第16章滚动轴承

机械设计基础第16章滚动轴承滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。组成外圈内圈滚动体保持架16.1滚动轴承的基本类型和特点16.1.1滚动轴承的组成滚动体类型球圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针滚动轴承的主要优点：●摩擦阻尼小，启动灵活；●可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；●径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高；●互换性好，易于维护。缺点：●抗冲击能力较差；●高速时噪声大，寿命较低；●径向尺寸大。16.1.2滚动轴承的特点1.按承载方向和公称接触角分向心轴承：0°≤α≤45°，主要承受径向载荷；径向接触轴承——α＝0°的向心轴承；向心角接触轴承——0°<α≤45°的向心轴承；16.1.3滚动轴承的基本类型推力轴承：45°<α≤90°，主要承受轴向载荷；轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承推力角接触轴承——45°<α<90°的推力轴承2.按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承

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16.2滚动轴承的代号16.2.1代号（1）类型代号2.基本代号用数字或字母表示

1—调心球轴承

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1.前置代号

用字母表示成套轴承的分部件，代号和含义参阅《机械设计手册》

（2）尺寸系列代号

同一内径的轴承有不同的宽度和外径，故尺寸系列代号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

1—正常

2—宽

3、4—特宽

5、6—特宽0—特轻

1—特轻

2—轻

3—中

4—重

（3）内径代号

内径在20~495mm之间的轴承，其代号为d/5，其余见表16-5。3.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150、250和400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。1.根据载荷的大小及性质载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）；载荷小或冲击小－选球轴承（点接触）；16.2.2类型的选择径向、轴向载荷－角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3)轴向载荷不大时，可用深沟球轴承2.根据载荷的方向纯径向载荷－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）3.根据转速的高低转速高－选球轴承；转速低－选滚子轴承；4.根据回转精度精度要求高－选球轴承；5.根据调心性能轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承

——选调心轴承（“1”类或“2”类）；各滚动体上的受力情况如何：FaFaiFaj▲当轴承仅受到纯轴向力Fa

作用时：载荷由各滚动体平均分担，即：Fai＝Faj

16.3.1向心轴承中载荷的分布16.3滚动轴承的选择计算接触点产生弹性变形，内圈下沉δ，最多只有半圈滚动体受载。承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。对于点接触轴承：对于线接触轴承：滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，因此：可看成脉动循环变应力。全部滚动体个数▲当轴承仅受到纯径向力Fr

作用时：16.3.2失效形式1.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。接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。2.塑性变形——低速轴承的主要失效形式原因是载荷过大或冲击载荷作用。3.磨损、胶合、保持架断裂等润滑和密封不良将导致磨粒磨损和粘着磨损。

使用维护不当或受到冲击而引起套圈、保持架破裂，属于非正常失效。16.3.3轴承寿命1.轴承寿命

轴承中任一元件出现疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数。2.基本额定寿命

一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90％的轴承不发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数。用L或Lh

表示。90％10％完好按额定寿命选用轴承，可靠性为90％。注意：额定寿命随运转条件而变化。比如：外载增大，额定寿命降低。因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。3.基本额定动载荷

规定轴承在额定寿命为106转时，所能承受的最大载荷，称为基本额定动载荷，用C表示。即：在C的作用下，运转106转时，有10％的轴承出现点蚀，90％的轴承完好。额定动载荷越大轴承的承载能力越大对于具体轴承，C为定值，按手册查取。Cr

－向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。Ca

－推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。

当工作温度变化（高于120℃）或材质变化时，C值会变化，用温度系数ft修正：对于向心轴承，C为径向力；对于推力轴承，C为轴向力。但轴承可能同时承受径向载荷Fr

和轴向载荷Fa。FaFr为了与C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。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。计算式：X

－径向系数Y

－轴向系数查表16-114.当量动载荷PX、Y的作用是将Fr、Fa折合成当量动载荷。实际工作条件下，需引入载荷系数fP（表16-9）修正P：X、Y取决于：Fa/Fr和参数e。若：Fa/Fr＞e

X≠0、Y≠0若：Fa/Fr≤e

X

＝1、Y

＝0参数e根据Fa/C0确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。基本额定静载荷对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：或：5.基本额定寿命计算目的—根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。载荷与额定寿命的关系曲线：式中：P为当量动载荷；L为P作用下的额定寿命。ε为寿命指数，球轴承ε

＝3，滚子轴承ε

＝10/3。所以：实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：或：－已知轴承的C，计算额定寿命－根据预期寿命Lh′，计算所需的C′

当载荷为额定动载荷C时：寿命计算时，应满足：或：16.3.4角接触轴承中的附加轴向力由于角接触轴承受径向载荷后会产生相应的附加轴向力，所以应成对使用1.角接触轴承的内部轴向力Fs向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力Fs

。O

－支反力作用点，即法线与轴线的交点。表16-12给出了Fs

的近似计算方法。内部轴向力：注意Fs的方向2.角接触轴承的排列方法一般有两种安装形式：●

正装－面对面安装两轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对。●

反装－背靠背安装两轴承外圈的宽边相对，即内部轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；反装时跨距长，轴刚度小；3.角接触轴承的轴向载荷Fa当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷Fa

＝？要同时考虑轴向外载FA和内部轴向力

Fs。①轴承正装●

若Fs1+FA>Fs2Fs1Fs2FAFa圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：12轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，使得

Fs2和△Fa

都是右轴承所受的力，故：使轴向力平衡，故：右轴承被压紧，会产生反力△Fa，而左轴承被放松，Fr1Fr2合力即：（压紧端）（放松端）●

若Fs1+FA<Fs2Fs1Fs2FAFa’12轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，

Fs1和△Fa′

都是左轴承所受的力，故：使轴向力平衡：故：左轴承被压紧，会产生反力△Fa′，而右轴承被放松，即：（压紧端）（放松端）合力FAFa′Fs1Fs212②轴承反装●

若Fs2+FA>Fs1轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力△Fa′，使轴向力平衡：∴（压紧端）（放松端）FAFaFs1Fs212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右轴承被压紧，会产生反力△Fa，使轴向力平衡：●

若Fs2+FA<Fs1，（放松端）（压紧端）∴归纳如下：根据排列方式判明内部轴向力Fs1、Fs2的方向；判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，“压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。对于能够承受少量轴向力而α＝0的向心轴承：（如深沟球轴承）FAFr1Fr2因为：α＝0,Fs1＝0，Fs2＝0所以：Fa＝FA图中：Fa1＝0Fa2＝FA16.3.5滚动轴承的静载荷计算目的—防止轴承元件发生塑性变形针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承1.基本额定静载荷C0：该性能参数——限制塑性变形的极限载荷值对向心轴承为C0r－径向额定静载荷对推力轴承为C0a－轴向额定静载荷调心球轴承——4600MPa

指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假想径向静载荷或中心轴向静载荷：所有其他球轴承——4200MPa所有滚子轴承——4000MPa静强度条件

：P0

－当量静载荷S0

－静强度安全系数2.当量静载荷P0

：

同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承，应按当量静载荷进行分析计算。α≠0的向心轴承（深沟球轴承、角接触球轴承、调心轴承）查手册，取大值α=0的向心轴承（圆柱滚子轴承、滚针轴承）：α=900的推力轴承（推力球轴承、推力滚子轴承）：α≠0的推力调心滚子轴承轴承，当Fr≤0.55Fa时：3.静强度计算径向系数轴向系数一般工作条件的轴承转速极低或仅作缓慢摆动的轴承—进行寿命计算，防止点蚀破坏—静强度计算—按静强度计算，防止塑性变形16.3.6滚动轴承的计算准则高速运转的轴承—进行寿命计算—验算极限转速③固体润滑剂——二硫化钼，石墨2.润滑剂①润滑油——植物油，矿物油，动物油主要指标：粘度、油性、凝点、闪点、酸值等②润滑脂——钙基、钠基、锂基润滑脂主要指标：针入度，滴点1.润滑的目的减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈16.4滚动轴承的润滑和密封油润滑：高速时脂润滑：低速时。装填量不超过轴承空间的1/3～1/2，装脂过多，易于引起摩擦发热，影响轴承的正常工作固体润滑：特殊情况下（高温、真空等）油润滑：浸油（飞溅）润滑滴油润滑喷油润滑油雾润滑

根据速度及轴承类型选择。3.润滑类型密封型式接触式密封非接触密封★转速不高时用接触式密封★转速较高时用非接触式密封4.密封目的：防尘、防水、防止润滑剂流失毡圈密封皮碗密封油沟密封迷宫密封接触式密封毡圈密封v＜5m/s，结构简单。压紧力不能调整。用于脂润滑皮碗密封v＜4m/s~12m/s，实验方便，密封可靠。用于油润滑非接触密封组合设计的内容包括：①固定②调整③配合与装拆④润滑与密封

组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。重点：轴承的固定方法和调整。16.5滚动轴承的组合结构设计16.5.1轴承的固定

轴的支撑结构对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿