第18章 滚动轴承

第18章滚动轴承18-1

概述18-2滚动轴承的类型、代号和选择18-3

滚动轴承的工作情况及设计准则18-4

滚动轴承的计算18-5滚动轴承的组合设计重点:

滚动轴承的代号、类型、尺寸选择滚动轴承的寿命计算滚动轴承组合设计难点:

角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向力计算滚动轴承的结构组成：内圈、外圈、滚动体、保持架外圈内圈滚动体保持架§18-1概述滚动轴承的材料保持架：避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性材料：含铬轴承钢，硬度61~65HRC1、摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏；2、润滑简便,易于更换,价格低；3、抗冲击能力差,高速时出现噪音;寿命也比不上液体润滑的滑动轴承；滚动轴承的特点轴承的选择→┌类型的选择└尺寸的选择轴承组合设计→安装、调整、润滑与密封滚动轴承设计的内容§18-2滚动轴承的类型、代号和选择一、滚动轴承的分类1按滚动体形状分2按受载方向分按滚动体形状分

按受载性质分球轴承滚子轴承向心轴承向心推力轴承推力轴承一、滚动轴承的分类§18-2滚动轴承的类型、代号和选择1

按滚动体形状分按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承又可细分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承2按受载方向分按受载方向和公称接触角分：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

向心轴承:a=0º向心推力轴承：0º<a<90º向心角接触轴承:0º<a≤45º推力角接触轴承:45º<a<90º推力轴承:a=90ºαα＝900αα＝0以FR(径向载荷)为主FＲ＋FＡ(径向为主)FA＋FR(轴向为主)FＡ(轴向载荷)注意：在径向载荷作用下产生内部轴向力Fs，其方向是使内外圈分离，所以要成对使用内部轴向力Fs的大小与α有关二、滚动轴承的基本类型和特点1

向心轴承(a=0º)深沟球轴承:6类→nlim最高、价廉,优先采用受力类型:Fr,不大的Fa(双向)圆柱滚子轴承:N类→承载力较大受力类型:

很大的Fr,不能承受轴向力Fa滚针轴承:NA类→内外圈可分离,径向尺寸小受力类型:

很大的Fr,不能承受轴向力Fa2

调心轴承(a=0º)调心球轴承:1类→调心性能最好受力类型：Fr,不大的Fa(双向)调心滚子轴承:2(3)类→调心性能好、承载力较大受力类型：Fr,不大的Fa(双向)3

向心推力轴承(0º＜α<90º)角接触球轴承:７类，a＝15º、25º、40º受力类型：Fr,单向Fa圆锥滚子轴承：3类受力类型：Fr,单向Fa4

推力轴承(a=90º)推力球轴承:

5类受力类型：只承受轴向(Fa)单列：承受单向轴向力双列：承受双向轴向力根据载荷大小、性质、轴承的转速、调心性能、安装和拆卸、价格等确定轴承类型其中，载荷(包括大小和方向)、转速的大小一般是最主要的高速，平稳低载：60000（深沟球轴承）载荷较大+冲击：滚子轴承径/轴向载荷较大：较低转速：30000（圆锥滚子）较高转速：70000角接触球轴承轴向载荷>>径向载荷：推力+向心组合三、滚动轴承的类型选择2极限转速:3调心性能:1承载能力:滚子＞球(线＞点)球＞滚子调心＞非调心球＞滚子主要考虑如下几个方面：1.轴承的载荷

大小：滚子轴承优于球轴承方向：径向Fr(6、1、N)，轴向Fa(5),Fr+Fa(7、3、6)轴承的载荷方向大小：滚子轴承优于球轴承方向：径向Fr（6、1、N）轴向Fr

（5）Fr+Fa

（7、3、6）2.轴承的转速极限转速nlim

：载荷P

0.1C，冷却正常，0级公差时轴承的最大允许转速。对高转速的轴承：1)优先选用球轴承（润滑的阻力）2)轻系列轴承优于中、重系列（离心力）3)实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）4)提高公差等级、改善润滑条件等推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低3.轴承的调心性能8~16’2~4’2~3

4.轴承的安装与拆卸5.经济性四、滚动轴承的代号前置代号基本代号后置代号尺寸系列代号分部件代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号内部结构代号密封与防尘代号公差等级代号。。。字母21345字母(+数字)1内径尺寸代号2尺寸系列代号3类型代号1基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、类型1）类型代号基本代号左起第一位，用数字或字母表示代号为0（双列角接触球轴承），则省略表18-2代号轴承类型旧代号3圆锥滚子轴承75推力球轴承86深沟球轴承07角接触球轴承6N圆柱滚子轴承2NA滚针轴承42）尺寸系列代号直径系列代号、宽度系列代号直径系列代号：基本代号左起第三位数字指结构相同、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列0,1—特轻2—轻

3—中4—重宽度系列代号：基本代号左起第二位数字，常与直径系列代号同时使用表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度多数正常系列可不标表18-50,1特轻2轻5轻宽3中6中宽4重3）内径尺寸代号基本代号左起第四、五位数字内径d:（即轴的直径）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~96——数字x5mm表18-4常用的几类滚动轴承，一般无前置代号2前置代号用字母表示表示成套轴承分部件公差等级(精度)代号：表18-70、6x、6、5、4、2六级精度，逐渐增高表示成：/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2内部结构代号：表18-6如：C—a=15º、AC—a=25º、B—a=40º

轴承径向游隙系列代号：/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5六组游隙，由小到大0组(/C0)）游隙常用，可省略3后置代号用字母（+数字）表示表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承材料及公差等级等例：7212AC

│││└││└│└└└深沟球轴承└直径系列为3(中),宽度系列为0(不标)└内径d=25mm0级公差(不标)│角接触球轴承直径系列为2(轻),宽度系列为0(不标)内径d=60mm=25例：6305(/P0)│││└││└0级公差(不标)└圆锥滚子轴承└宽度系列为0└直径系列为4(重)└内径=45mm例:30409││││││││││例：7

211C/P55级精度接触角15

直径55mm正常宽度、轻系列角接触球轴承失效形式：内外圈运动疲劳点蚀——

最主要的失效形式，滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀过大塑性变形——

低速轴承的主要失效形式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷)，元件表面出现较大塑性变形磨损、胶合、内外圈和保持架破损等——使用维护不当而引起的，属于非正常失效设计准则：一般转速的轴承—

进行寿命(额定动载荷)计算，防止疲劳点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承

—按静强度(额定静载荷)计算，防止塑性变形§18-3滚动轴承的工作情况及设计准则1基本概念2寿命计算3当量动载荷P的计算4角接触向心轴承轴向载荷Fa的计算5滚动轴承的静载荷计算针对失效形式：疲劳点蚀*§18-4滚动轴承的计算1

基本概念—寿命轴承寿命：(106r或h)轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数基本额定寿命：用L或Lh表示一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90％时，能达到或超过的寿命。寓意：一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90％，失效率为10％注意：额定寿命随运转条件而变化比如：外载荷增大，额定寿命降低因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力90％10％完好Ｌ/(1×106r)R/(％)1

基本概念—基本额定动载荷定义：当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷，用C表示即：在C的作用下，运转106转时，有10％的轴承出现点蚀，90％的轴承完好对于具体轴承，C为定值，按手册查取对向心轴承(0º

a

45º)，C为纯径向载荷——Cr对推力轴承(45º<a90º)，C为纯轴向载荷——Ca额定动载荷越大轴承的承载能力越大寿命L10(106r)载荷P(N)oC21534寿命L10=1载荷P=C载荷P=C寿命L10=1载荷P≠C寿命L10=?NσrNo

指数球轴承:滚子轴承:2

寿命计算寿命计算的基本公式:作寿命计算,解决两类问题:(1)已知轴承型号及载荷P,求寿命(2)已知轴承载荷P及预期寿命L'h,

选择轴承型号3

当量动载荷

P

的计算对于向心轴承，C为径向载荷Cr对于推力轴承，C为轴向载荷Ca但轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa为了与C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念当量动载荷：一假想载荷，与C同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用P表示实际载荷的条件不同时，按确定基本额定动载荷的条件进行换算后的载荷——即为纯径向力Fr、纯轴向力Fa计算式：X－径向载荷系数Y－轴向载荷系数见表18-11FaFrFaFrCCrCaPPrPa相对应X:径向载荷系数Y:轴向载荷系数查表18-11(1)只受Fr的向心轴承：(2)只受Fa的推力轴承：(3)受Fr和Fa的向心轴承和向心推力轴承3.当量动载荷P的计算X、Y－径,轴向系数表(18-11)①查判断系数e→Ｃ０r:轴承的额定静载荷,查P319附录②判Fa/Fr与e的关系→定X、YFa/Fr≤e

－轴向力较小,可忽略不计,只计Fr→

Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－轴向力较大,要计→即：X≠1,Y≠0Fa/Fr＞e按(Fa/C0r)查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-11→e=1.5tgα深沟球轴承－角接触球轴承圆锥滚子轴承解：查得：C0r=29200ＮP319①查e：②求X、Y:③求Ｐ:Fa1/C0r=1635/29200=0.056→e1=0.26∵Fa1/Fr1=1635/3500=0.467＞e1∴X1=0.56,Y1=1.71∵Fa2=0X2=1,Y2=0P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.56×3500+1.71×1635=4756ＮP2=Fr2=2500Ｎ∵P1＞P2∴Ⅰ轴承危险例：已知齿轮轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷Fr1=3500Ｎ，Fa1=1635Ｎ，Fr2=2500Ｎ，Fa2=0，试求P1、P2。已知某轴承，型号为6210，已求得轴承所受径向载荷Fr=3000Ｎ，轴向载荷Fa=870Ｎ，求寿命L10

和P解：(1)求当量动载荷P方法：查手册,C=35000N,C0=23200N(2)求寿命L10若n=1500r/min寿命计算步骤：(1)径向载荷Fr的计算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V124.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算(2)轴向载荷Fa的计算1)向心轴承Fa的计算两端单向固定:Fa紧=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游动:Fa固定=FaeFa游动=0FaeFae4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算向心推力轴承的内部轴向力FS

(7类、3类)2)向心推力轴承Fa的计算(2)轴向载荷Fa的计算4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算派生轴向力Fs大小见表18-12FsFrFiFi’’Fi’O角接触球轴承注意Fs

的方向α表18-12内部轴向力Fs3000070000Ca=15º70000ACa=25º70000B

a=40ºFs=Fr/(2Y)Fs=eFrFs=0.68FrFs=1.14Fr2)向心推力轴承Fa的计算Fr1Fr2FaeFS1FS2Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2FaeFS1FS2FaeFae正安装反安装(2)轴向载荷Fa的计算4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算Fr1Fr2FaeFS1FS2FS1FS2Fae根据轴向受力平衡条件确定①若Fae+FS2>FS1

轴左移,1压紧,2放松F'S1F'S12)向心推力轴承Fa的计算(2)轴向载荷Fa的计算4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算FS1FS2FaeF'S2②若Fae+FS2<FS1

轴右移,1放松,2压紧判别方法:①先确定轴上各轴向力(外加轴向力和内部轴向力)的方向;②判断哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”;③放松端的轴向载荷等于它本身的内部轴向力;④压紧端的轴向载荷等于除去它本身的内部轴向力外,其余所有轴向力的代数和.2)向心推力轴承Fa的计算(2)轴向载荷Fa的计算4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2反安装①若Fae+FS1>FS2

轴左移,1放松,2压紧FaeFae②若Fae+FS1<FS2

轴右移,1压紧,2放松F'S2验证:F'S12)向心推力轴承Fa的计算(2)轴向载荷Fa的计算4.径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算验证:结论：轴承反装时，可得到与正装同样的结论结论总结如下：根据排列方式判明派生轴向力Fs1、Fs2的方向判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和对于能承受少量轴向力而a=0的向心轴承(如深沟球轴承)：FaFr1Fr2因为：a＝0,Fs1＝0，Fs2＝0所以：F合力＝Fa图中：Fa1＝0Fa2＝Fa例:如图所示,标明各轴向力,并求两端轴承的轴向载荷。Fr1Fr221FS1FS2Fae若Fae+FS2>FS1

轴右移,1压紧,2放松121212例:试判断图示三种情况下左右轴承哪个寿命低。已知：一对6205轴承一对7205B轴承正安装一对7205B轴承反安装解：(一)求Fr(二)求Fa(1)一对6205轴承左端轴承寿命低1212一对7205B轴承正安装一对7205B轴承反安装(二)求Fa(2)一对7205B轴承正安装左端轴承寿命低轴右移,1松2紧(2)一对7205B轴承反安装左端轴承寿命低轴左移,1松2紧例：一对反装7312AC轴承,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N，FA＝2000N，由1轴承指向2轴承，求Fa1、Fa2。解:①画安装简图,Fs2与FA同向②求Fa1，Fa2→

Fs1＝0.68Fr1＝0.68×5000＝3400NFs2＝0.68Fr2＝0.68×8000＝5440NFs2Fs11FA2Fr1Fr2∴Fa1＝Fs2＋FA＝7440N,Fa2＝Fs2＝5440N∵Fs2＋FA＝7440N＞Fs1＝3400N∴Ⅰ紧Ⅱ松1、求Fr1、Fr2:(径向载荷)→求支反力2、求Fa1、Fa2:(1)径向接触轴承(6、1、2类)FA1212FA└一端固定、一端游动Fa1=FA,Fa2=0FA指向者受力Fa1=0,Fa2=FA┌两端固定→→固定端受力(2)角接触轴承(3、7类)安装型式正安装→Ｆs面对面反安装→Ｆs背对背F1′F2′F1′F2′①画安装简图→求Fs1、Fs2表(18-12)

②Fa=┌本身的内部轴向力(放松端）└除本身的内部轴向力外其余轴向力之和（紧端）轴承寿命计算步骤3求P1、P2:(当量动载荷Ｐ)P＝XFr＋YFa①查判断系数e深沟球轴承－角接触球轴承圆锥滚子轴承按Fa/C0r查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-12→e=1.5tgαp.299②判Fa/Fr

与e的关系→定X、Y┌Fa/Fr≤e

－轴向力较小,可忽略不计,只计Fr→Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－轴向力较大,要计→即：X1,Y0└Fa/Fr＞e4求Lh(C)例接上题,如果n＝960r/min,fP＝1.2,求轴承寿命解：查得7212AC轴承的C＝58200N，e＝0.68∵Fa1／Fr1＝7440／5000＝1.488＞e∴X1＝0.41

，Y1＝0.87P1＝X1Fr1＋Y1Fa1＝0.41×5000＋0.87×7440＝8523N∵Fa2／Fr2＝5440／8000＝0.68=eP2＝Fr2＝8000N∴X2＝1,Y2＝0∵P1＞P2∴Ⅰ轴承危险(Fa1＝7440N,Fa2=5440N,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N)5轴承静载荷计算失效形式：过大塑性变形对象：低速或受较大冲击载荷作用的轴承目的：防止轴承元件发生塑性变形基本额定静载荷C0

：限制塑性变形的极限载荷值，由手册查取对向心轴承为C0r

－径向基本额定静载荷对推力轴承为C0a

－轴向基本额定静载荷径向轴承或角接触轴承的当量静载荷P0:实际选用：推力轴承的当量静载荷：静强度校核公式：X0、Y0分别为径向、轴向静载荷系数(表18-13)S0为静强度安全系数，P301一轴承的固定

二轴承组合的调整

三轴承的配合

四轴承的装拆§18-5滚动轴承的组合设计(一)轴承的固定1.支点固定型式(1)两端