东北石油大学机械设计基础第16章 滚动轴承

第16章滚动轴承§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2滚动轴承的代号§16-3滚动轴承的选择计算§16-4滚动轴承的润滑和密封§16-5滚动轴承的组合设计带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。§16-1滚动轴承的基本类型和特点各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；保持架:

将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动

滚动；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。保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。滚动副的材料要求：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。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。接触角↑→轴向承载能力↑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推力轴承径向接触角接触轴向接触角接触0˚<α<45˚αα=90˚α45˚<α<90˚α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。§16-1滚动轴承的基本类型和特点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。§16-1滚动轴承的基本类型和特点调心滚子轴承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，称对使用。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，称对使用。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。称对使用。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：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。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§16-1滚动轴承的基本类型和特点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，应紧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§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2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16-2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。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。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§16-2滚动轴承的代号内径相同，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。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16-2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§16-2滚动轴承的代号表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§16-2滚动轴承的代号内径代号

----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

或加成套轴承分部件代号§16-2滚动轴承的代号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

或加成套轴承分部件代号§16-2滚动轴承的代号注：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˚7210CACα=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§16-2滚动轴承的代号实例：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=60

mm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§16-3滚动轴承的选择计算一、滚动体的受力分析二、失效形式受纯径向载荷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。疲劳破坏永久变形工作过程中，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。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；Fr径向载荷的分布Fmaxδ三、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称为：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.换句话说基本额定动载荷：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L(Lh)在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)§16-3滚动轴承的选择计算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§16-3滚动轴承的选择计算表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。§16-3滚动轴承的选择计算表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

500

Lh/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

40000~60000

四、当量动载荷的计算含义：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=X

Fr+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查表16—12P260§16-3滚动轴承的选择计算表16-12向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.1720.192.312.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15˚1.430.470.441.1910………………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)----1.5tgα0.40.4ctgα10调心球轴承(双列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(单列)§16-3滚动轴承的选择计算五、角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：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"iαF'总轴向力F'=∑

F'i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Fi表16-13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

----内部轴向力F’的近似值可按如下近似公式计算第i个滚动体§16-3滚动轴承的选择计算1.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：a1a2O1O212F'2Fr2F'1Fr1则轴承2被压紧。由平衡条件得：§16-3滚动轴承的选择计算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§16-3滚动轴承的选择计算一、滚动轴承的润滑润滑剂

润滑目的--减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。§16-4滚动轴承的润滑和密封密封目的--防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑油固体润滑剂

用于特殊场合用速度因素dn

值作为选择润滑剂的条件:---常用---

高速、高温当dn<(1.5~2)×105

mm·r/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间。油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。dn间接反映了轴颈的圆周速度。二、滚动承的密封润滑油的选择：润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

润滑油粘度的选择5cSt(40℃时)102065110250400滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。分类接触式非接触式组合式密封毛毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫式密封---毛毡迷宫式密封例如：

dn=100000，t=90℃

可用110号润滑油

110§16-4滚动轴承的润滑和密封毛毡圈密封适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v<4~5

m/s，工作温度不超过90℃适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v<4~5m/s，工作温度:-40~100℃(a)(b)防漏油防灰尘密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质接触式密封：适用场合：

脂润滑，要求环境干燥清洁。

靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.1~0.3mm。间隙封圈(a)(b)δ=0.1~0.3mmδ非接触式密封：δ§16-4滚动轴承的润滑和密封将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分为径向和轴向两种结构。适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。密封效果可靠。

图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取δ=1.5~2mm。迷宫式封圈δ=0.1~0.2

mm(a)(b)δδ=1.5~2

mmδ§16-4滚动轴承的润滑和密封适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。

也可以把多种密封形式组合在一起。这是组合密封的一种型式----毛毡加迷宫，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封的方式很多，不一一列举。组合封圈组合式密封：§16-4滚动轴承的润滑和密封§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；如斜齿轮轴§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2.径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；如斜齿轮轴§16-5滚动轴承的组合设计一、轴承类型的选择1.无轴向