09章 滚动轴承机械传动系统设计与实践

滚

动

轴

承导

学滚动轴承导学后轴中轴前轴车床主轴机器中的轴如何被支撑减小相对运动摩擦承受载荷滚动轴承导学结构设计讲课目录CONTENTS滚动轴承的类型、代号及工作情况滚动轴承的寿命计算滚动轴承的组合设计滚动轴承导学学习目标滚动轴承的类型、代号滚动轴承的工作情况向心推力轴承轴向力的计算滚动轴承的寿命计算滚动轴承的结构设计滚动轴承导学重点滚动轴承的主要类型及其代号滚动轴承寿命计算-压紧放松轴承的判断滚动轴承的结构设计滚动轴承导学难点滚动轴承寿命计算-压紧放松轴承的判断滚动轴承的结构设计滚动轴承导学实践与实训齿轮减速器

高铁轴承

滚动轴承导学滚动轴承类型、代号工作情况作用：支承轴类零件构成：内圈、外圈、滚动体、保持架基本结构类型、特点、代号及选择按滚动体形状球轴承滚子轴承轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承球面滚子轴承滚针轴承类型、特点、代号及选择类型、特点、代号及选择展开式两级圆锥圆柱齿轮减速器按载荷方向或接触角大小不同，分为类型、特点、代号及选择向心推力轴承接触角：轴承外圈与滚动体接触处的公法线与垂直于轴承轴线的平面之间的夹角，α调心球轴承：轴刚度和轴承座孔的支承刚度低，偏转力矩较大角偏位：轴承内、外圈轴线相对倾斜，其角度称为偏位角外圈滚道表面是以轴承中点为中心的球面，能自动调心。允许内圈（轴）对外圈（外壳）轴线偏斜量≤2°~3°。不宜受纯轴向载荷。类型、特点、代号及选择轴承游隙：滚动体与内、外圈滚道之间的间隙游隙代号：轴承的径向游隙的大小类型、特点、代号及选择游隙6类

深沟球轴承N类圆柱滚子轴承5类推力球轴承7类角接触球轴承3类圆锥滚子轴承最常用：5类类型、特点、代号及选择常见类型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双列角接触球轴承类型代号轴承类型类型代号轴承类型可省略类型、特点、代号及选择7-类型代号（角接触球轴承），02-尺寸系列代号（轻窄），14-内径代号（70mm），AC-内部结构代号（接触角α=25°），/P4公差等级代号（4级），CN-游隙组为普通组前置代号轴承的分

部件代号后置代号

内

部

结

构

代

号密

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结

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号基本代号

五四三二一类

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代

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系

列

代

号直

径

系

列

代

号精度与材料7214AC/P470214AC/P4/CN类型、特点、代号及选择代号类型和代号5◆内径代号：内径代号×5=内径，08：d=40mm（20～480mm）内径d10121517代号00010203特殊情况：◆尺寸系列代号：宽度系列代号：80123456

宽度系列代号为0时，2、3类不能省略直径系列代号：78901234500为特轻窄系列类型、特点、代号及选择◆公差等级代号：

2、4、5、6（6X）、N级标注型式：/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x/PN级为普通级不标注◆游隙代号：

2、N、3、4、5组标注型式：/C2

/C3/C4/C5

/CN为普通组不标注高级低级游隙值：小大◆内部结构代号：角接触球轴承B：C：AC：类型、特点、代号及选择圆锥滚子轴承B:接触角α加大E：加强型6308:

内径为40mm的深沟球轴承，尺寸系列03，普通级公差，N组游隙N105/P5:

内径为25mm的圆柱滚子轴承，尺寸系列01，5级公差，N组游隙7214AC/P42:内径为70mm的角接触球轴承，尺寸系列02，接触角25°，4级公差，2组游隙（游隙与公差同时表示，符号C省略）30213:内径为65mm的圆锥滚子轴承，尺寸系列02，普通级公差，N组游隙6103:内径为17mm的深沟球轴承，尺寸系列01，普通级公差，N组游隙类型、特点、代号及选择类型选择21．载荷较大载荷滚子轴承：线接触，承载能力大，变形小尺寸系列较大较小载荷球轴承：点接触，轻载中等载荷尺寸系列较小类型、特点、代号及选择类型的选择3．转速4．调心性要求较高转速：球轴承和轻系列的轴承较低转速：滚子轴承和重系列的轴承轴刚度和轴承座孔的支承刚度低偏转力矩较大推力轴承的极限转速很低2．尺寸对轴承的径向尺寸有严格限制时选用滚针轴承类型、特点、代号及选择滚动轴承的工作情况展开式两级圆锥-圆柱齿轮减速器工作情况分析滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。FrFmax滚动轴承的工作情况疲劳点蚀：最基本和常见的失效形式寿命计算的依据点蚀胶合断裂

转速不高、间歇摆动且载荷大塑性变形转速较高而润滑油不足轴承烧伤润滑油不清洁滚动体和滚道过度磨损装配不当轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等磨损其它失效形式：滚动轴承的工作情况失效形式1)一般轴承n↑（点蚀为主）主要进行寿命计算必要时进行静强度校核2)n

↓或间歇摆动轴承（以塑性变形为主）先进行静强度计算再进行寿命校核3)

n↑↑轴承（粘着磨损或烧伤为主）先进行寿命计算再进行nlim校核滚动轴承的工作情况滚动轴承的设计准则滚动轴承寿命计算：90%轴承可靠运转的总转数或一定转速下的工作小时数寿命不同L相差几十倍轴承的寿命/（106r）滚动轴承的寿命计算未失效轴承数量/%102015102030405060708090100基本额定寿命基本额定寿命（作为轴承寿命的依据）一组同一型号轴承同一条件下可靠度为90％基本额定动载荷CL为106转轴承所能承受的额定载荷C↑

寿命↑滚动轴承的基本额定寿命滚动轴承的寿命计算3

球轴承10/3滚子轴承寿命指数ε温度系数：ft在P作用下，轴承具有与实际载荷作用下相同的寿命滚动轴承的寿命计算当量动载荷P只受Fr的向心轴承只受Fa的推力轴承承受Fr、Fa的向心推力轴承X、Y-径向、轴向动载荷系数，查表，与Fa/Fr的比值有关fp-载荷系数滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸的选择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Fr1FNiFriFdiFdFAFa滚动轴承的寿命计算向心推力轴承的载荷计算向心推力轴承受载情况分析：

以3类为例，7类轴承与之相同已知：轴端轴承承受径向力Fr1注意：派生轴向力的方向与安装方式有关轴承外圈对单个滚子的支撑反力FNi倾斜径向分力：Fri=Fr1（单个滚子承担所有力）轴向分力Fdi：派生轴向力（内部轴向力）派生轴向力FdiFdi=Fr1tanβ=Fr1tanα派生轴向力FdFrFrFd内部轴向力Fd=eFr滚动轴承的寿命计算向心推力轴承在纯径向力Fr的作用下会产生派生轴向力Fd。当约有半圈滚动体受载时，Fd计算如下圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C(α=15º)70000AC(α=25º)70000B(α=40º)Fd=Fr／(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr滚动轴承的寿命计算3类正装面对面安装大口对大口外圈窄边相对滚动轴承的寿命计算轴向载荷计算外圈窄边外圈宽边Fd1Fd23类反装背对背安装小口对小口外圈宽边相对滚动轴承的寿命计算Fd1Fd27类正装

面对面安装大口对大口外圈窄边相对滚动轴承的寿命计算Fd1Fd27类反装背对背安装小口对小口外圈宽边相对滚动轴承的寿命计算Fd1Fd2Fr1Fr2FAFd1Fd2FR滚动轴承的寿命计算已知：轴受FR与FA

正装力平衡和力矩平衡→Fr2、Fr1→Fd2、Fd1注意：左侧为轴承1

右侧为轴承2Fd1Fr1Fd2Fr2FRFA12滚动轴承的寿命计算若Fd1+FA

Fd2轴向合力向右

因为正装右侧轴承2被压紧Fa2=Fd1+FA左侧轴承1被放松Fa1=Fd1Fd1Fr1Fd2Fr2FRFA轴向合力Fd1+FA-Fd2Fa′12若Fd1+FA

Fd2轴向合力向左

因为正装左侧轴承1被压紧Fa1=Fd2-FA

右侧轴承2被放松Fa2=Fd2滚动轴承的寿命计算Fd1Fr1Fd2Fr2FRFA轴向合力Fd2-

(Fd1+FA)

Fa′1221滚动轴承的寿命计算已知：轴受FR与FA

反装力平衡和力矩平衡→Fr2、Fr1→Fd2、Fd1注意：左侧为轴承2

右侧为轴承1FAFd1Fr1Fr2Fd2FRFAFRFr2Fd2Fr1Fd121滚动轴承的寿命计算若Fd1+FA

Fd2轴向合力向右

因为反装

左侧轴承2被压紧Fa2=Fd1+FA

右侧轴承1被放松Fa1=Fd1FAFRFr2Fd2Fr1Fd1轴向合力Fd1+FA-Fd2Fa′21若Fd1+FA

Fd2轴向合力向左

因为反装

右侧轴承1被压紧Fa1=Fd2-FA

左侧轴承2被放松Fa2=Fd2滚动轴承的寿命计算FAFRFr2Fd2Fr1Fd1轴向合力Fd2-

(Fd1+FA)

Fa′结论：轴承轴向力Fa的计算方法20“被压紧”端轴承的轴向力：其余所有轴向力的代数和（压紧轴承的力的方向为正）10“被放松”端轴承的轴向力:自己的派生轴向力滚动轴承的寿命计算口诀1：正装派生轴向力相对

反装派生轴向力相背离口诀2：正装轴向合力向哪（往哪窜）哪边紧

反装轴向合力向哪（往哪窜）反向紧口诀3：压紧的别人的；放松的，自己的滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸选择的过程确定轴承所承受的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

滚动轴承的寿命计算一轴由两个角接触球轴承（Fd=0.68Fr）支承，Fr1=1470N，Fr2=2650N，FA=1000N，轴转速n=5000r/min，预期使用寿命Lh=2000h。求轴承额定动载荷为多少？（注：e=0.68。Fa/Fr≤e时，X=1且Y=0；Fa/Fr

>e时，X=0.41且Y=0.87）例题：滚动轴承的寿命计算结果提示：轴承2被压紧，轴承1被放松滚动轴承的寿命计算一轴由两个角接触球轴承（Fd=0.68Fr）支承，FR=10KN，FA=5KN，a=100mm，b=300mm，c=50mm，轴转速n=100r/min，冲击载荷系数fP=1.2，预期使用寿命[Lh]=5000h。求轴承额定动载荷为多少？若轴颈d=40mm，试选择轴承型号。（注：e=0.68。Fa/Fr≤e时，X=1且Y=0；Fa/Fr>e时，X=0.41且Y=0.87）例题：FAbaFRcFr1Fr2滚动轴承的寿命计算

解：（1）支点反力Fr1、Fr2

，派生轴向力Fd1、Fd2

力平衡，力矩平衡，计算B点的力矩Fd1Fd2FAFRabcABFr1Fr2计算A点的力矩或根据力平衡推出：角接触球轴承Fd=0.68Fr，因此滚动轴承的寿命计算（2)轴承的轴向力Fa1、Fa2Fd1Fd2FAFRabcAB轴向合力向右，因为反装，所以反向轴承被压紧即轴承1被压紧，轴承2被放松，即1紧2松（3)当量动载荷P1、P2，额定动载荷C所以X1=0.41，Y1=0.87；

X2=1，Y2=0，即有P1>P2，1轴承为危险轴承，则滚动轴承的寿命计算（3)滚动轴承的型号因为轴颈d=40mm，且为α=25º的角接触球轴承，查阅轴承表格轴承代号外径/mm宽度/mm基本额定动载荷/kN轴承代号外径/mm宽度/mm基本额定动载荷/kN7011AC901835.27011C901837.27012AC951836.27012C951838.27208AC801835.27208C801836.87209AC851936.87209C851938.57307AC802132.87307C802134.27308AC902338.57308C902340.2选择型号为7208AC型。滚动轴承组合设计内圈相对于轴固定外圈相对于轴承座紧固滚动轴承的组合设计滚动轴承的固定特点：结构简单轴向力不大或转速不高切槽需要一定的精度轴肩+轴用弹性挡圈内圈相对于轴固定滚动轴承的组合设计圆螺母+止动垫圈特点：高速和大轴向力定位可靠，装拆方便切制螺纹使轴的疲劳强度下降滚动轴承的组合设计圆螺母

止动垫圈外翅内翅螺钉固定轴端挡圈+紧定螺钉特点：高速大轴向力滚动轴承的组合设计轴上零件装配与轴的结构滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一根轴：

几个轴承支承如何支承如何配置(3种方案）配置方案一：

两端单向固定

一个轴承承受一个方向的轴向力限制轴的双向移动，普通工作温度的短轴

滚动轴承的支承结构形式配置方案二：