滚动轴承的选择设计

潘存云教授研制第六节、滚动轴承的类型选择滚动轴承是标准零件，要求设计者应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。一、滚动轴承选择的一般过程根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径不进行承载能力验算NYEND合格吗？校核承载能力Y有严格要求吗？N潘存云教授研制潘存云教授研制1、轴承的载荷由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。二、滚动轴承选择应考虑的问题载荷方向向心轴承用于受径向力Fr潘存云教授研制潘存云教授研制1、轴承的载荷二、滚动轴承选择应考虑的问题载荷方向向心轴承用于受径向力向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用FaFr潘存云教授研制推力轴承1、轴承的载荷二、滚动轴承选择应考虑的问题载荷方向向心轴承用于受径向力推力轴承用于受轴向力向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用Fa载荷大小：一般：滚子轴承≈(1.5~3)球轴承当d≤20mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。大载荷采用滚子轴承因滚子轴承与角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。

在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。承受径向载荷为主；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。2、

轴承的转速转速过高

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。具体可查阅设计手册或轴承样本。选用原则：(1)球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承；(2)在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承；内径相同时，外径越小，滚动体就越轻小，产生的离心惯性力也小，；潘存云教授研制调心轴承3、轴承的调心行性能影响轴承正常运转。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。(3)保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更高一些的转速；(4)推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时，若轴向载荷不是十分大，可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力；(5)若工作转速超过了轴承样本，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选用循环冷却等方法。θ潘存云教授研制潘存云教授研制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Fmax滚动体的应力变化情况潘存云教授研制滚动体、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δ0第七节滚动轴承的失效形式、寿命计算和静强度计算二、失效形式疲劳破坏塑性变形工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。早期磨损胶合内外圈和保持架破裂维护保养不当而造成。设计：潘存云2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)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。如图三、轴承寿命定义：轴承在一定条件下，其中任何零件出现疲劳点蚀之前的总转数称为：可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.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%时的寿命.换句话说对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%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%，轴承寿命即10%的轴承发生点蚀破坏，而90%轴承不发生点蚀破坏前的转数L10(单位106转）或者工作小时数Lh作为轴承的寿命基本额定动载荷：基本额定寿命为L10=1（106转）时，轴承所能承受的极限载荷C。.向心轴承记为：Cr，可查表推力轴承记为：Ca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40000~60000四、寿命计算公式载荷—寿命曲线载荷—寿命曲线的公式：ε——寿命指数球轴承ε=3滚子轴承ε=10/30123451015L∞(106)29.5252015105PKNP——当量动载荷温度系数ft

轴承工作温度/℃

温度系数ft

≤12025020015012530010.950.900.700.800.60

载荷系数fP

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40000~60000五、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=XFr+Y

FaX——径向动载荷系数；Y——轴向动载荷系数。向心轴承：P=Fr推力轴承：P=Fa向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.0140.192.3Fa

C0

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.0280.221.990.0560.261.710.0840.281.550.110.300.561.4510………………0.0150.381.470.0290.401.400.0580.231.300.0870.461.23α=15˚0.120.470.441.1910………………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)—1.5tanα0.40.4cotα10调心球轴承(双列)—1.5tanα0.650.65cotα10(单列)设计：潘存云设计：潘存云六、角接触向心轴承轴向载荷的计算1、派生轴向力Fr由于α的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。Fi=F’i+F”iF’iF”iα总轴向力F’=∑F’i派生轴向力方向：由轴承外圈宽边指向窄边。派生轴向力的作用点：滚动体与外圈作用点的法线与轴线的交点。Fi角接触向心球轴承

轴承类型角接触向心球轴承F’eFr

0.68Fr1.14Fr圆锥滚子轴承α=15˚α=25˚α=40˚Fr/(2Y)Y是的轴向系数>eFrFa——派生轴向力F’的近似值可按如下近似公式计算第i个滚动体为使内部轴向力平衡，以免轴串动，这种轴承应:成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析设计：潘存云a1a2O1O212外圈窄边相对安装(正装)设计：潘存云a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)设计：潘存云a1a2O1O2121.若FA+F’2>F’1压紧端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1放松端：Fa1=F’1

压紧端：Fa2=F’1-FAFA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：F’2Fr2F’1Fr1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：2、角接触轴承轴向力计算Fr设计：潘存云a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)FAF’2Fr2F’1Fr1反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。1.若

FA+F’2>F’1

则有：结论与正装相同！压紧端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1

,则有：放松端：Fa1=F’1

压紧端：Fa2=F’1-FA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Fr总结动载荷：寿命计算X、Y值计算查表P=XFr+Y

FaFr：外载荷计算支撑的约束反力Fa根据有无派生轴向力计算校核轴承寿命选择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=XFr+YFa明确轴承的工作转速n与预计寿命Lh计算轴承应满足的基本额定动载荷由轴承样本（手册）查取合适的轴承七、滚动轴承的静承载能力在国家标准中，对每一种规格的滚