第17章 滚动轴承

滚动轴承的基本类型和特点

滚动轴承的选择计算第17章滚动轴承滚动轴承

滚动轴承的润滑和密封

滚动轴承的组合设计

滚动轴承的代号第一节滚动轴承概述滚动轴承的组成外圈内圈滚动体保持架支撑轴支撑零件或轴系滑动

滚动将滚动体分开二、滚动轴承的材料硬度和接触疲劳强度↑、耐磨性和冲击韧性↑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，有色金属或塑料一、滚动轴承的组成滚动轴承的优点摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、易于互换等。滚动轴承的缺点抗冲击能力差、高速时出现噪音滚动轴承已经标准化，并由轴承厂大量生产，设计人员的主要任务是熟悉标准、正确选用滚动轴承通常按其承受载荷的方向（或接触角）和滚动体的形状分类四、滚动轴承的基本类型和选择三、滚动轴承的特点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α↑轴向承载能力↑α=0˚0˚<α<45˚αα=90˚α45˚<α<90˚α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1.滚动轴承的主要类型表17-2常用滚动轴承的类型、性能和特点轴承名称、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。调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚

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17-2常用滚动轴承的类型、性能和特点（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深沟球轴承60000高8’~16’

主要承受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速时可代替推力球轴承，摩擦系数小极限转速高，应用范围最广。角接触球轴承70000高2’~10’能同时承受较大的径向和单向轴向载荷。工称接触角α有15°、25°、40°三种。成对使用。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17-2常用滚动轴承的类型、性能和特点（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17-2常用滚动轴承的类型、性能和特点（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)2.几点说明1）承载能力滚子轴承≈(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α=0˚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。0˚<α<45˚承受径向载荷为主；45˚<α<90˚承受轴向载荷为主；α=90˚只能承受轴向载荷。2）极限转速转速过高

温度↑

润滑失效

滚动体回火或胶合破坏滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速极限转速3）角偏差θ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。角偏差θ↑

影响轴承正常运转调心轴承θ3.滚动轴承类型的选择

选择滚动轴承类型时，应考虑轴承的工作条件、工作载荷（载荷的大小、性质、方向）、转速的高低、寿命的长短等使用要求，以下选用原则可供参考。

1）当尺寸相同时，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5~3倍，滚子轴承承受冲击载荷的能力也较高。因此在大型、重载或有严重冲击的装置中，宜选用滚子轴承。

2）轴承上同时承受径向和不大的轴向载荷作用时，可选用深沟球轴承；当轴向载荷较大时，可选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

3）球轴承与同尺寸的滚子轴承相比较，有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承。

4）刚性滚子轴承对轴挠曲和偏转极为敏感，宜用在刚性较大的轴上，且要和轴承座保持严格对中。

5）在满足使用要求的前提下，应尽可能选用价格较便宜、市场上容易购买的轴承。第二节滚动轴承的代号宽(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1、前置代号——成套轴承分部件代号；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。内径代号内部结构改变、公差等级及其他调心滚子轴承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10000000300400200尺寸系列代号——左起第二、三位特轻轻中重内径代号——基本代号左起第四、五位表17-3轴承的内径代号内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字5121517后置代号——用字母（或加数字）表示内部结构表17-4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实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义62203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7(0)312AC/P6公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm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级第三节滚动轴承的失效形式和选择计算一、滚动体的受力分析Fr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。可以导出受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；径向载荷的分布Fmaxδ0二、失效形式疲劳破坏永久变形早期磨损胶合内外圈和保持架破裂维护保养不当而造成工作过程中，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。三、滚动轴承的设计准则

1.对一般工作条件的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，应进行疲劳寿命的计算和静强度的计算。

2.对于摆动或转速很低的滚动轴承，轴承的承载能力取决于所允许的塑性变形，应作静强度的计算。2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)1.基本概念定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳点蚀失效之前的工作小时数称为：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)基本额定寿命就是可靠度为90%的轴承寿命。对单个轴承来讲，达到或超过其基本额定寿命的概率为90%四、滚动轴承的轴承寿命计算1）轴承寿命2）基本额定寿命当可靠度为90%，轴承运转达到一百万转而不发生点蚀失效时，轴承所能承受的载荷C。向心轴承记为：Cr推力轴承记为：Ca3）基本额定动载荷C大量试验得如下关系P—当量动载荷寿命指数：—球轴承—滚子轴承310/3ε=用小时表示4）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=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=Fa2.轴承寿命计算如果轴承寿命以小时数表示，则经修正后的寿命计算公式为

h

大量试验得如下关系P—当量动载荷寿命指数：310/3ε=—球轴承—滚子轴承温度系数ft

载荷系数fP

3.角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：FRFi

=Fsi+FriFsiFriαFs总轴向力

Fs=∑Fsi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Fi表17-9角接触向心球轴承附加轴向载荷轴承类型角接触向心球轴承Fs

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

——附加轴向力a1a2O1O2121、若FA+Fs2>Fs1压紧端：Fa1=FA+Fs2

放松端：Fa2=Fs2

2、若FA+Fs2<Fs1放松端：Fa1=Fs1

压紧端：Fa2=Fs1-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Fs2Fr2Fs1Fr1本身除外外圈窄边相对安装(正装)a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)FAFs2Fr2Fs1Fr11、若

FA+Fs2>Fs1

则有：结论与正装相同！压紧端：Fa1=FA+Fs2

放松端：Fa2=Fs2

2、若FA+Fs2<Fs1,则有：放松端：Fa1=Fs1

压紧端：Fa2=Fs1-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外圈宽边相对安装(反装)例1:一水泵选用深沟球轴承,已知轴颈d=35mm，转速n=2900r/min，轴承所受的径向力Fr=2300N，轴向力Fa=540N，要求使用寿命Lh=5000h，试选择轴承型号。(6307轴承Cr=33.2KNCor=19.2KN6207轴承Cr=25.5KNCor=15.2KN)解:选6207轴承Fa/Cor=540/15200=0.0355查表的e=0.231

Fa/Fr=540/2300=0.235＞ex=0.56y=1.92P=XFr+YFa=0.56×2300+1.92×540=2324.8N或例2：一直齿轮轴采用一对7211AC(C=50.5KN)轴承，已知内部轴向力Fs＝0.68Fr

。轴上所受径向载荷FR=4800N,轴向载荷FA=2500N，方向如图，该轴转速n=1800r/min，取载荷系数Fd=1.1，求：两轴承所受载荷；两轴承的当量动载荷；轴承的寿命（小时）。（Fa/Fr≤e时，x=1，y=0；Fa/Fr>e时，x=0.41，y=0.85；e=0.68）Fr1Fr2FA4060FR一、滚动轴承的润滑润滑剂减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪第四节滚动轴承的润滑和密封防止灰尘、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)×105mm·r/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。

润滑目的密封目的不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用脂润滑优点油润滑优点二、滚动轴承的密封滚动轴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