第二十一章滚动轴承机

第二十一章 滚动轴承（Rolling-ContactBearings）§21-1§21-2§21-3§21-4§21-5§21-6§21-7§21-8概述滚动轴承的类型和特点滚动轴承的代号和类型选择滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的寿命计算滚动轴承的静强度计算滚动轴承的极限转速

滚动轴承的润滑和密封（滚动轴承的组合结构设计）轴承总成滚动体(ball

or

roller)内圈(inner

ring)外圈(outer

ring)保持架(separator)§21-1

概述滚动轴承的构造§21-1

概述适用范围：回转精度要求较高，回转速度不太高的场合。优点：摩擦阻力小，起动灵活，效率高，标准化程度高。缺点：抗冲击能力较差，径向尺寸较大，高速重载时寿命低、噪音大。按承受的

载荷方向向心轴承推力轴承径向接触轴承向心角接触轴承轴向接触轴承推力角接触轴承0˚

<α<45˚α45˚

<α<90˚αα=

0˚α=

90˚公称接触角：滚动体与外圈接触处的法线同垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角。α§21-2

滚动轴承的类型和特点按滚动体的列数球轴承按滚动体形状滚子轴承按内、外圈能否分离单列轴承双列轴承

可分离轴承不可分离轴承§21-2滚动轴承的类型和特点§21-2调心球轴承

(self-aligning)10000高2˚

~

3˚主要承受径向载荷，同时也能承受少量双向轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。潘存云教授研制滚动轴承的类型和特点表21-2

常用滚动轴承的类型和特点轴承名称、类型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滚子轴承(self

aligning)20000低0.5˚

~2˚比1小能承受很大的径向载荷和少量双向轴向载荷。承载能力大，可自动调心。圆锥滚子轴承(steep-angletapered

roller)30000中2’能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷。因线接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，成对使用。潘存云教授研制推力球轴承

(thrust)50000低只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单双向不允许

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、转速不高的场合。潘存云教授研制(a)单向表21-2常用滚动轴承的类型和特点（续）轴承名称、类型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潘存云教授研制推力球轴承

(thrust)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、转速不高的场合。潘存云教授研制潘存云教授研制(b)双向深沟球轴承

(deep

groove)60000高8’~16’能承受较大的径向载荷和少量双向轴向载荷。高速时可代替推力球轴承。价格低，应用广。潘存云教授研制角接触球轴承(angular

contact)70000C(α=15˚

)70000AC(α=25˚

)70000B(α=40˚

)较高潘存云教授研制2’~10’能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷。α越大，轴向承载能力越大，成对使用。高速时可代替推力球轴承。表21-2常用滚动轴承的类型和特点（续）轴承名称、类型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21-2

常用滚动轴承的类型和特点（续）轴承名称、类型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(straight

rollerthrust)80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承(straight

roller)N0000较高2’~4’只能承受径向载荷，承载能力高。外圈无挡边，内外圈可分离。还有内圈无挡边

(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式潘存云教授研制滚针轴承

(needle)NA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。不允许轴承类型代号轴承类型代号双列角接触球轴承0角接触球轴承7调心球轴承1推力滚子轴承8调心滚子轴承2推力圆锥滚子轴承9推力调心滚子轴承29圆柱滚子轴承N圆锥滚子轴承3滚针轴承NA双列深沟潘存云球教授轴研制承4外球面球轴承U推力球轴承5直线轴承L深沟球轴承6滚动轴承主要类型代号表宽(高)度系列代号

8,

0,

1～6(7,

9,

1,

2)直径系列代号7,

8,

9,

0,1~

5类型代号用数字或字母表示1,

2,

3,

5,

6,7,

8,

N,

NA尺寸系列代号用两位数字表示成套轴承分部件代号用字母表示如：K代表滚子轴承的滚子和保持架组建§21-3

滚动轴承的代号和类型选择内径代号用两位数字表示00,

01,

02,

03,04~96(5进位),/22,

/28,

/32内部结构代号公差等级代号游隙代号配置代号……前置代号基本代号后置代号一、滚动轴承的代号滚动轴承代号的组成和排列顺序组合代号注：1、内部结构代号

例如：C,

AC,

B分别表示α=

15˚,

25˚,

40˚；D表示剖分式轴承2、公差等级代号

/P0,

/P6,

/P6x,

/P5,

/P4,

/P2分别表示

0级，6级，….2级轴承3、游隙代号

/C1,

/C2,

/C3,

/C4,

/C5分别表示1,

2,

0,

3,

4,

5个游隙组别4、配置代号

DB,

DF,

DT分别表示背对背、面对面、串连安装方式滚动轴承代号示例6

2

2

03公差等级为0级；游隙组为0组轴承内径d=17

mm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7

(0)

3

12

AC /P6

游隙组为0组公差等级6级；公称接触角α=25˚轴承内径

d=12×5=60

mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，可省略角接触球轴承N

1 05/P5

游隙组为0组公差等级5级轴承内径

d=25

mm直径系列代号，1(特轻)系列圆柱滚子轴承3

0

2

13

公差等级为0级；游隙组为0组轴承内径

d=65

mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，0(窄)系列圆锥滚子轴承滚动轴承代号示例二.滚动轴承类型的选择1.

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

N合格吗？YEND校核承载能力Y有严格要求吗？不进行承载能力验算N潘存云教授研制潘存云教授研制1）轴承的载荷2.

滚动轴承选择应考虑的问题(1)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)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轴向力联合作用Fa

Fr1）轴承的载荷2.

滚动轴承选择应考虑的问题潘存云教授研制推力轴承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推力轴承用于受轴向力Fa（2）载荷大小1）轴承的载荷（1）载荷方向0˚

<α<45˚

45˚

<α<90˚

α=

90˚

承受径向载荷为主；承受轴向载荷为主；只能承受轴向载荷。α=0˚

滚动体为滚子时，只能承受径向载荷；滚动体为球体时，可承受一定的轴向载荷。在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。（3）载荷性质有冲击载荷时宜选用滚子轴承。2.

滚动轴承选择应考虑的问题转速过高温度↑润滑失效滚动体回火或胶合破坏。极限转速——在一定载荷与润滑条件下，滚动轴承允许的最高转速。（可查阅设计手册）选用原则：球轴承比滚子轴承的极限转速高；在高速时，宜选用轻系列的轴承；推力轴承的极限转速很低，在轴向载荷不太大时，宜选用角 接触球轴承，当工作转速超过极限转速时，可以用提高公差等级、适当增 大游隙、选用循环冷却等方法提高极限转速。2.

滚动轴承选择应考虑的问题2）轴承的转速调心轴承影响轴承正常运转。角偏差↑潘存云教授研制。3）轴承的调心性能角偏差：轴承内、外圈中心线的相对倾斜角。θ轴承座孔不对中，轴挠曲变形都会引起角偏差可采用调心轴承。4）轴承的经济型球轴承比滚子轴承便宜。回转精度球轴承比滚子轴承回转精度高。安装空间滚针轴承径向尺寸最小。2.

滚动轴承选择应考虑的问题潘存云教授研制潘存云教授研制FR§21-4

滚动轴承的载荷、失效和计算准则受纯径向载荷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。maxz可以导出F»

5

FR径向载荷的分布F

max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σHFNitoσHFNit固定圈上确定点的应力变化o有载荷无载荷δ0maxz（滚子轴承F»

4.6

FR

）一、滚动轴承的载荷分布1.只受径向载荷的情况aF=

FA和相同的径向力zAr

aFzcot

aF

=

F

cota

=2.

只受轴向载荷的情况载荷由各滚动体平均承担每个滚动体受相同的轴向力3.

径向载荷和轴向载荷联合作用的情况RFF当

AA很小时，可忽略

F

的作用RFF当

AA较大时，必须计入

F

的作用，此时maxRzzcot

aF

=

5

F+

FAFmax

与FR、FA

及a

均有关系一、滚动轴承的载荷分布——最常见疲劳点蚀塑性变形磨损胶合维护保养不当而造成。失效形式二、滚动轴承的失效形式及计算准则正常工作的轴承—接触疲劳寿命计算载荷变化大或有冲击时—疲劳寿命＋静强度校核转速很低或摆动轴承—只作静强度计算高速轴承—寿命计算＋极限转速校验计算准则可靠度：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，能达到或超过的寿命L10(L10h)。基本额定动载荷：基本额定寿命为106r时轴承所能承受的最大载荷为C（Cr或Ca

）。§21-5

滚动轴承的寿命计算潘存云教授研潘制存云教授研制20510轴承寿命：在脉动循环应力下，轴承中

任何一个零件出现疲劳点蚀前能达到的15总转数或在一定转速下工作的小时数。501000R/(%)轴承的寿命曲线L/(1×106

r)一、基本概念对于只受纯径向载荷FR

的向心轴承：P

=

FRP

=

FR对于只受纯轴向载荷FA

的推力轴承：P

=

FAP

=

FA二、当量动载荷当量动载荷P：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。对于同时受径向载荷FR和轴向载荷FA

的轴承：P

=

XFR

+YFAP

=

XXFR

+YYFA轴向载荷系数径向载荷系数P

=

f

p

FRP

=

f

p

FRP

=

f

p

FAP

=

f

p

FAP

=

f

p

(

XFR

+YFA

)(

X+YP

=

f

p

XFR

YFA

)表21－7冲击载荷因数表21－8L

=

(

C

)e10

P10PL

=

(

C

)e三、基本额定寿命计算106

CeL10h

=

60n

(

P

)10h106

C60n

P)eL

=

(考虑温度（高于120°）对轴承寿命的影响后：106

f

Ct

eL10h

=

(

)60n

P10h60n

P(

t

)e6L

=

10

f

CL

=(

ftC

)e10

PL

=(

ftC

)e10P6208轴承的载荷P—寿命L10曲线。曲线上对应于

L10=106

的载荷为C＝29.5

kN。（寿命指数）——球轴承——滚子轴承310/3ε=0

1

2

3

4

5

10

15

L10

(106)29.5252015105P

KNe

eP L10

=C

·1＝常数10Pe

L

=Ce

·1＝常数eP L10

=常数10Pe

L

=常数温度因数1四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷FA的计算1.

支反力作用点（查手册）a1a2O12O22.

内部轴向力Fs（表21－11）12O2FQiFsiFriFs

=

FsiFs

=

Fsi（由外圈的宽边指向窄边）Fr内部轴向力O角接触轴承一般成对使用。3.

轴向载荷FA的计算Fr1FxFs2Fr221Fs1a.

当Fs1

+

Fx

>

Fs

2Fs1

+

Fx

>

Fs

2FA1

=

Fs1FA1

=

Fs1'FA2

=

Fs

2

+

Fs

2F

=

F

+

F

'A2

s

2

s

2=Fx

+

Fs1Fx

+

Fs1正装F’s21

2b.当Fs1

+

Fx

<

Fs

2Fs1

+

Fx

<

Fs

2FA2

=

Fs

2FA2

=

Fs

2'FA1

=

Fs1

+

Fs1F

=

F

+

F

'A1

s1

s1=Fs2

-

FxFs2

-

Fx1FxFr1Fs2Fr2

2Fs1F’s1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=除本身以外的其余轴向力的代数和反装FxFr1

1Fs12

Fr2Fs2a.

当Fs

2

+

Fx

>

Fs1Fs

2

+

Fx

>

Fs1FA2

=

Fs

2FA2

=

Fs

2'FA1

=

Fs1

+

Fs1F

=

F

+

F

'A1

s1

s1=Fx

+

Fs

2Fx

+

Fs

2b.当Fs

2

+

Fx

<

Fs1Fs

2

+

Fx

<

Fs1FA1

=

Fs1FA1

=

Fs1'FA

2

=

Fs

2

+

Fs

2F

=

F

+

F

'A

2

s

2

s

2=Fs1

-

FxFs1

-

Fx1

2结论同前P0

=

X

0

FR

+Y0

FAP0

=

X

0

FR

+Y0

FA当

P0

<

FR

时，

取P0

=

FRP0

=

FR静强度条件为：C0

‡

S0

P0C0

‡

S0

P0§21-6

滚动轴承的静强度计算额定静载荷：滚动轴承受载后,使受载最大的滚动体与滚道接触中心处的接触应力达到一定值的载荷C0(如,调心球轴承为4600MPa)。当量静载荷：轴向静载荷系数径向静载荷系数静强度条件：同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点不同可靠度的轴承寿命计算C

=1.71C（r

滚子轴承C

=1.71C（r滚子轴承）C0

=

2C00C

=

2C0C

=1.62C（球轴承rC

=1.62C（r

球轴承）寿命修正因数（表21－12）LRh

=

a1L10hLRh

=

a1L10hnmax

=

f1

f2

nlimnmax

=

f1

f2