《机械设计基础》第14章滚动轴承（二）课件

§14-4滚动轴承的寿命及载荷计算一、四个重要的概念1．寿命寿命:是指单个滚动轴承，当套圈(内圈或外圈)或滚动体出现疲劳点蚀之前，其中一个套圈相对于另一个套圈转过的圈数或一定转速n下工作的小时数。

但大量实践已证明:一批相同型号的滚动轴承，即使是在同一条件下进行工作，各个滚动轴承的寿命是相当离散的，有些相差几倍或几十倍。故用单个滚动轴承的寿命来代替该类型滚动轴承的寿命是不科学的。2．基本额定寿命

是指一组同一型号的滚动轴承在相同条件下工作，其中有10%的轴承发生疲劳点蚀，而有90%的轴承未发生疲劳点蚀时,一个套圈相对于另一个套圈所转过的圈数或一定转速n下工作的小时数，称为该轴承的基本额定寿命，用L10（单位为）及L10h（单位为h）表示。设轴承的转速为n(r/min)，二者间的关系式为:3．基本额定动载荷

当滚动轴承的额定寿命恰好等于时所能承受的载荷值称为基本额定动载荷，用C表示。

它与轴承的类型有关，可查手册来确定。若为向心轴承，指的是纯径向载荷，用Cr表示；若为推力轴承，指的是纯轴向载荷，用Ca表示。……(a)深沟球轴承（摘自GB/T276－1998）轴承型号基本尺寸mm安装尺寸mm基本额定动载荷kN极限转速r/mindDBrs

minda

minDa

maxras

maxCrC0r脂润滑油润滑62046205620662076208620962106211621262136214621562166217621862196220202530354045505560657075808590951004752627280859010011012012513014015016017018014151617181920212223242526283032341111.11.11.11.11.51.51.51.51.52222.12.12631364247525764697479849095100107112414656657378839110111111612113014015015816811111111.51.51.51.51.52222.12.19.8810.815.019.822.824.527.033.536.844.046.850.855.064.073.884.894.06.186.9510.013.515.817.519.825.027.834.037.541.244.853.260.570.579.014000120009500850080007000670060005600500048004500430040003800360034001800016000130001100010000900085007500700063006000560053005000480045004300基本额定动载荷越大轴承的承载能力越高

由前所述，对于大多数类型的滚动轴承，它们不但能承受径向载荷，而且也能同时承受轴向载荷。4．当量动载荷P由于该轴承只能承受纯径向载荷Fr，故该轴承的当量动载荷P为:讨论:当量动载荷P的计算方法:1)对于向心轴承:为了便于求出此二种载荷共同作用下的滚动轴承的寿命，就必须将该轴承所承受的这二种载荷转化为一种假想的径向载荷或假想的轴向载荷来处理——当量动载荷，用P表示。......(1)由于该轴承不但能承受径向载荷Fr，而且也能同时承受轴向载荷Fa，故当量动载荷用P表示，其值为:其中：X---径向动载荷系数Y---轴向动载荷系数,均可查表14-5。

2)对于推力轴承:由于该轴承只能承受纯轴向载荷Fa，故当量动载荷P为:3)对于向心推力轴承:......(2)......(3)表14-5径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y轴承类型相对轴向载荷Fa/C0rFa/Fr≤eFa/Fr＞e判断系数e名称代号XYXY双列角接触球轴承00000(56000)－10.780.631.240.8调心滚子轴承20000(3000)－1(Y1)0.67(Y2)(e)调心球轴承10000(1000)－1(Y1)0.65(Y2)(e)圆锥滚子轴承30000(7000)－100.401.70.36双列圆锥滚子轴承350000(97000)－1(Y1)0.67(Y2)(e)深沟球轴承60000(0000)0.0250.0400.0700.1300.2500.500100.562.01.81.61.41.21.00.220.240.270.310.370.44表14-5径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y(续)轴承类型相对轴向载荷Fa/C0rFa/Fr≤eFa/Fr＞e判断系数e名称代号XYXY角接触球轴承70000C0.0150.0290.0580.0870.1200.1700.2900.4400.580100.441.471.401.301.231.191.121.021.001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.5670000AC－100.410.870.6870000B－100.350.571.14例:代号为70000C轴承,若e=0.53，且Fa/Fr＞e，则X=?,Y=?二、滚动轴承的寿命计算(可靠度为90%时)通过实验可知，在理想状态下(即常温、载荷平稳),滚动轴承的寿命L10与其所受的载荷P有如下关系式：由“基本额定动载荷”的定义可知，即L10＝1()时,则P=C，故有由上式求得：其中,ε—轴承的寿命指数理想公式一:......(b)......(c)......(4)球轴承:ε＝3滚子轴承:ε=10／3

在另一方面，轴承的寿命用小时数来表示比较方便。设轴承转速为n，则L10＝60nL10h，故得在实际工作中，由于轴承工作温度不一定是常温，且所受载荷不一定是平稳，故在寿命计算时须引入“温度系数ft”和“载荷系数fP”来进行修正，可得小时小时式中，温度系数ft和载荷系数fP可分别查表14-7,14-8确定。实用公式理想公式二:......(5)......(6)......(7)表14-8载荷系数fp表14-7温度系数ft注:当轴承工作温度时,温度系数ft=1.0。轴承工作温度/℃125150175200225250300350ft0.950.900.850.800.750.700.60.5载荷性质fp举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机等。中等冲击或中等惯性力1.2～1.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、水力机械、卷扬机、木材加工机械、传动装置、机床等。强大冲击1.8～3.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动篩等。例：已知轴承工作温度t=137°,则温度系数ft=？滚动轴承尺寸的选择4三、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa计算

当上述二类轴承仅承受径向载荷FR时，也会产生轴向力。

径向载荷产生的派生轴向力1.派生轴向力方向:为了便于此法向力FNi分析，常将其分解为二分力：径向反力FRi和轴向反力Fsi。相对于轴承的外圈，由宽边指向窄边。Fs

此时,所有滚动体的径向反力FRi的合力与径向载荷FR相平衡。所有滚动体的轴向分力Fsi的合力将组成轴承的内部派生轴向力，用Fs表示。分析:若不计摩擦时,外圈对滚动体的力FNi是沿着接触处公法线方向。滚动轴承尺寸的选择42.派生轴向力Fs的大小:表14-9派生轴向力计算公式一般地说，派生轴向力Fs是有害的，迫使轴承内圈或外圈沿轴向移动。为了消除有害的派生轴向力影响，此二类轴承必须“配对使用”，且安装方法有如下二种。轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承7000C7000AC7000B派生轴向力FSeFR0.68FR1.14FRFR/(2Y)派生轴向力Fs的大小由前面的受力分析或表14-9来确定。反安装正安装O2

两端轴承外圈宽边相对时，称为反安装。这种安装方式使两支座反力作用点O1、O2相互远离，即支座跨距增大。O2O1O1

反之，两端轴承外圈窄边相对时，称为正安装。它使两支座反力作用点O1、O2相互靠近，即支座跨距缩短。O1O2反安装FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr2下面以“反安装”为例，介绍此二类轴承的轴向载荷Fa计算方法。

若已知外载荷FA、FR

和结构尺寸，下面进行二轴承的轴向载荷Fa1

和Fa2计算。第一步：首先根据理力的平衡条件，可求出二轴承的径向反力Fr1、Fr2。反安装FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr2很显然，此时作用在轴上的轴向载荷有三个:FA、Fs1、Fs2。第二步：根据轴承内部派生轴向力大小和方向的确定原则，便可确定二轴承所产生的派生轴向力Fs1、Fs2大小和方向。第三步：根据上述三个

“轴向载荷

”之间的不同关系式，便可确定二轴承的轴向载荷Fa1=？、Fa2=？。反安装FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr21)当FA＋Fs2=Fs1时，则轴达到了“轴向平衡”。此种情况是工程上最理想的受力状况,在实际工作过程中一般不会发生。此时，二个轴承的轴向载荷均为：Fa1=0；Fa2=0。滚动轴承尺寸的选择5反安装FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr22)当FA＋Fs2＞Fs1时，轴有“向左”运动的趋势。轴承1的轴向载荷为：Fa1＝FA＋Fs2(除本身派生轴向力外,其它所有轴向力代数和)此时，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”

。轴承2的轴向载荷为：Fa2＝Fs2

(本身派生轴向力)结论：1)“放松”端轴承的轴向载荷=本身轴承的内部派生轴向力；2)“压紧”端轴承的轴向载荷=除本身派生轴向力外，其它所有轴向力的代数和。滚动轴承尺寸的选择5反安装FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr23)当FA＋Fs2＜Fs1时，轴有“向右”运动的趋势。轴承1的轴向载荷为Fa1＝Fs1

(本身派生轴向力)此时，轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”

。轴承2的轴向载荷为Fa2＝Fs1－FA

(除本身派生轴向力外，其它所有轴向力代数和)例1:已知轴承型号为30312，Fr1=13600N，Fr2=22100N，外载荷FA1=3000N，FA2=8000N，求两轴承的轴向载荷Fa1和Fa2。(其中Y=1.7,)解：1.求内部派生轴向力FsFs1=Fr1/(2Y)=13600/(2×1.7)=4000NFs2=Fr2/(2Y)=22100/(2×1.7)=6500N2.求轴向载荷Fa1和Fa2由于

FA2+Fs1

=8000+4000=12000N＞

Fs2+FA1=6500+3000=9500N,所以轴有“向右”运动的趋势。方向如图轴承1被“放松”，Fa1=Fs1=4000N(本身派生轴向力)

轴承2被“压紧”，故Fa2=FA2+Fs1-FA!=9000N(除本身派生轴向力外,其它所有轴向力代数和)例2:如图所示，轴上两端正安装一对7211AC轴承，轴的转速n=1750r/min，轴承所受径向载荷分别为FR1＝3300N，FR2＝1000N，轴上还作用有轴向载荷Fa=900N，方向指向轴承1，轴承工作时有中等冲击，常温，试计算两轴承的寿命。对7000AC型轴承，按表14-9，有（2）求轴承的轴向载荷故轴承1为“松端”，轴承2为“紧端”，则方向如图因解：（1）计算派生轴向力(本身派生轴向力)(除本身派生轴向力外,其它所有轴向力代数和)由表14-5查得7000AC型轴承（）的判别系数e=0.68，故再由表14-5查得两轴承的当量动载荷分别为：（3）计算当量动载荷

由表14-7、表14-8查得ft=1，fP=1.5，由手册查得7211AC轴承的基本额定动载荷Cr＝39200N，又因为ε＝3。由下式得（4）计算轴承寿命

由于轴承1的寿命约为4730h，轴承2的工作寿命约为43154.5h。故这对轴承的寿命为4730h。1.内圈的轴向固定方法:1)轴肩一、滚动轴承的轴向固定§14-5滚动轴承的组合设计

在滚动轴承的设计过程中，其组合设计是难点和重点。下面，将介绍“六个”方面的设计要点。2)弹性挡圈特点：固定可靠，可承受很大的轴向力,用途最广。特点：可靠性较差，只能承受很小的轴向力，应用上受到一定限制。轴肩弹性挡圈注意：在实际应用时，常常将上述二种方法综合在一起使用，以实现内圈的“双向固定”。3)轴端挡板4)圆螺母特点：固定可靠，可承受较大的轴向力。常用于轴的中部和端部。特点：固定可靠，能承受较大的轴向力及冲击载荷。常用于轴的端部。轴端挡板圆螺母2.外圈的轴向固定方法

:1)凸肩2)孔用弹性挡圈特点：固定可靠，可承受很大的轴向力。特点：可靠性较差，只能承受很小的轴向力。凸肩孔用弹性挡圈注意：在实际应用时，常常将上述二种方法综合在一起使用，以实现外圈的“双向固定”。3)轴承端盖

特点：固定可靠，可承受很大的轴向力。常用于轴承外圈轴向固定。轴承端盖1.两端单向固定适用:工作温度较低(即t≤70°)和支座跨距较小(即L≤350mm)的轴。二、轴承支座的结构形式间隙a=0.2～0.4mmL支座简图AB注意：为避免温度变化所引的温差应力，常在轴的一端留有很小间隙（可不画此间隙）。2.一端双向固定，一端游动

适用:工作温度较高（即t＞70°)或支座跨距较大(即L＞350mm)的轴。游动端的结构形式：

1）采用内、外圈可分离的“N型轴承”。2）采用内、外圈不可分离的轴承，但轴的一端必留有较大间隙，通常为“3～5mm”，且必绘出此间隙。3～5mm支座简图3.两端游动但是，人字齿轮的大齿轮轴必须“两端单向固定”

。适用:人字齿轮的小齿轮轴。支座简图对于：人字齿轮的小齿轮轴三、支座的刚度欲提高支座的刚度，其措施：1）增加轴承座孔的壁厚δ。2）采用加筋板的方法，提高支座部位的刚度。δ四、滚动轴承轴向游隙的调整方法：

1）通过增减轴承端盖下的垫片厚度，来调节轴承轴向游隙的大小。2）通过拧紧或放松圆螺母来调节轴承轴向游隙的大小。垫片圆螺母五、滚动轴承轴孔的配合及标注1.轴承内圈与轴的配合js6，j6，k6，m6，n6

松————→紧

G7，H7，JS7，J7

松————→紧2.轴承外圈与轴承座孔的配合较紧的过渡配合：较松的过渡配合：其常用配合有其常用配合有如:Ф80k6,Ф80m63.尺寸标注时的注意事项:(2)滚动轴承外圈与轴承座孔之间为基轴制的过渡配合，在装配图尺寸标注中，只须标出“孔的基本尺寸”与“孔的公差代号”即可。如:Ф120H7,Ф120JS7(1)滚动轴承内圈与轴为基孔制的过渡配合，在装配图尺寸标注中，只须标出“轴的基本尺寸”与“轴的公差代号”即可。拆卸：安装：六、滚动轴承的安装和拆卸2)为了便于轴承的拆卸，轴肩高度应低于轴承内圈高度。注意:1)在滚动轴承的安装和拆卸时，一般只能是轴承内圈受力，外圈和滚动体等不能受力。正确错误例1:轴承内孔与轴配合的正确标注应为---。

AФ80H7/k6BФ80H7

CФ80k6D三者均不正例2:轴承外圈与轴承座孔配合的正确标注应为---。

AФ80H7/k6BФ80H7

CФ80k6D三者均不正答:C答:B

1.润滑目的（二个）§14-6滚动轴承的润滑和密封一、滚动轴承的润滑1）减小轴承的摩擦与磨损2）起冷却作用润滑方法:油润滑和脂润滑二种。表14-11润滑方式选用（表值×）（单位为mm·r/min）2.润滑方法选用依据:是根据速度因素“d×n”值大小（其中d为轴颈直径mm,n为轴的转速r/min），查表14-11来确定。1)脂润滑

当d×n值较小时(一般d×n≤16×

)，可采用“脂润滑”。优点:(1)油膜强度高，承载能力强。注意事项:脂润滑时，其润滑脂的充填量一般不超过轴承间隙体积的“1/3～2/3”

，以免因润滑脂过多而引起轴承发热，影响正常工作。(2)不易流失，易于密封。(3)结构简单，一次填充可使用较长时间。2)油润滑注意事项:

(1)通常，油润滑适用于高速、高温条件下工作的轴承。

(2）油润滑的常用方式有：油浴润滑

、飞溅润滑、喷油润滑等。

当d×n值较大时(一般d×n＞16

×

)，可采用“油润滑”。油润滑的常用方式有：（1）油浴润滑:是指将轴承一部分浸入润滑油中进行润滑的方式。适合于:16×

＜d×n＜25×注意:油面高度不能高于最低滚动体的