟球轴承游动端用圆柱滚子轴承固定端用深沟球轴承与推力球轴承的组合特点：一个支点限制轴的双向轴向移动（固定端），一个支点不限制轴的移动（游动端）。适用于支承跨距较大、温升高，因而轴受热伸长量较大的场合，但结构较复杂。第四节滚动轴承的组合设计3、两端游动特点：轴系的两个支点均不限制轴的移动。当轴系轴向位置通过其它途径得以固定时，应采用两端游动方式第四节滚动轴承的组合设计轴承内圈固定方法二、滚动轴承的轴向固定第四节滚动轴承的组合设计弹性档圈轴端档圈圆螺母加止动垫圈轴承外圈固定方法第四节滚动轴承的组合设计孔用弹性档圈轴承盖螺纹环1．轴承游隙的调整第四节滚动轴承的组合设计三、轴承组合的调整

为保证轴承正常运转，轴承内部都留有适当的间隙，称为游隙。轴承游隙的大小对轴承寿命、效率、旋转精度、温升及噪声等都有很大的影响。有些类型轴承游隙已按标准规定值留在轴承内部，如深沟球轴承、调心球轴承等；有些类型轴承游隙须在安装时进行调整，如角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。1．轴承游隙的调整第四节滚动轴承的组合设计三、轴承组合的调整

2．轴系位置的调整第四节滚动轴承的组合设计套杯与机座间的垫片用来调整锥齿轮轴的轴向位置另一组垫片则用来调整轴承游隙的大小加金属垫片磨窄套圈3．轴承的预紧第四节滚动轴承的组合设计对某些可调游隙式轴承，在安装时给以一定的轴向压紧力（预紧力），使内外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈与滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度，这种方法称为轴承的预紧。

预紧力的大小由垫片的厚度或轴承内、外圈的磨削量来控制。四、滚动轴承的配合内圈与轴为基孔制，