第22章 滚动轴承90

第22章滚动轴承§22-1滚动轴承的概述§22-2滚动轴承的代号§22-3滚动轴承的选择计算§22-4滚动轴承的润滑和密封§22-5滚动轴承的组合设计本章的重点、难点本章的重点：滚动轴承的类型及选择，滚动轴承的选择计算（包括当量动载荷计算、寿命计算、角接触向心轴承轴向载荷的计算），滚动轴承的组合结构设计。本章的难点：角接触向心轴承轴向载荷的计算。§22-1滚动轴承的概述一、滚动轴承的构造二、滚动轴承的材料三、滚动轴承的类型四、滚动轴承的优缺点五、滚动轴承类型选择一、滚动轴承的构造滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。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。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开。滚动轴承的结构滚动体的形状1按滚动体形状分按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承又可细分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承二、滚动轴承的类型径向接触轴承：公称接触角α=0°，主要承受径向载荷,可承受较小的轴向载荷。向心角接触轴承：公称接触角α=0°～45°，同时承受径向载荷和轴向载荷。推力角接触轴承：公称接触角α=45°～90°，主要承受轴向载荷，可承受较小的径向载荷。轴向接触轴承：公称接触角α=90°，只能承受轴向载荷。2.按承受的载荷方向分向心轴承主要承受径向载荷，0°≤α≤45°

推力轴承主要承受轴向载荷，45°＜α≤90°接触角是滚动轴承的一个主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。三、滚动轴承的材料

滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢制造。保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料。四、滚动轴承的优缺点优点：1、摩擦阻力小、起动灵敏、效率高；2、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，即轴向结构紧凑；3、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单；4、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护，即润滑简便；5、标准化程度高，易于互换，成本低；缺点：1、承受冲击载荷能力较差；2、高速重载下轴承寿命较低；3、振动及噪声较大；4、径向尺寸比滑动轴承大；五、滚动轴承类型选择由于结构的不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下：1．承载能力①在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5～3倍。在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴承内径d≤20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，而球轴承的价格一般低于滚子轴承，故可优先选用球轴承。②角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。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(α＝90°)推力轴承只能承受轴向载荷。径向接触(α＝0°)向心轴承，当以滚子为滚动体时，只能承受径向载荷；当以球为滚动体时，因内外滚道为较深的沟槽，除主要承受径向载荷外，也能承受一定量的双向轴向载荷。深沟球轴承结构简单，价格便宜，应用最广泛。2．极限转速

滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。①球轴承的极限转速通常比滚子轴承高，高速时应优先选用球轴承；②高速时应选用同一内径尺寸中，外径较小的轴承，因其离心力小；③推力轴承的极限转速均很低；当工作转速高，轴向载荷不十分大时，可采用角接触球轴承；④如果轴承极限转速不能满足要求，可采取提高轴承精度、适当加大间隙、改善润滑和冷却条件、选用青铜保持架等措施。3．角偏差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θ称为角偏差。角偏差较大时会影响轴承正常运转，故在这种场合应采用调心轴承。滚针轴承对轴线偏斜最为敏感，应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。各类轴承的允许角偏差见P350表22.2。§22-2滚动轴承的代号滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。一、基本代号二、前置代号三、后置代号前置代号基本代号后置代号

轴承的分

部件代号内

部

结

构

代

号密

封

与

防

尘

结

构

代

号保

持

架

及

其

材

料

代

号

轴

承

材

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代

号公

差

等

级

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号游

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代

号多

轴

承

配

置

代

号其

它

代

号一二三四五类

型

代

号尺寸系

列代号内

径尺寸系列

代

号宽度或高

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。

后置代号——表示轴承的精度、材料等特征。

一、基本代号基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。按国家标准生产的滚动轴承的基本代号，由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径尺寸系列代号构成。基本代号二三四五类

型

代

号尺寸系

列代号内

径尺寸系列

代

号宽

度或高

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号一◆类型代号：基本代号左起第一位为类型代号，用数字或字母表示，见表

22.2第1列。◆尺寸系列代号：由轴承的宽(高)度系列代号(基本代号左起第二位)和直径系列代号(基本代号左起第三位)组合而成。向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号见表22.4。

◆内径尺寸系列代号：内径代号(基本代号左起第四、五位数字)表示轴承公称内径尺寸，按表22.5的规定标注。

6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型

代号80123456宽(高)度系列代号含义特窄窄正常宽特宽

注：1.宽度系列代号为零时，不标出(调心滚子轴承和圆锥滚子轴承除外)；个别类型宽度系列代号“1”和“2”可以省略。宽(高)度系列代号

图示为内径相同，而直径系列不同的四种轴承的对比，它们用于适应各种不同工况的要求。直径系列代号超特轻代号789012345含义超轻特轻轻中重特重

内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=08×5=40mm。03020100代号17151210内径d数字×504~99内径尺寸系列代号注：内径小于10mm和大于495mm的轴承内径代号另有规定。二、前置代号前置代号用字母表示成套轴承的分部件。前置代号及其含义可参阅GB／T272—93。如：用L表示可分离轴承的可分离套圈；用K表示轴承的滚动体与保持架组件；三、后置代号后置代号——表示轴承的精度、材料等特征。后置代号用字母(或加数字)表示，置于基本代号右边。轴承后置代号的排列顺序见下表或表22.3。后置代号内

部

结

构

代

号密

封

与

防

尘

结

构

代

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持

架

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代

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代

号游

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代

号多

轴

承

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代

号其

它

代

号内部结构代号公差等级代号游隙代号

游隙代号：C1、C2、C0、C3、C4、C5分别表示轴承径向游隙，游隙量依次由小到大。C0为基本组游隙，常被优先采用，可不标出。

轴承代号示例6308：6─深沟球轴承，(0)─窄系列，3─中系列，08─内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N105/P5：N─圆柱滚子轴承，(0)─窄系列，1─特轻系列，05─内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P42：7—角接触球轴承；(0)—窄系列；2—轻系列；14—内径d=70mm；公称接触角α=25°；公差等级为4级；游隙组为第2组游隙C2，当游隙与公差等级同时表示时，符号C可省略。30213：3─圆锥滚子轴承，0─窄宽度(0不可省略)，2─轻系列，13─内径d=65mm，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6─深沟球轴承，(0)─窄系列，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；§22.4滚动轴承的尺寸选择一、失效形式及设计准则二、滚动轴承的寿命计算三、滚动轴承的静强度计算一、失效形式与计算准则

滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷Fa作用下，可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷Fr作用时，并非所有滚动体都同时承受载荷。上半圈滚动体不承载，而下半圈各滚动体承受不同的载荷。处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的各滚动体，其承载逐渐减小。对于α＝0°的向心轴承：球轴承滚子轴承1．失效形式①

疲劳点蚀

滚动体与滚道接触表面受变应力。由于接触变应力的反复作用，首先在滚动体或滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩展到接触表面，形成疲劳点蚀。内环上的疲劳点蚀陶瓷球疲劳点蚀钢球疲劳点蚀②永久变形在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形(滚道表面形成变形凹坑)。

③磨损、胶合、内外圈和保持架破损等。2．设计准则①对转速n>10r/min的轴承，疲劳点蚀是主要失效形式，应进行防止疲劳点蚀的寿命计算；②对静止或极慢转速（n≤10r/min）轴承，永久变形是其主要失效形式，应作静强度计算；③对高速轴承，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。1基本概念——寿命轴承寿命：(106r或h)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基本额定寿命：用L10表示一批相同的轴承，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机械设计基础——轴承寓意：一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90％，失效率为10％注意：额定寿命随运转条件而变化比如：外载荷增大，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90％10％完好基本额定动载荷定义：规定轴承在基本额定寿命L10为106转时，所能承受的最大载荷，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％的轴承完好机械设计基础——轴承对于具体轴承，C为定值，按手册查取对向心轴承(0º

a

45º)，C为纯径向载荷——Cr对推力轴承(45º<a90º)，C为纯轴向载荷——Ca额定动载荷越大轴承的承载能力越大2寿命计算目的：根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸载荷与额定寿命的关系曲线：PeL10=常数式中：P为当量动载荷L10为P作用下的额定寿命e为寿命指数，球轴承e=3，滚子轴承e=10/3机械设计基础——轴承当载荷为额定动载荷C时：小时数表示：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′

预期寿命所需额定动载荷轴承的额定寿命：3当量动载荷P的计算对于向心轴承，C为径向载荷Cr对于推力轴承，C为轴向载荷Ca但轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa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表示实际载荷的条件不同时，按确定基本额定动载荷的条件进行换算后的载荷——即为纯径向力Pr、纯轴向力Pa计算式：机械设计基础——轴承X－径向载荷系数Y－轴向载荷系数见表22-11FaFr实际工作条件下，需引入载荷系数fP(见表22-10)修正P：4向心角接触轴承轴向载荷Fa的计算Fr、Fa－轴承的径向、轴向力（注意区别与轴上载荷）对纯径向轴承：P=fPFr对纯轴向轴承：P=fPFa机械设计基础——轴承Fa并不是外界的轴向作用力，而应是轴承所受的轴向力，它应根据整个轴上的轴向载荷(对于向心推力轴承还应包括因径向载荷Fr产生的派生轴向力FS)之间的平衡条件得出3.角接触向心轴承轴向载荷的计算内部轴向力：角接触向心轴承的结构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角α。当它承受径向载荷Fr，作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Fi可分解为径向分力Fi″和轴向分力Fi′。各滚动体上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴向力Fs。Fs的近似值可按照P357表22.12中的公式计算求得。FsFs⑵角接触轴承的排列方法为使S得到平衡，角接触轴承一般成对使用正装

－面对面安装轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对机械设计基础——轴承反装

－背靠背安装两轴承外圈的宽边相对即派生轴向力指向相背FRFRFr1Fr2FS1FS2Fr2Fr1FS1FS2⑶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＝？机械设计基础——轴承要同时考虑轴向外载Fa和派生轴向力FS

FRFr1Fr2FS1FS2FaFaFr2Fr1FS1FS2FR轴承正装时：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：机械设计基础——轴承若FS1+Fa>FS2轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，右轴承被压紧，会产生反力FS2’，使轴向力平衡，使得:FRFr1Fr2FS1FS2Fa合力FS2′右轴承被压紧,轴向力左轴承被放松,轴向力FRFr1Fr2FS1FS2Fa轴承正装时：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：机械设计基础——轴承若FS1+Fa<FS2轴向合力向右，轴有向左移动的趋势，但外圈被固定，左轴承被压紧，会产生反力FS1’，使轴向力平衡，使得:合力FS1′左轴承被压紧,

轴向力右轴承被放松,

轴向力结论：轴承反装时，可得到与正装同样的结论结论总结如下：根据排列方式判明派生轴向力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派生轴向力后其它轴向力的代数和机械设计基础——轴承如图所示，某齿轮轴选用两个角接触(α=25°)向心球轴承支承。已知轴承所受径向载荷分别为Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力FA=880N，内部轴向力Fs=0.68Fr。求：（1）两轴承所受轴向载荷Fa1、Fa2。（2）两轴承的当量动载荷P1、P2。F2′F1′解：（1）Fs1=0.68Fr1=0.68×1000=680NFs2=0.68Fr2=0.68×2060=1400.8N

FA+Fs2=880+1400.8=2280.8N＞Fs1故轴承1Fa1=FA+Fs2=2280.8N轴承2Fa2=Fs2=1400.8N（2）轴承1Fa1/Fr1=2280.8/1000=2.28＞e

X1=0.41，Y1=0.87

P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.41×1000+0.87×2280.8=2394.296N轴承2Fa2/Fr2=1400.8/2060=0.68=e

X2=1，Y2=0

P2=X2Fr2+Y2Fa2=1×2060=2060N例2

某滚动轴承的预期寿命为，当量动载荷为P，基本额定动载荷为C。试问：（1）若其他条件不变，而当量动载荷由P增大到2P，其寿命有何变化？（2）若其他条件不变，而转速由n增大到2n，其寿命又有何变化？解：设当量动载荷由P增大到2P后的寿命为，转速由n增大到2n后的寿命为。（1）因故（2）三、滚动轴承的静强度计算滚动轴承的基本额定静载荷：

使轴承中受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷称为基本额定静载荷，用C0表示。当量静载荷P0：X0、Y0分别为径向静载荷系数及轴向静载荷系数。静强度条件：

S0为静载荷安全系数，其取值见P359。§22.5滚动轴承的润滑和密封一、滚动轴承的润滑二、滚动轴承的密封22.5.1滚动轴承的润滑目的：

减少摩擦与磨损、吸收振动、冷却、防锈、降低噪声等。

润滑剂：

润滑油、润滑脂。

一般情况下，滚动轴承采用润滑脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时(如变速箱内本来就有润滑齿轮的油)，也可采用润滑油润滑。具体选择