机械设计10-滚动轴承设计

第十章滚动轴承设计§20-1滚动轴承的主要类型及代号及选择

§20-3滚动轴承的寿命计算§20-2滚动轴承的主要失效形式及计算准则

§20-4滚动轴承装置的设计内圈——装在轴颈上，随轴转动外圈内圈滚动体保持架球圆柱滚子滚针常用的滚动体形状

球面滚子圆锥滚子一.滚动轴承的构造外圈——装在轴承座孔内，一般不转动滚动体——滚动轴承的核心元件保持架——将滚动体均匀隔开，避免摩擦由四种元件组成§20-1滚动轴承主要类型及代号及选择

缺点：抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。二.滚动轴承的特点①摩擦系数小，启动力矩小，效率高；②轴向尺寸（宽度）较小；③某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此可使机器结构简化、紧凑；④径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转精度高；⑤润滑简单，耗油量少，维护保养简便；⑥标准件，易于互换等优点，所以获得广泛应用。优点：3．滚动轴承部件组合设计（包括轴承内外圈固定、间隙调整、轴承配合、轴承装拆、润滑与密封等）——

重点型号（尺寸）选择——轴承寿命计算——

重点类型选择三.本章的主要内容：2．滚动轴承选择难点：角接触轴承轴向载荷FA的确定1．滚动轴承的类型及代号——重点四．滚动轴承的尺寸及性能参数轴承内径d——轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是轴承公称直径；Dd轴承宽度B——

轴承两端面之间的轴向距离。

一）滚动轴承的主要尺寸轴承外径D——

轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；B二）滚动轴承的主要性能参数

轴承的公称接触角α——滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角。反映轴承承受轴向载荷的能力，α越大，轴承承受轴向载荷的能力越强。轴承的极限转速nlim

>

轴承的工作转速nα轴承内外圈轴线相对偏斜角θ——反映轴承自动调心的能力。调心轴承简图调心球轴承θ按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为以下几种

五．滚动轴承分类ααα轴承类型公称接触角α向心轴承(主要承受径向负荷FR)推力轴承(主要承受轴向负荷FA)径向接触向心角接触推力角接触轴向接触α=0000<α≤450450<α<900α=900图例六．滚动轴承的主要类型和特点类型代号：（10000）承载类型——主承径向负荷FR也能承受少量的双向轴向负荷FA，FRFAFAFRFAFA1.调心球轴承承载类型——主承径向负荷FR

，也能承受少量的双向轴向负荷FA特点——具有调心性能，θ=20~302.调心滚子轴承特点——具有调心性能，θ=0.50~20

类型代号：（20000）承载类型——能承受较大的径向负荷FR

和单向的轴向负荷FA。FRFA结构特点：内外圈可分离,公称接触角有

120，260,α越大，承轴向载荷的能力就越大。3.推力调心滚子轴承类型代号：（29000）承载类型——可承很大的轴向负荷FA

和一定径向负荷FR特点——具有调心性能，θ=20~304.圆锥滚子轴承使用要求：成对使用类型代号：（30000）FAFRFRα正装（面对面安装）圆锥滚子轴承安装形式一：正装简图反装（背对背安装）圆锥滚子轴承安装形式二：反装简图松圈松圈5.推力球轴承51000——单向推力球轴承，只能受单向FA类型代号：（50000）52000——双向推力球轴承，能受双向FAFA5100052000紧圈结构特点：由紧圈（内孔较小，装在轴上）松圈（内孔较大，装在机座上）和滚动体组成，套圈与滚动体可分离。承载类型——只能受轴向负荷FA松圈紧圈滚动体FAFA极限转速——低6.深沟球轴承

承载类型——能同时承受径向负荷FR与单向轴向负荷FAFRFAFAFRFA承载类型——主要承受径向负荷FR，也可同时承受少量双向轴向负荷FA类型代号：（60000）极限转速——高7.角接触球轴承类型代号：（70000）结构特点：公称接触角有150，250，400α越大，承轴向载荷的能力就越大。使用要求：成对使用α正装（面对面安装）角接触轴承安装形式一：正装简图反装（背对背安装）角接触轴承安装形式二：反装简图8.圆柱滚子轴承FR（N0000）（NN0000）承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。结构特点：内外圈可分离类型代号：外圈无挡边圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承FRN0000NN0000FRNA00009.滚针轴承类型代号：（NA0000）结构特点：内外圈可分离，可以没有保持架承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。一）轴承代号组成——由基本代号、前置代号构成。七.滚动轴承的代号轴承代号前置代号

后置代号

×××××

类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号结构形状、尺寸公差技术要求

成套分轴承部件基本代号

×××××

类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号二.基本代号

圆锥滚子轴承:3推力球轴承:5深沟球轴承:6角接触球轴承:7圆柱滚子轴承:N窄:0正常:1宽:2特低：7低：9正常：1（单向）正常：2（双向）轻：2中：3重：4特宽：3特宽：4特宽：5特宽：6d<20mm的轴承d=10mm代号：00d=12mm代号：01d=15mm代号：02d=17mm代号：03d=20mm～480mm的轴承d为：22、28、32及d>500mm以上轴承代号：/内径毫米表示特轻：0特轻：1调心球轴承

:1调心滚子轴承:2推力调心滚子轴承

:29滚针轴承:NA尺寸系列代号表示方法

直径系列代号尺寸系列代号向心轴承宽度系列代号推力轴承高度系列代号0（窄）1（正常）2（宽）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）2（轻）3（中）4（重）021222031323041424729212227393132374941424向心轴承中直径系列正常宽度系列如：尺寸系列代号为：13双向推力轴承轻直径系列正常高度系列如：尺寸系列代号为：222213d02031324DDDBBBB表示同一公称内径d的轴承，其外径D和宽度B的变化情况轴承尺寸系列的含义轻窄系列中窄系列中宽系列重宽系列三）后置代号后置代号12345678内部结构

密封与防尘套圈变型

保持架及材料

轴承材料

公差等级

游隙

配置其他C：

角接触球轴承，α=150

AC：角接触球轴承，α=250

B：

角接触球轴承，α=400

B：

圆锥滚子轴承，接触角加大E：

加强型/P0：0级（省略不标）/P6：6级/P6X：6X级/P5：5级/P4：4级/P2：2级6（0）2

06

（/P0）3

32

15

E（/P0）公差等级为0级加强型轴承内径d=75mm尺寸系列32,为特宽轻系列圆锥滚子轴承解答：轴承内径d=30mm尺寸系列（0）2,为窄轻系列深沟球轴承公差等级为0级例10-1

试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。7（0）3

12

C（/P0）5

14

10

/P6公差等级为6级轴承内径d=50mm尺寸系列14,为正常高度、重系列单向推力求轴承轴承内径d=60mm尺寸系列（0）3,为窄中系列角接触球轴承公差等级为0级α=150八.滚动轴承类型的选择承轻、中及较小波动载荷的场合——选球轴承承重及较大波动的载荷的场合——选滚子轴承一）根据轴承所受的载荷选载荷的大小、性质载荷的方向深沟轴承（6类）圆柱滚子轴承（N类）及滚针轴承（NA类）纯径向负荷可选用纯轴向负荷——可选用推力轴承（5类）同时受径向负荷和轴向负荷时径向负荷为主——可用深沟球轴承（6类）径向负荷，轴向负荷都很大角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）可用推力调心滚子轴承（29类）也可用圆柱滚子N类（或深沟球轴承6类）与推力轴承（5类）联合使用。轴向负荷很大径向负荷较小一）根据轴承所受的载荷选一）根据轴承所受的载荷选转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时——宜选用球轴承转速较低、负荷较大或有冲击载荷时——宜选用滚子轴承二）轴承的转速极限转速nlim：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴承的最大允许转速。对高转速的轴承：1.优先选用球轴承（润滑的阻力）2.轻系列轴承优于中、重系列（离心力）3.实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）4.提高公差等级、改善润滑条件等当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用调心球轴承或调心滚子轴承。三）调心性能的要求8′~16′2′~4′2~3°四）安装和拆卸方便一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内外圈可分离的轴承五）考虑经济性§10-3滚动轴承的主要失效形式及计算准则

一．滚动轴承的受力及应力分析（以深沟球轴承为例）δFR当深沟球轴承承受径向力FR时，由于各接触点存在着弹性变形，使内圈沿FR方向下移一距离δ。只有下半圈滚动体受载，上半圈动体不受载。沿FR作用线上滚动体受载最大（FQ），而邻近的滚动体受载逐渐减小（FQ>FQ1>FQ2)FQ2FQFQ1FQ1FQ2

一）受力分析R向心轴承：在载荷R的作用下，假设下半圈滚动体受力；根据变形关系，中间滚动体受力最大，向两边逐渐减小。受力最大滚动体受载为R二）轴承工作时元件上应力的变化滚动体——当滚动体进入承载区后，所受负荷就由零逐渐增大到最大，然后，再逐渐减小到直至零。因此，对滚动体某一点而言，它的应力是周期性不稳定变化的。

转动的内圈——其上各点的受载情况类似于滚动体。因此，旋转圈上任一点的应力是周期性不稳定变化的。

固定的外圈——各点所受应力随位置不同而大小不同，对位于承载区内的任一点，当每个滚动体滚过一次便受载一次，而所受负荷和应力的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环应力。滚动轴承工作时，一般是内圈转动，外圈固定。σHt0σHt0σHt0通过承载区时间通过非承载区时间通过承载区时间通过非承载区时间滚动体应力的变化内圈应力的变化外圈应力的变化1．疲劳点蚀滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。二.滚动轴承的失效形式及计算准则一）失效形式2．塑性变形转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，以致表面出现塑性变形（凹坑），运转精度降低，并会出现振动和噪声而不能正常工作

3．磨损在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作时易发生磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。

对一般工作条件下的回转滚动轴承——经常发生点蚀，主要进行寿命计算，必要时进行静强度校核；对于不转动、摆动或转速低（n≦10r/min）的轴承，要求控制塑性变形，只需进行静强度计算；对于高速轴承——由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常常是突出的矛盾，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。二）计算准则§20-3滚动轴承的寿命计算对一组同一型号的轴承，由于材料、热处理和工艺等很多随机因素的影响，即使在相同条件下运转，寿命也不一样，有的甚至相差几十倍。因此，对一个具体的轴承，很难预知其确切的寿命。实验表明：寿命与可靠性有关。如图定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为：轴承寿命

2051015501000R(%)

轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷1.基本额定寿命：一批相同的轴承中90％的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数（以106为单位）或小时数。基本额额定寿命用

L10或L10h

来表示。基本额定寿命在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。滚动轴承的基本额定动载荷

轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命等于106次的载荷值，用符号C表示。对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷Cr，对于深沟球轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承径向基本额定动载荷Cr对推力轴承轴向基本额定动载荷CaCr、Ca可从手册中查出通过试验得出如图所示6208轴承的载荷—寿命曲线。载荷--寿命曲线的公式：寿命指数：---球轴承---滚子轴承用小时表示：310/3ε=基本额定动载荷：P---当量动载荷

L’h--预期寿命一、轴承寿命计算基本公式曲线上对应于Lh=106

的载荷为:29.5KN。当t>120℃

时，→C↓

引进温度系数ft

进行修正。表20-8温度系数

轴承工作温度℃

温度系数ft12025020015012530010.950.900.700.800.60Ct=ftC修正后的计算公式：表20-9轴承预期寿命Lh的参考值

使用场合不经常使用的仪器和设备

500Lh/h

短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果4000~8000间断使用，中断时会引起严重后果8000~12000

每天8h工作的机械12000~20000

每天24h连续工作的机械40000~60000二、当量动载荷的计算滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载荷。含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷相当。计算公式：P=fP（X

Fr+Y

Fa

）X----径向动载荷系数；Y----轴向动载荷系数。见下页

向心轴承：P=Fr推力轴承：P=Fa理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然，单向载荷与双向载荷作用下，轴承的寿命是不一样的。fP----冲击载荷系数

表10-10向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.1720.192.312.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15˚1.430.470.441.1910………………角接触球轴承α=25˚----0.680.410.8710α=40˚----1.140.350.5710圆锥滚子轴承(单列)----1.5tgα0.40.4ctgα10调心球轴承(双列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(单列)表20-11冲击载荷系数

载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0三、向心推力轴承（3，7类）的轴向力计算1、角接触球轴承或圆锥滚子轴承内部轴向力的计算当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时，由于存在接触角α,滚动轴承受载情况如右图示----派生轴向力FNi=Fsi+FriFs=∑Fsi=∑Fritgβ第i个滚动体当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时，由于存在接触角α

，第i个滚动体所受力为FNi。可分解为两个轴向和径向两个分力：所有滚动体轴向力之和：其中：Fsi=Fritgβ角接触球轴承或圆锥滚子轴承内部轴向力的计算βFaFaeFrαFNiFs将迫使内圈和轴径向右移动。可按下表来计算Fs

Fs=1.1FrFs=0.7FrFs=0.5FrFs=Fr／(2Y)70000B(a=40º)70000AC(a=25º)70000C(a=15º)角接触球轴承圆锥滚子轴承由于产生了派生轴向力，此时轴承所承受的实际轴向力不再等于外部轴向力，即：Fa≠Fae假设作用在轴上的轴向外载荷为：Fae

F’riFsi角接触轴承的内部轴向力，其方向视正、反装情况而定正装（面对面）反装（背对背）FrFaFaFrFR1FR2FS1FS2径向力Fr、

R1、R2的计算由受力平衡条件求出2、轴承的受力简图FaFS1FS2FaFS1FS2FFR1FR2FS1FS2根据Fs1、Fs2及外加轴向载荷Fa“判断”：3、角接触轴承的轴向载荷FaFS1FS2Fa轴承2被压紧，轴承1被放松轴承1被压紧，轴承2被放松若若根据Fs1、Fs2及外加轴向载荷Fa“判断”：角接触轴承“背靠背”轴承1被压紧，轴承2被放松轴承2被压紧，轴承1被放松若若FaFS1FS2

总结：轴承轴向力Fa的确定：1、确定轴承的内部轴向力Fs的大小及方向，2、确定轴系所受外部轴向力FA的大小及方向，3、根据力的平衡条件确定哪个轴承被压紧，哪个轴承放松4、“放松”轴承的轴向力等于其内部轴向力；

“压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。例题：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。1.计算径向力

Fr1=Fr2=

1500N5050Fr1Fr2Fr

FA2.计算内部轴