第13章滚动轴承

第13章滚动轴承§13-1概述§13-2滚动轴承主要类型及其代号§13-3滚动轴承类型的选择§13-4滚动轴承的工作情况§13-5滚动轴承尺寸的选择§13-6轴承装置的设计本章重点(1)

了解滚动轴承的基本结构和特点。(2)

熟练掌握滚动轴承类型选择，轴承代号。(3)

掌握常用滚动轴承的尺寸选择计算。(4)

能够进行滚动轴承的组合设计。§13-1概述滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。设计：潘存云滚动轴承的装配优点：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。滚动轴承标准化;设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。§13-2滚动轴承主要类型及其代号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一、类型设计：潘存云表13-2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。α=0˚表13-1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设计：潘存云调心滚子轴承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。设计：潘存云圆锥滚子轴承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，称对使用。设计：潘存云推力球轴承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13-2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。设计：潘存云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˚)较高设计：潘存云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13-2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设计：潘存云表13-2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设计：潘存云推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。设计：潘存云圆柱滚子轴承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U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式设计：潘存云滚针轴承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)宽(高)度系列代号直径系列代号设计：潘存云前置代号基本代号共5位

后置代号表16-2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。成套轴承分部件代号1.前置代号----成套轴承分部件代号。0设计：潘存云调心滚子轴承20000C设计：潘存云圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向设计：潘存云b)双向深沟球轴承60000设计：潘存云角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000设计：潘存云调心球轴承10000000设计：潘存云300设计：潘存云400200直径系列代号----右起第三位。7、8、9、0--5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13-2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设计：潘存云宽（高）度系列代号----右起第四位。8、0--6内径代号----基本代号右起第一、二位。表轴承的内径代号

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13-2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设计：潘存云3.后置代号----用字母（或加数字）表示。内部结构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13-2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。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系列宽度系列代号，2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系列宽度系列代号，0系列，代号为0，不标出角接触球轴承公差等级6级1.类型选择(1)承载情况方向：纯轴向载荷纯径向载荷径向+轴向载荷(2)转速要求（n≤nmax）(3)调心性大小：§13-3滚动轴承类型的选择内外圈可分离

—圆锥滚子，圆柱滚子长轴上安装

—内锥孔与紧定套轴承(6)价格--球轴承低，滚子轴承高(5)装拆方便2.尺寸选择选择型号：内径、外径、宽度系列

—选定类型、初定型号、验算寿命(4)空间限制滚针轴承带内锥孔与紧定套轴承圆锥滚子轴承设计：潘存云§13-4滚动轴承的工作情况Fr一、滚动体的受力分析受纯径向载荷Fr时：可以导出：

。受纯轴向载荷Fa时：径向载荷的分布Fmaxδ0二、滚动体的应力变化情况滚动体、动圈上确定点的应力变化σHFNito固定圈上确定点的应力变化σHFNito有载荷无载荷----派生轴向力FNi=Fdi+FriFd=∑Fdi=∑Fritgβ

第i个滚动体所受力为FNi。所有滚动体轴向力之和：其中：Fdi=Fritgβ

三、轴向载荷的计算βFaFaeFrαFNiFd将迫使内圈和轴径向右移动。可按下表来计算Fd

Fd=1.14FrFd=0.68FrFd=eFrFd=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≠FaeF’riFdi当多个滚动体受载时有：因为各Pi方向不同，它们的合力虽然与R平衡，但其代数和必然大于R，而派生力S=∑Si，是代数和，故有此结论。2)当施加有外部轴向力Fae时当只有一个滚动体受载时：αFrβFaeFrFa=

FdFa=

Fd=∑FritgβFNFN=Frtgβ

=FrtgαFaFdαFrβFrFNiFdiFNiFa>

FrtgαFae轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于Fd与Fac中较大的一个，即：Fa=max{FdFae}1)假设没有外部轴向力Fae

----最常见§13-5滚动轴承尺寸的选择轴承承受的载荷轴承寿命要求可靠性的要求决定了滚动轴承尺寸滚动轴承的载荷动载荷静载荷失效形式不同。疲劳破坏永久变形早期磨损胶合轴承元件破裂维护保养不当而造成。一、滚动轴承的失效形式失效形式设计：潘存云2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)二、轴承寿命定义：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.可靠度：基本额定寿命：L10

(L10h)基本额定动载荷：向心轴承记为：Cr推力轴承记为：Ca其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L10(L10h)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=表13-4温度系数轴承工作温度℃

温度系数ft10025020015012530010.950.900.700.800.60表13-6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13-3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300-3000

Lh/h短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果3000~8000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40000~60000三、当量动载荷的计算定义：计算公式：P=fp(XFr+Y

Fa)X----径向动载荷系数；Y----轴向动载荷系数。向心轴承：P=fpFr推力轴承：P=fpFa1.若Fae+Fd2>Fd1压紧端：Fa1=Fae+Fd2

放松端：Fa2=Fd2

2.若Fae+Fd2<Fd1放松端：Fa1=Fd1

压紧端：Fa2=Fd1-FaeFae外圈窄边相对安装(正装)结论：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外轴承2(放松端)承受的轴向载荷：a1a2O1O212Fd2Fr2Fd1Fr1由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，轴承1被压紧。由平衡条件得轴承1(压紧端)承受的轴向载荷：则轴承2被压紧。由平衡条件得：四、向心推力轴承的轴向力计算a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)FaeFd2Fr2Fd1Fr1反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。1.若

Fae+Fd2>Fd1

则有：压紧端：Fa1=Fae+Fd2

放松端：Fa2=Fd2

2.若Fae+Fd2<Fd1

,则有：放松端：Fa1=Fd1

压紧端：Fa2=Fd1-Fae结论与正装相同：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外

总结：轴承轴向力Fa的确定：1、确定轴承的内部轴向力Fd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。五、滚动轴承的静承载能力对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限—基本额定静载荷，用C0表示。轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0，即：P0=X0Fr+Y0Fa按轴承静承载能力选择轴承的公式为：式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取。C0≥

S0P0旋转条件载荷条件S0

使用条件S0

滚动轴承的静强度安全系数S0普通载荷1~2

高精度旋转场合1.5~2.5冲击载荷2~3

振动冲击场合1.2~2.5普通载荷0.5

1.0~1.21~1.5

允许有变形量0.3~1.0连续旋转轴承不常旋转及作摆动运动的轴承冲击及不均匀载荷普通旋转精度场合六、滚动轴承尺寸选择的过程由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa计算当量动载荷P=fP(XFr+YFa)明确轴承的工作转速n与预计寿命L10计算轴承应满足的基本额定动载荷由轴承样本（手册）查取合适的轴承例题：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.计算内部轴向力Fd

R1R2FA=500NS1S2查附录表2，Y=1.6

轴承放松：Fa1=Fd

1=468.7N轴承压紧：Fa2=FA+Fd

1=968.7NR1R2FA=500NS1S23.计算轴向载荷

例：图示斜齿轮轴系，两端装两个圆锥滚子轴承，轴颈d0=30~35mm；齿轮分度圆直径d=45mm，Ft=3000N，Fr=1200N，Fa=900N；n=385rpm，中等冲击载荷；计算轴承寿命。1.计算径向力垂直平面Frr1=Frr2=

600Fra1=Fra2=202.5

则FVI=397.5，FV2=802.5

水平平面Ft1=Ft2=1500解：选取轴承型号“30206”（7206）

C=24.8kN，e=0.36，Y=1.75050Rr1Rr2Ra1Ra2

Rt1

Rt2Fr1Fr2Fr

FaFt

轴承1放松：F

A1=Fd

1=456N轴承2压紧：FA2=Fa+Fd1=1356N3.计算当量动载荷R1R2Fa=900NS1S221P1=fPFr1=1.51552=2328NP2=fP(X

Fr2+YFa

2)

=1.5(0.41701+1.71356)=4478N

2.计算轴向力由手册选轴承型号“30206”C=24.8kN，e=0.36，Y=1.74.计算寿命例题：齿轮减速器的高速轴轴承转速4000r/min,采用一对内径40mm的深沟球轴承，已知轴承径向载荷Fr=2000N，轴向载荷Fa=900N,预期寿命[Lh]=4000h,试选择轴承型号。解：1、求当量动载荷P由表13-6，fp=1.3初定由表13-5，得X=0.56，Y=1.9(2)求基本额定动载荷(3)选择轴承型号由手册，按内径d=40mm,选6308轴承Cr=40800N>Crc，C0r=24000N,Fa/C0r=0.0375,仍满足结论：选用深沟球轴承6308例

某支承根据工作条件决定选用6300系列的深沟球轴承。轴承所受径向载荷Fr=5500N，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速n=1250r/min，装轴承处的轴径可在50~60mm范围内选择。机械运转时有轻微冲击、工作温度为100℃，预期寿命Lh=5000h，试确定该轴承型号。解⑴初步计算当量动载荷

Fa/Fr=2700/5500=0.49查表16-12，深沟球轴承的最大e

值为0.44，故Fa/Fr>e，由此得X=0.56，Y

值需在已知型号后，根据Fa/C0r的值查表16-11才能得到，现暂选一近似中间值Y=1.5。则

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.5×2700=7130N⑵计算轴承应有的基本额定动载荷Crca查表16-8和16-9得ft=1，fP=1.2，又ε=3，则由式(16-3)得⑶初选轴承型号查轴承样本或本书附表1，初步选择Cr=61800N的6310轴承，其基本额定静负荷C0r=38000N。⑷验算并确定轴承型号①求e

和Y

值Fa/C0r=2700/38000=0.071，在表16-11中，介于0.056~0.084之间，e在0.26~0.28之间，轴向载荷系数Y

应在1.71~1.55之间，用线性插值法求Y

值。②计算当量动载荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.64×2700=7508N③验算6310轴承的寿命，由式(11-3)得即低于预期寿命。故改选6311轴承，Cr=71500N，C0r=44800N。④验算6311轴承的寿命求e

和Y

值12.3Fa/C0r=2700/44800=0.060，在表16-11中，介于0.0569~0.084之间，e在0.26~0.28之间，轴向载荷系数Y

应在1.71~1.55之间，用线性插值法求Y

值。满足要求，故选择6311轴承。计算当量动载荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.57×2700=7319N验算6311轴承的寿命，由式(16-3)得例

一机械传动装置，采用一角接触轴承，并暂定轴承型号7307AC。已知轴承载荷FR1=1200N,FR2=2050N,FA=880N,转速n=5000r/min，运转中受中等冲击，预期寿命Lh=2000h，该轴承型号是否恰当。（1）先计算轴承1、2的轴向力FA1、FA2由表16-12得轴承的内部轴向力为：FS1=0.68*1200=816NFS2=0.68*2050=1394N因为FS1+FA=816+880>FS2所以FA1=FS1=816NFA2=FS2+FA=1696N（2）计算轴承1、2的当量动载荷由表16-11得轴承的e=0.68：FA1/FR1=816/1200=0.68FA2/FR2=1696/2050=0.83>0.68由表16-11得X1=1,Y1=0;X2=0.41,Y2=0.87故径向当量动载荷为：P1=XFr+YFa=1*1200=1200NP2=0.41*2050+0.87*1696=2316N（3）计算所需的径向额定动载荷C因两端选用同样尺寸的轴承，而P2>P1，故应以轴承2的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常查表16-8得ft=1，按中等冲击载荷查表16-9得fp=1.5（4）由机械设计手册查得7307AC轴承的径向额定载荷C=32800N。因为C2<C，故选7307AC轴承合适。七、滚动轴承的可靠度引入可靠性系数a1，即修正寿命为：a1也可按下式计算确定：R--为预期可靠度。可靠度不为90%时的额定寿命修正系数a1(GB/T6391-1995)可靠度%909596979899LnL10L5

L4L3L2

L1a11.00.620.530.440.30.21§13-6轴承装置的设计设计内容:轴承的定位和紧固轴承的配置设计轴承位置的调节轴承的润滑与密封轴承的配合轴承的装拆一、滚动轴承的定位和紧固滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。具体的紧固方法有很多，下面列举常用的方法。内圈的紧固方法：弹性挡圈固定圆螺母与止动垫圈固定轴端挡圈固定紧定衬套、圆螺母、止动垫圈与锥孔内圈固定。外圈的紧固方法：端盖固定孔用挡圈轴承外圈止动槽螺纹环紧固二、轴承的固定固定方式两端固定一端固定、一端游动。两端固定支承C=0.2~0.3mm预留补偿间隙设计：潘存云两端均游动两端固定支承2.一端固定、一端游动固定支承游动支承L设计：潘存云一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。适用于温度变化较大的长轴。设计：潘存云游动支承3.两端游动式

两支点均无轴向约束，两支点均采用圆柱滚子轴承。调整垫片加减垫片二、轴承组合的调整加减垫片的厚度设计：潘存云调整垫片加减垫片1.轴承间隙的调整螺钉调整方法：设计：潘存云螺钉调整设计：潘存云设计：潘存云2.轴承的预紧方法加金属垫片磨窄套圈设计：潘存云设计：潘存云3.轴承组合位置的调整目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。方法：套杯+调整垫片设计：潘存云轴承组合位置调整的方法：套杯+调整垫片锥顶点不重合！设计：潘存云锥顶点重合！三、轴承组合的配合配合类型内圈孔----轴一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈紧。→基孔制外圈----轴承座孔→

基轴制→轴公差：k6、m6→

孔公差：

H7、J7、Js7

游动支点：G7轴承外径的Dm公差带06542轴承内径的dm公差带06542+-Dd+-轴承内径公差带∆dmp零线轴公差g6h6j6js6k6k5m6m5p6n6h8r7r7j5g5h5h8滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。常用的轴公差代号有：k6、m6零线0Js7G7H8H7H6J7J6Js6K6K7M6M7P6N6N7P7滚动轴承外经与外壳孔的配合采用基轴制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。常用的孔公差代号有：

H7、J7、Js7轴承外圈公差带∆Dmp游动支点：G7设计：潘存云四、轴承的拆装内圈：设计：潘存云结构不合理！轴肩高度<内圈外经错误的施力正确的施力错误正确设计：潘存云设计：潘存云h1h1外圈：应留拆卸高度，或留螺孔。设计：潘存云设计：潘存云五、轴