第16章 滚动轴承

基本要求第16章滚动轴承1.了解滚动轴承的构成、结构特点和类型。2.了解滚动轴承的代号规定，能识别一般代号。3.了解滚动轴承的失效形式，能根据失效作出正确分析。4.能根据使用要求正确选用滚动轴承。5.工作能力计算。6.能根据使用要求正确的作出滚动轴承的组合设计（滚动轴承装置的设计：安装、调整、润滑、密封等）。滚动轴承是标准件，无需设计，而是如何选用。重点：轴承的代号及寿命计算、滚动轴承的组合设计。难点：轴承的当量动载荷计算。概述一.滚动轴承的构造与材料构成：内圈+外圈+滚动体+保持架保持架外圈内圈滚动体保持架保持架：将滚动体均匀隔开。一般用低碳钢板冲压制成，高速时多采用有色金属（铜合金）或工程塑料等整体式保持架。内外圈和滚动体：采用轴承钢（如GCr15）制造，并经淬火处理和精磨、抛光。具有高硬度（HRC61～65）、高接触疲劳强度，良好的耐磨性和冲击韧性。材料：二.滚动轴承的特点1.摩阻小、效率高，起动灵敏；2.运转精度高（可通过预紧消除间隙）；3.轴向尺寸较小；4.组合结构简单、便于使用维护；5.润滑方便，易互换，质优价廉；6.抗冲击能力较差；7.振动及噪音较大；8.高速重载下寿命较低；9.径向尺寸较大。三.应用范围一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。§16-1滚动轴承的基本类型和特点一.滚动轴承的主要类型：1.按滚动体分：球轴承－滚子轴承－圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针2.按承载方向分：向心轴承、推力轴承3.按轴承可否调心：调心轴承、非调心轴承承载不如滚子轴承，但价格相对便宜(α－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。α↑→轴向承载能力↑)1.承载能力

：二.几点说明：考虑载荷大小滚子轴承－线接触，可承受较大载荷球轴承－点接触，承受较小或中等载荷考虑载荷方向角接触向心轴承（0°＜α＜45°）－以承受径向载荷为主角接触推力轴承（45°＜α＜90°）－以承受轴向载荷为主轴向接触推力轴承（α＝90°）－只能承受轴向载荷径向接触向心轴承（α＝0°）－滚子轴承－只能承受径向载荷；球轴承－主要承受径向载荷，还能承受一定量的双向轴向载荷。向心轴承：主要承受径向载荷Fr推力轴承：只能承受轴向载荷Fa

向心推力轴承：Fr+Fa

深沟球轴承（6）推力球轴承（5）

角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）圆柱滚子轴承（N）调心球轴承（1）2.极限转速：在一定的载荷和润滑条件下，轴承允许的最高转速。

在同等精度下，点接触轴承的摩擦阻力较线接触轴承小，因而球轴承的极限转速比滚子轴承高一些。3.角偏差（调心性能）：

在同等精度下，点接触的轴承较线接触的轴承的调心性能好。

由于制造、安装或轴的变形，引起轴承内外圈轴线发生相对倾斜，其倾斜角称角偏差。提高极限转速的措施：↑精度、↑间隙、改善润滑和冷却条件、采用青铜保持架

滚动轴承的尺寸选择★轴承内径与轴颈直径相等★直径系列载荷很小特轻系列一般情况轻或中系列校核计算选择轴承类型★宽度系列一般选正常系列代号012宽度窄正常宽代号0、1234直径特轻轻中重载荷很大重系列§16-2滚动轴承的代号

滚动轴承类型繁多，各类型中又有不同结构、尺寸和精度等，为便于组织生产及选用，国标对滚动轴承的代号作了具体规定。基本代号前置代号后置代号（□或加×）╳╳╳╳╳内径尺寸系列代号=内径/5(20～495mm)d<20mm时：0001020310121517尺寸系列代号直径系列代号宽(高)度系列代号□类型代号其它代号游隙代号特殊轴承材料代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号公差等级代号内部结构代号□轴承分部件代号注：□－字母；×－数字。直径系列变化：基本代号注：2、3类轴承宽度系列代号为0时，不省略。有时宽度代号为1、2时也被省略。前置代号

用于表示轴承的分部件，用字母表示。代号7890123456宽度系列－－特窄－－窄正常宽特宽直径系列超特轻超轻特轻轻中重－－－－－表16－4尺寸系列代号

轴承内部结构代号N207E加强型E32310B接触角α加大B圆锥滚子轴承7210B7210AC7005Cα=40°α=25°α=15°BACC角接触球轴承实例含义代号轴承类型后置代号/P2/P4/P5/P6/P6x省略代号6206/P26206/P46206/P56206/P630321/P6x6206示例2级4级5级6级6x级0级公差等级公差等级代号（等级：低高）（0级－普通级；6x级－仅用于3类轴承）游隙代号：C1、C2、C0、C3、C4、C5（径向游隙量↑）。

C0为基本组游隙，优先采用，但不标出。72206C/P52轴承内径d=6×5＝30mm直径系列代号，2（轻）系列宽度系列代号，2（宽）系列类型代号

角接触球轴承内部结构代号α＝15°

公差等级代号5级游隙代号第2组游隙C2（游隙与公差同时表示时，符号C省略）6308轴承内径d=8×5＝40mm直径系列代号，3（中）系列宽度系列代号，0（窄）系列，省略类型代号

深沟球轴承

公差等级代号，0级，省略

游隙代号基本组游隙C0，省略§16-3滚动轴承的选择计算一.失效形式：假设内外圈不变形，则内圈沿Fr方向下移一距离δ。载荷轴向力由各滚动体平均分担受载滚动体的数目游隙弹性变形量影响受最大径向载荷的滚动体承载为：径向载荷一般承载区≤180上半圈滚动体不承载，下半圈滚动体承受不同的载荷。（z－滚动体数目）失效形式1.疲劳破坏（点蚀）滚动体与滚道接触表面受变应力所致。

是滚动轴承的主要失效形式。2.永久变形转速很低或间歇运动时，承受很大静载荷或冲击载荷，造成滚道凹坑，引起剧烈振动、噪声。润滑、密封不良和维护、保养不当可引起不正常失效：

磨损；胶合；内外圈或保持架破损。二.轴承的寿命：套圈－轴承内圈或外圈以及内外圈的总称。可靠度R－一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率。

轴承的一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对另一个套圈的总转数或工作小时数称为轴承的寿命。★基本额定寿命：

一组同一型号轴承在同一条件下运转，可靠度R＝90%时，能达到或超过的寿命。（即10%的轴承发生疲劳点蚀，90%的轴承未发生疲劳点蚀前能达到或超过的寿命。）

记为：Ｌ（106r）或Ｌh（h）。基本额定动载荷：额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷。

常用字母C（Cr、Ca）表示。注意：对向心轴承，Cr－径向基本额定动载荷；对推力轴承，Ca－轴向基本额定动载荷。二.轴承寿命：式中：Ｐ－当量动载荷；

ε－寿命指数。球轴承ε＝3；滚子轴承ε＝10/3。

ｎ－轴承转速，r/min。考虑到：t＞100℃时，Ｃ↓，引入温度系数ft（见表16－8）；冲击、振动时，Lh↓，引入载荷系数fP（见表16－9）。预期寿命：设计时给定的目标寿命。各类机械中轴承的预期寿命参考P279表16－10。或三.滚动轴承的当量动载荷计算基本额定动载荷C向心轴承Cr纯径向载荷纯轴向载荷推力轴承Ca1.校核轴承寿命已知轴承型号(即C)外载轴承寿命预期寿命？？2.选择轴承型号（即选C）已知外载预期寿命所选轴承的满足预期寿命时轴承的滚动轴承寿命计算公式的应用转化当量动载荷Ｐ在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同。Fa，对只承受轴向载荷的推力轴承；径向动载荷系数，P280表16-11轴向动载荷系数，P280表16-111）对α＝0°的向心轴承，Y≡0；对α＝90°的推力轴承，X≡0。2）由表16-11可知，对于单列轴承，

当Fa/Fr≤ｅ时，X≡1、Y≡0，P≡Fr。这说明只要轴向力没有大到一定程度，寿命计算时就可以不考虑轴向力的影响。说明Fr，对只承受径向载荷的向心轴承；对同时承受Fr、Fa复合载荷的向心轴承。实际工作中，轴承同时受Fr、Fa的作用三.当量动载荷的计算：四.角接触向心轴承轴向载荷Fa的计算：

对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承，在Fr的作用下，由于存在α，

法向力Fi可分解为径向分力Fri和轴向分力Fsi。

各滚动体所受轴向分力之和即为轴承的内部（派生）轴向力Fs。Fs有使内圈和滚动体连同轴颈与外圈分离的趋势。

由于内部轴向力Fs欲使轴发生窜动，应平衡之，故7类和3类轴承通常成对使用，对称安装。Fs的方向始终由轴承的小口指向大口。正装－两外圈窄边相对安装。反装－两外圈宽边相对安装。1）径向力Fr：作用点：大小：2）内部轴向力Fs：70000C70000AC70000B30000Fs=eFr

Fs=0.68Fr

Fs=1.14FrFs=Fr/(2Y)

计算7类、3类轴承的轴向载荷时要同时考虑由轴承径向载荷引起的内部轴向力和作用于轴上的其它轴向力的合力。3）轴向载荷Fa的计算：大小：作用点：方向：Fr2Fr1Fs1Fs2Fr2Fs2Fr1Fs1支反力作用点（压力中心）位置：精确计算时查手册，近似计算时可取为轴承宽度中点。1）若FA+Fs2＞Fs1取轴和内圈为分离体。以正装为例。２１FAFs2Fs1V压紧放松2）若FA+Fs2＜Fs1２１FAFs2Fs1V压紧放松1.

“放松端”轴承的轴向载荷＝其本身内部轴向力；2.“压紧端”轴承的轴向载荷＝除本身内部轴向力外，轴上其余轴向力的代数和。结论W2W1∴

Fa1＝Fs1＋W1＝FA+Fs2，Fa2＝Fs2则FA+Fs2＝Fs1＋W1

W1＝FA+Fs2－Fs1则FA+Fs2＋W2＝Fs1

W2＝Fs1－FA－Fs2∴

Fa1＝Fs1，Fa2＝Fs2＋W2

＝Fs1－FA计算轴承寿命的方法归纳：2）标明各个轴向力（内部、外部）的方向。3）根据合力，判断轴承“放松端”和“压紧端”。4）放松端轴承的轴向力Fa=自身的内部轴向力；压紧端轴承的轴向力Fa=除去自身的内部轴向力外，其余轴向力的代数和。>1）计算径向力、内部轴向力；五.滚动轴承的静载荷计算（n≤10r/min时）

基本额定静载荷C0：使受载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的载荷。

当量静载荷：静强度安全系数

静强度计算：

某深沟球轴承的预期寿命为8000小时，试计算下列三种情况下的寿命各为多少？(ε＝3)(1)当它承受的当量动载荷增加一倍时；(2)当它的转速提高一倍时；(3)当它的基本额定动载荷Cr增加一倍时。例题分析2.图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承30205，轴上径向载荷FR=3000N,轴向载荷FA=500N,求轴承的轴向载荷。Fr1505012FR

FA1.计算径向力

2.计算内部轴向力Fs查手册Y=1.6，由表16-133.计算轴向载荷轴承1放松：Fa1=Fs1=468.75N轴承2压紧：Fa2=FA+Fs1=968.75N解：Fr2Fs1Fs2Fr1=Fr2=

FR/2＝1500NFr1Fr2FA21§16-4滚动轴承的润滑和密封一.滚动轴承的润滑：润滑的目的—减摩(磨)、降温、防锈、吸振。当采用润滑脂时，还有密封作用。2.润滑剂：润滑油、润滑脂、固体润滑剂。根据速度因数d·n值选取。当d·n＜（1.5～2）105

mm·r/min时，采用脂润滑，超过此范围宜采用油润滑。3.润滑方法：

浸油润滑滴油润滑飞溅润滑高速时喷油、喷雾润滑二.滚动轴承的密封：1.密封的目的—防尘、阻止润滑剂流失。2.密封方式：接触式密封

结构简单、密封可靠，但适应的转速不大，通常轴颈的表面粗糙度值要求较小。毛毡圈密封－脂润滑，v45m/s，t≤90℃

（唇形）密封圈密封－脂或油润滑，v7m/s，t＝－40～100℃非接触式密封无磨损，适应的转速可以很大，对轴颈的加工精度要求也低，但结构复杂，有些结构要求剖分结构，应用不如接触密封广泛。间隙密封－脂润滑，间隙0.1～0.3mm迷宫式密封－脂或油润滑，效果可靠。有径向、轴向两种。组合密封如毛毡＋迷宫密封，效果很可靠，但结构复杂。§16-5滚动轴承的组合设计

除正确选择轴承类型和型号外，还必须合理设计轴承的组合结构，才能保证轴承和轴系的正常工作。轴承的组合设计主要包括：安装、调整、润滑、密封等。1.轴向固定2.周向固定：采用配合

轴承的固定形式滚动轴承与轴颈和座孔的配合

滚动轴承是标准件，其内孔与外径配合不必标注公差。内圈与轴颈的配合是基孔制，外圈与座孔为基轴制。

圆柱公差中基准孔的公差带在零线之上，而轴承内圈孔的公差带在零线之下，所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类配合要紧的多。

轴承外圈与外壳孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比，配合性质基本一致，但由于轴承外径的公差值较小，因而配合也较紧。1）载荷的类型：摆动载荷、定向载荷

滚动轴承回转套圈一般受旋转载荷，应选紧配合，不回转套圈受局部载荷应选较松的配合。

当轴承受摆动载荷时，内外圈均应选较紧配合。具体应考虑以下几个方面：

承受摆动载荷时，特别是承受重载时，内外圈均应选过盈配合

承受回转载荷的内圈与轴应选过渡配合，承受局部载荷的外圈一般选用较松配合重载宜紧、轻载宜松

轴承回转时，套圈的温度通常比相邻零件的温度高，应考虑热膨胀作用，低温宜紧、高温宜松

轴承旋转精度和运转平稳性要求较高时，尽量避免采用间隙配合

如果轴或轴承箱表面形状不规则，将导致轴承内外圈的不正常变形。对开式轴承箱与轴承外圈的配合不宜采用过盈配合。当轴承安装于薄壁、轻合金轴承箱或空心轴上时，应选较紧一些的配合

为了有利于装拆，特别对于重型机械，为了缩短换轴承中停时间，常采用间隙配合，当根据其他条件决定需用过盈配合时，可采用可分离型轴承和带紧定套等特殊结构的轴承

要求轴承套圈能在轴上有一定的游动量时，通常承受固定载荷的套圈以间隙配合安装。如果内外圈为无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承作为游动端时，内外圈均可采用过盈配合2）载荷大小；3）工作温度；4）旋转精度；5）结构要素；6）装拆方便；7）轴向位移。1.两端固定两个轴承各限制一个方向的轴向移动，合起来就限制了轴的双向移动。

适用于工作温度变化不大的短轴，考虑到轴受热伸长，在轴承盖与外圈端面间应留出热补偿间隙c（0.2～0.3mm）。一.轴承的固定：2.一端固定、一端游动：固定端承受双向轴向载荷（内、外圈均需固定），游动端可作轴向游动（不受轴向载荷，以补偿轴的热伸长