机械设计第十五章滚动轴承设计

作业：

P30315.1，15.3，15.4第十五章滚动轴承设计§15-1滚动轴承的结构、类型和选择各零件的作用：外圈：与机座的孔配合；保持架:将滚动体分开。内圈：与轴颈配合；滚动体：滑动滚动；滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。滚动副的材料要求：一、滚动轴承的基本结构滚动轴承的装配保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。硬度和接触疲劳强度↑

、耐磨性和冲击韧性↑

用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC。工作表面需经磨削或抛光。优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。滚动轴承标准化;并由专业厂大批量生产。设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。轴承类型按承受载荷方向或接触角分向心轴承推力轴承二、分类α=0˚表16-1各类轴承的公称接触角轴承类型公称接触角向心轴承主要承受径向载荷推力轴承主要承受轴向载荷径向接触角接触轴向接触角接触0˚<α<45˚αα=90˚α45˚<α<90˚α接触角：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称为公称接触角。轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承二、分类表16-2滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2˚~3˚

主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚

比10000小能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。圆锥滚子轴承30000中2’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，成对使用。推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。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。a)单向表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。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。b)双向深沟球轴承60000高8’~16’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，成对使用。角接触球轴承70000C(α=15˚)70000AC(α=25˚)70000B(α=40˚)较高2’~10’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。α大，承载能力越大，有三种规格。成对使用。表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承N0000较高2’~4’能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除N结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。不允许a)b)1.承载能力承受径向载荷为主；几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。滚子轴承≈(1.5~3)球轴承2.极限转速当d≤20mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。0˚<α<45˚→45˚<α<90˚→承受轴向载荷为主；α=0˚→α=90˚→滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。只能承受轴向载荷。转速过高→ 温度↑→

润滑失效

→

滚动体回火或胶合破坏。极限转速----滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速。大载荷采用滚子轴承在同样的外形尺寸下。3.角偏差影响轴承正常运转。角偏差↑→

可采用调心轴承。滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应尽可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。调心轴承θ三、轴承类型的选择工作载荷、转速、支承刚性、安装精度、成本

n高，载荷小，旋转精度高→球轴承n低，载荷大，或冲击载荷→滚子轴承

主要受Fr→向心轴承主要受Fa，n不高时→推力轴承2）载荷1）转速——角接触球轴承7类（n较高时）同时受Fr和Fa均较大时——圆锥滚子轴承3类（n较低时）Fr较大，Fa较小时Fa较大，Fr较小时——深沟球轴承——深沟球轴承+推力球轴承推力角接触轴承4）成本

优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承，旋转精度较高时——较高的公差等级和较小的游隙3）轴的刚性、轴承孔同心度轴的刚性较差，轴承孔不同心——调心轴承

两轴承座孔轴线不对中或由于加工、安装误差和轴挠曲变形大等原因使轴承内、外圈倾斜角较大

滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等，为便于组织生产和选用，规定了滚动轴承的代号，§15-2滚动轴承的代号宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号共5位后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加2.基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。类型代号----左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承分部件代号1.前置代号----成套轴承分部件代号。0调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向b)双向深沟球轴承60000角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000调心球轴承10000省略宽度代号为0内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000300400200尺寸系列代号----左起第二、三位。特轻轻中重宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号表16-4向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0)0(0)1101120211011234特轻轻中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号内径代号----基本代号左起第四、五位。表16-5轴承的内径代号内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字

5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号3.后置代号----用字母（或加数字）表示。内部结构表16-6轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号表16-3滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。表16-7轴承内部结构常用代号轴承类型代号含义示例

Bα=40˚7210B

角接触球轴承Cα=15˚7210C

ACα=25˚7210AC圆锥滚子轴承B接触角α加大32310BE

加强型

N207E表16-8公差等级代号代号省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等级符合标准的0级6级6x级5级4级2级示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义622037(0)312AC/P6轴承内径d=17mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出角接触球轴承公差等级6级§15-3滚动轴承的主要失效形式和设计准则Fr一、滚动体的受力分析受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；下半圈各滚动体受力大小方向均不同。可以导出：

z为滚动体的总数。所有水平分力相互抵销，铅垂分力与外载荷平衡。受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；径向载荷的分布Fmaxδ0固定套圈——稳定的脉动循环变应力

滚动体——不稳定脉动循环变应力二、滚动轴承的失效形式和计算准则

主要失效形式：

1）疲劳点蚀

安装润滑和维护良好2）塑性变形

转速很低或作间歇摆动

3）磨损、胶合润滑不良、密封不严、多尘条件

计算准则：一般轴承——疲劳寿命计算（针对点蚀）静强度计算；低速或摆动轴承——只进行静强度计算；高速轴承——进行疲劳寿命计算、校验极限转速。与主要失效形式相对应，滚动轴承具有三个基本性能参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr（径向）或Ca（轴向），满足一定静强度要求的基本额定静载荷C0r（径向）或C0a（轴向）和控制轴承磨损的极限转速N0。各种轴承的性能指标值等可查附录或有关手册。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。如图一、轴承寿命定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳破坏之前的工作小时数。可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%单位为百万转106r，或小时.寿命为1百万转时.可靠度为90%，寿命为5百万转时.可靠度只有50%，2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×106r)轴承寿命§15-4滚动轴承的寿命计算基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到的寿命L(Lh)在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。基本额定动载荷：当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承受的载荷C。向心轴承记为：Cr可查表推力轴承记为：Ca大量试验得如下关系：寿命指数：---球轴承---滚子轴承用小时表示：P---当量动载荷

当t>100℃时，→C↓引进温度系数ft进行修正。310/3ε=一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。表16-9温度系数轴承工作温度℃温度系数ft10025020015012530010.950.900.700.800.60表16-10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修正结果：工作中冲击振动→C↓引进载荷系数fP

进行修正。表16-11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