第12章滚动轴承

本章教学内容第12章——滚动轴承§12-1滚动轴承的结构与类型§12-2滚动轴承的代号§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算§12-4滚动轴承的组合设计§12-1滚动轴承的结构与类型因滚动轴承是标准件，主要掌握正确选择类型和尺寸合理使用：摩擦阻力小，启动力矩小，效率高。是标准件，选用方便、维护简单。轴承的作用：支撑轴及轴上零件，减小转动副的摩擦和磨损。滚动轴承滑动轴承：精度高，可承受冲击载荷。一、滚动轴承的结构保持架4：滚动体3：外圈1：内圈2：装在轴上装在轴承座孔中在两套圈之间滚动并传递载荷将滚动体均匀隔开

滚动体分为球滚子：圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等各类滚动体多数情况下，外圈不转动，内圈与轴一起转动。当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架的材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料内圈、外圈、滚动体用轴承钢制造§12-1滚动轴承的结构与类型构造和类型2二、滚动轴承的类型球轴承：滚子轴承：运转灵活，允许的转速高，便宜，但承载能力低。承载能力高，但运转不如球轴承灵活。

刚性轴承：调心轴承：允许内外圈偏转角很小的轴承。允许内外圈偏转角较大的轴承。内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承◆按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类：径向接触轴承（向心轴承）向心角接触轴承（向心推力轴承）轴向接触轴承（推力轴承）主要用来承受径向力承受轴向力能同时承受径向力和较大的轴向力§12-1滚动轴承的结构与类型构造和类型4深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N、NU）推力球轴承（5）角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）调心球轴承（1）径向接触轴承类型代号向心角接触轴承轴向接触轴承α：接触角，越大轴向承载能力越大§12-1滚动轴承的结构与类型构造和类型3－接触角径向接触轴承向心角接触轴承轴向接触轴承接触角α：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。α↑，承受轴向力的能力↑。与轴颈装配在一起的套圈称为轴圈，与轴承座装配在一起的套圈称为座圈。§12-1滚动轴承的结构与类型常用滚动轴承的类型和特性（表8-3）轴承名称类型代号结构简图与承载方向极限转速主要特性调心球轴承1中主要承受径向载荷，也能承受少量的双向轴向载荷，能自动调心，允许内、外圈轴线相对偏斜2°~3°调心滚子轴承2低能承受较大的径向载荷和少量的轴向载荷，能自动调心，允许内、外圈轴线相对偏斜2°~3°圆锥滚子轴承3中能同时承受较大的径向和轴向载荷，允许内、外圈轴线相对偏斜不超过2′。承载能力大于“7”类轴承，内外圈可分离，装拆方便，成对使用推力球轴承5低只能承受轴向载荷，且作用线必须与轴线相重合，不允许左右两圈轴线相对偏斜。有承受单向推力的单列轴承（上图）和承受双向推力的双列轴承（下图）两类。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、转速不高之处深沟球轴承6高主要承受径向载荷，也可承受不大的双向轴向载荷，承受冲击载荷的能力差，允许内外圈轴线相对偏斜2′~10′。当转速很高而轴向载荷不太大时，可代替推力球轴承承受纯轴向载荷。价格低，应用广。§12-1滚动轴承的结构与类型角接触球轴承7较高能同时承受径向载荷和单向轴向载荷，允许内外圈轴线相对偏斜2′~10′，公称接触角α有15°、25°、40°三种，因一个轴承只能承受单向轴向力，故一般成对使用圆柱滚子轴承N较高能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷。内外圈只允许2′~4′的相对偏斜。除图示外圈无挡边（N）、内圈无挡边（NU）结构外，还有外圈单挡边（NF）、内圈单挡边(NJ)等结构型式，参见相关设计手册NU滚针轴承NA低只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸小，不允许内外圈轴线相对偏斜。除左图结构外，还有其他结构型式§12-1滚动轴承的结构与类型滚动轴承是标准件，由专业轴承厂生产。因此，对于机械设计人员，只需根据工作要求合理地选择滚动轴承的类型、尺寸；对所选出的轴承进行校核计算；考虑轴承的装拆、调整、润滑和密封等问题，进行滚动轴承的组合设计。在选择滚动轴承类型时主要考虑如下几方面因素：1）载荷方向当FA较小时，可选6类。只受FR时，选径向接触轴承（1、2、6、N）。只受FA时，选轴向接触轴承（5）。同时受FR和

FA时，选向心角接触轴承（7、3）。载荷大小载荷大或有冲击振动时，宜选滚子轴承。三、滚动轴承类型的选择§12-1滚动轴承的结构与类型2）转速高低

转速高或要求旋转精度高时，宜选球轴承。3）调心要求

轴的刚度低、跨度大、轴承座孔的同轴度低或多支点轴，选调心轴承。1或2类4）安装和拆卸要求装拆方便时，选用可分离型轴承。N或3类5）经济性球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。§12-1滚动轴承的结构与类型（一）、基本代号前置代号基本代号后置代号成套轴承部件代号第1位第2位第3位第4位第5位内部结构代号公差等级代号游隙代号类型代号尺寸系列代号内径代号宽/高度系列代号直径系列代号用代号表示轴承的类型、尺寸、精度等，并打印在轴承上。1.内径代号：代号0001020304～96内径d10121517代号×5用数字或字母表示§12-2滚动轴承的代号代号23.类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N、1、2等类型，详见表12-4。1.公差等级代号：分为/P0、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五级。低级

高级

2.尺寸系列代号：尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）或高度。0级省略

(二)、后置代号（见表12-4）2.内部结构代号：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；轴向接触轴承为高度系列直径系列代号：对于同一内径可制成不同外径和宽度宽/高度系列代号：表示同一类型轴承的不同内部结构。只用于圆锥滚子轴承

§12-2滚动轴承的代号对于同一内径可制成不同的宽度举例6217公差等级为0级（省略）轴承内径d=17×5mm=85mm尺寸系列代号（0）2，其中宽度系列为0（省略），直径系列为2类型代号，深沟球轴承§12-2滚动轴承的代号30220/P6X公差等级为6X级轴承内径d＝5x20＝100mm尺寸系列，宽度系列为0（不能省略），直径系列为2类型代号，圆锥滚子轴承公差等级为4级轴承内径d=14×5=70mm尺寸系列代号（0）3其中宽度系列为0（省略），直径系列为3类型代号，角接触球轴承7314AC/P4公称接触角α=25°§12-2滚动轴承的代号§8-3滚动轴承的计算§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算1）疲劳点蚀内、外圈滚道和滚动体表面上受到脉动循环的接触应力，引起疲劳点蚀点蚀使轴承产生振动和噪音，旋转不灵活。2）塑性变形对于转速很低（n<10r/min)或间歇摆动的轴承，因过大的静载荷或冲击载荷作用，使滚动体，内、外圈滚道或保持架产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。此外，还可能出现保持架破坏、套圈断裂、滚动体破碎等失效。一、滚动轴承的失效形式计算准则（1）正常工作条件下做回转运动的滚动轴承，主要发生疲劳点蚀，故应进行接触疲劳寿命计算；当载荷变化较大或有较大冲击载荷时，还应增加静强度校核。（2）转速很低或摆动的轴承，只需作静强度计算。3）基本额定动载荷：基本额定寿命恰好为106转时轴承所能承受的载荷，以C表示。它表征了轴承的承载特性，具体值查轴承标准。对径向接触轴承，C

是纯径向载荷。对轴向接触轴承，C是纯轴向载荷。2）基本额定寿命：指一批同型号的轴承，在相同工作条件下运转，其中有10％的轴承产生疲劳点蚀时转过的总转数L10，或一定转速下的小时数Lh10。显然，轴承在基本额定动载荷C作用下，运转106转而不发生疲劳点蚀的可靠度为90%。1）滚动轴承的寿命：是指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前轴承转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。轴承寿命的差别是很大的二、轴承寿命与寿命计算1.基本概念4）当量动载荷：是一个假想载荷。在这个载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用时的寿命相同，用FP表示。向心角接触轴承的C是所受载荷的径向分量。§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算当量动载荷三、当量动载荷的计算式中：FR

、FA

—分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；X、Y—轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数,表12-8当量动载荷式中：FP－当量动载荷；n－轴承的转速（r/min）；－寿命指数，球轴承：

＝3；滚子轴承：

＝10/3常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。2.轴承寿命计算ft－温度系数，见表12-6。fP－载荷系数，见表12-7。§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算用小时表示内部轴向力四、向心角接触轴承轴向载荷的计算1.内部轴向力Fs在径向力FR作用下，各受载滚动体的轴向分力Fsi之和，即为轴承的内部轴向力Fs。内部轴向力表12-9300007000C7000AC7000BFs=FR／(2Y)Fs≈0.4FRFs＝0.68FRFs＝1.14FRFRFni方向：外圈的宽边→窄边,使内外圈有分离的趋势。成对使用反向安装§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算正装（面对面）反装（背靠背）成对使用的向心角接触轴承通常有两种安装方法：§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算如果Fa+SⅡ>SⅠ,则轴左移,左端轴承被压紧(称为紧端),右端称为松端:FaⅠ=Fa+SⅡ,FaⅡ

=SⅡ如果Fa+SⅡ<SⅠ,则轴右移,右端轴承被压紧(称为紧端),左端称为松端:FaⅡ=SⅠ-Fa,FaⅠ=SⅠ2.轴向载荷计算如果Fa+SⅡ=SⅠ,则:FaⅡ=SⅡ,FaⅠ=SⅠ§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算结论:松端轴承所受轴向力为其自身的派生轴向力，紧端轴承所受轴向力为外加轴向力和松端派生轴向力的代数和3.轴向载荷计算§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算内部轴向力四、向心角接触轴承轴向载荷的计算3.载荷作用中心滚动体的载荷方向线与轴线的交点o即为轴承的载荷作用中心（支反力的作用点）。距离a可查轴承手册。aFRFni§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算§13-5滚动轴承的静强度计算转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算静强度。当量静载荷FP0FP0=X0FR+Y0FA式中：X0、Y0－为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表12－10。

基本额定静载荷C0－使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值(球轴承：4200MPa；调心轴承：4600MPa；滚子轴承：4000MPa)的载荷。径向接触轴承的C0

是径向载荷。向心角接触轴承的C0

是所受载荷的径向分量。轴向接触轴承的C0

是中心轴向载荷。注：如计算的FP0＜FR，取FP0＝FR。静强度条件为：式中：S0－静强度安全系数，查表12－11。FP0≤五、滚动轴承的静载荷计算§12-3滚动轴承的寿命计算和静强度计算§12-4

滚动轴承部件的组合设计

轴承的组合设计实际上就是如何在机器中合理的使用轴承。组合设计主要考虑滚动轴承轴系的固定、轴承组合结构的调整、轴承的配合、润滑和密封、装拆等问题。一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的窜动，两端轴承的固定合起来限制轴的双向窜动。§12-4

滚动轴承部件的组合设计一、轴系的固定1.两端固定特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴对于深沟球轴承，应留热补偿间隙，常取Δ＝0.25-0.4mm．可调间隙的轴承安装时在轴承内留轴向间隙．①要求轴、轴承及轴上零件相对于机架具有准确的位置，轴及轴上零件不能沿轴向窜动以将载荷传递到机架上。②轴受热膨胀后，轴能自由伸缩，不能将轴承卡死。组合设计22.一端固定一端游动左端轴承固定（内外圈在轴向都固定）并限制轴的双向窜动；右端轴承为游动支承，可随轴的伸缩在轴承座孔中沿轴向游动。对不可分离型轴承，只需固定内圈，其外圈在轴承座孔内可以轴向游动。特点：轴的工作稳定，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。一端固定一端游动§12-4

滚动轴承部件的组合设计组合设计31.轴承间隙的调整间隙的大小直接影响轴的旋转精度、轴承的载荷分布、噪声、寿命等。径向接触轴承的间隙是在制造时保证的（出厂后不能调整）调整方法有：1）增减垫片2）调整螺钉向心角接触轴承（7、3类）的游隙是在安装时通过调整来保证二、滚动轴承组合结构的调整§12-4

滚动轴承部件的组合设计

2.轴系轴向位置的调整目的：使轴上零件在安装时有准确的工作位置。例如：蜗轮的中间平面应通过蜗杆轴线；两个锥齿轮的锥顶要重合方法：用垫片调整§12-4

滚动轴承部件的组合设计三、滚动轴承的配合滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与轴承座孔的配合。转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；由于滚动轴承是标准件，故内圈与轴颈的配合采用基孔制，只标注轴；如：n6、m6、k6、js6。如：J7、J6、H7、G7外圈与轴承座孔的配合采用基轴制，只标注孔。§12-4滚动轴承部件的组合设计四、滚动轴承的安装与拆卸在装拆过程中不能损坏轴承,不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；配合过盈量大的轴承常用温差法装配。为了拆卸，给滚动轴承定位的轴肩高不应超过轴承内圈的高度。§12-4滚动轴承部件的组合设计滚动轴承的润滑与密封五、滚动轴承的润滑1．润滑的主要作用降低摩擦，减少磨损；油润滑可以到起散热、冷却作用；滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用；轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用。式中：d－轴承内径（mm)；2．润滑方式的选择常用的润滑方式脂润滑油润滑

dn＜（2～3)×105mm·r/min

dn≥(2～3)×105mm·r/minn－轴承的转速（r/min)。脂润滑：阻力大，但不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间,但为避免轴承过热，填充量不宜过多。油润滑：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。要选择油的种类及粘度，润滑方式（常有喷油或浸油两种）。--高速高温时§12-4

滚动轴承部件的组合设计润滑与密封2密封方法：1）接触式密封轴与密封件接触，轴转速高时不宜。如：毡圈、皮碗密封等毡圈密封皮碗式密封防尘为主防漏为主六、滚动轴承的密封2）防止润滑剂流失－－防尘－－防漏1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承毡圈密封：将矩形毛毡圈塞在梯形槽中，并与轴接触。结构简单，成本低，但摩擦损失较大，主要用于速度较低、脂润滑的场合。皮碗密封：工作条件使用范围广，在机械设备上应用广泛。§12-4

滚动轴承部件的组合设计润滑与密封2密封方法：1）接触式密封2）非接触式密封如：间隙密封、迷宫式密封、封油盘密封3）组合密封：将各种密封方法组合使用提高密封效果。如：迷宫+毡圈间隙密封迷宫式密封（径向曲路），还有轴向曲路非接触式密封：不受工作速度的限制，基本上不存在摩擦磨损，但密封介质的泄漏量比接触式大。封油盘密封封油盘密封：用于轴承脂润滑而齿轮油润滑。§12-4

滚动轴承部件的组合设计小结滚动轴承的类型和代号，如：6209滚动轴承的类型选择滚动轴承的失效形式及设计准则掌握轴承寿命计算轴承寿命的计算式为5.当量动载荷的计算6.向心角接触轴承轴向力的计算，注意要考虑内部轴向力7.滚动轴承的组合设计，包括：轴系的固定、轴承组合结构的调整、轴承的配合、润滑和密封、装拆等第12章——滚动轴承补充题1.一轴用一对角接触球轴承7212AC支承，面对面（外圈窄边相对）安装，轴上受力情况如图所示，轴上外载荷FX=2500N，两个轴承所受径向载荷分别为：FR1=4000N，FR2=3000N，载荷平稳，试求轴承1和轴承2的：(1)、轴向载荷FA1、FA2(2)、当量动载荷FP1、FP2(3)、哪个轴承的计算寿命低？为什么？

注：内部轴向力Fs=0.68FR，当FA/FR≤e时，X=1，Y=0；当FA/FR>e时，X=0.41，Y=0.87