机械设计基础（第5版）课件：滚动轴承

1滚动轴承2第六节滚动轴承的类型、特点和选择一、滚动轴承的学习重点1.掌握滚动轴承的类型、特点及应用，合理选用轴承；2.掌握轴承寿命计算；3.正确进行轴承组合设计。3二、滚动轴承的结构和类型图12-19滚动轴承的结构1.结构1)外圈

装在机座或轴承孔内,一般不转动。2)内圈

装在轴颈上，随轴转动。3)滚动体

即自转又公转，是形成滚动摩擦的主要元件。4)保持架均匀分隔滚动体，避免滚动体间产生摩擦和偏集。

42.滚动体的形状球滚子滚动体形状圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针

53.滚动轴承的分类（按承受的载荷方向分）1）向心轴承

用于承受径向载荷或主要承受径向载荷的轴承。根据结构不同，有些向心轴承也能承受一定量的轴向载荷。如：深沟球轴承。2）推力轴承

只能承受轴向载荷的轴承。3）向心推力轴承（角接触轴承）

能同时承受径向和轴向载荷，一般以承受径向载荷为主。4）推力向心轴承主要承受轴向载荷，也承受一定的径向载荷。64.常用滚动轴承的类型、结构特点和主要性能见P207表12-61）允许偏斜角轴承内、外圈轴线相对偏斜的允许角度。2）接触角αα是角接触轴承的滚动体与外圈滚道接触点处的法线与轴承半径方向的夹角。α角越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。3）极限转速

极限转速是指当量动载荷P≤0.1C,冷却条件正常，0级公差轴承的最大允许转速。（C—基本额定动载荷）7三、滚动轴承的代号

为便于设计、生产和使用，国家标准规定了轴承的代号。代号打印在轴承的端面上。滚动轴承代号的构成81.内径代号

轴承的内径代号用基本代号右起第一、二两位数字表示，对常用内径d=20~480mm的轴承，d=内径代号×5，如：04表示d=4×5=20mm。内径为10mm~20mm以下轴承的代号为：内径代号10mm12mm15mm17mm00010203

对于d<10mm及d>480mm轴承的代号，国标另有规定。92.直径系列代号用基本代号右起第三位数字表示。

表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径、宽度和滚动体。代号：7、8、9、0、1、2、3、4、5

内径相同，外径和宽度依次递增。直径系列对比103.宽度系列代号用基本代号右起第四位数字表示。

表示结构、内径和直径系列都相同的轴承其宽度的变化。

正常宽度系列的代号为“0”，多数轴承在代号中不必标出。但对于调心滚子轴承（10000型）和圆锥滚子轴承（30000型）“0”必须标出。114.轴承类型代号用基本代号右起第五位数字或字母表示。详见表12-6。5.内部结构代号（后置代号）表示同一类型轴承的不同内部结构。如：角接触球轴承70000Cα=150

70000ACα=250

70000Bα=400

125.轴承的公差等级（后置代号）

轴承的公差等级用后置代号中的字母和数字表示。

按精度由高到低排列为：等级代号24566x0/P2/P4/P5/P6/P6x/P0“0级”为普通级，在代号中省略。“6x级”仅适用于圆锥滚子轴承。136.游隙代号（后置代号）

常用轴承的径向游隙系列按径向间隙由小到大分为：组别代号120345/C1/C2/C0/C3/C4/C5“0”组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出。其余代号均须标出。轴承代号举例：1)6

2

04

（60204/P0

/C0

）内径d=4×5=20mm直径系列2

深沟球轴承省略：

正常宽度系列0；“0级”公差；“0组”游隙。14

2)7

2

11

C/P55级公差接触角α=150

内径d=11×5=55mm直径系列2角接触球轴承70211C/P5/C0

省略：0组游隙正常宽度系列0153）3

0

3

12

B/P6x/C55组游隙6x级公差接触角α=270~300内径d=12×5=60mm直径系列3宽度系列0（必须标出）圆锥滚子轴承16四、滚动轴承的类型选择1.考虑载荷的大小和性质载荷大且有冲击振动时，宜选用滚子轴承；载荷小且平稳时，可选用球轴承。2.轴承转速轴承的工作转速应低于其极限转速。

球轴承的极限转速高于滚子轴承，当转速较高时，宜选用球轴承。

同类轴承中，直径系列小的（外径小）轴承宜用于高速，反之用于低速。173.载荷方向1）承受纯径向载荷60000—深沟球轴承N0000—圆柱滚子轴承2）承受纯轴向载荷单向：51000—单向推力球轴承双向：52000—双向推力球轴承3）同时承受径向和轴向载荷30000、70000C、30000B、70000AC、70000B、6000圆锥滚子轴承角接触球轴承深沟球轴承184.调心性能

主要用于轴的弯曲变形大、跨距大、轴承座的刚度低、多支点等场合。10000—调心球轴承

20000—调心滚子轴承5.装拆要求

对需要经常装拆，或支承长轴的轴承，为便于装拆，应选用内、外圈可分离的轴承。30000—圆锥滚子轴承

N0000—圆柱滚子轴承196.结构尺寸要求

当径向尺寸受到限制时，可选用滚针轴承(NA0000)，如：曲柄销及万向联轴器中的轴承。7.经济性要求1）特殊结构轴承较一般结构轴承的价格高；2）滚子轴承较球轴承价格高；3）公差等级不同，价格相差悬殊。在满足使用要求的前提下，应尽量选用0级公差轴承。8.当径向载荷与轴向载荷均较大时可将径向轴承和推力轴承组合使用。20第七节滚动轴承的失效形式和选择计算

轴承工作时只有下半圈滚动体受载，滚动体作行星运动，受周期性不稳定变应力作用。

转动圈滚道上各点的受力情况与滚动体相同。

固定圈在承载区内的各接触点，处在不同位置，接触应力大小不同。对某一具体的点，只有与滚动体接触时才受载，载荷大小不变。故为脉动循环应力。滚动体、内圈和外圈工作时均受变载荷作用。21二、失效形式1.滚动体与内、外圈滚道的表面发生疲劳点蚀；2.对转速很低或间歇摆动轴承，在过大静载荷或冲击载荷作用下，会使轴承元件在接触处产生局部塑性变形。3.磨损5.元件破损内、外圈及保持架破裂。

在安装、润滑、维护良好条件下工作的轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀。4.胶合（高速、润滑不良）22三、设计准则1.一般工作条件下的轴承，主要失效形式是疲劳点蚀，应进行寿命计算。2.对于摆动或转速极低的轴承，主要失效形式是塑性变形，应进行静强度计算。3.高速转动轴承会产生胶合破坏，除需作寿命计算外，还应校核极限转速。23四、滚动轴承的寿命计算1.滚动轴承的寿命（疲劳寿命）

轴承在其任一元件出现第一个疲劳点蚀坑前所经历的运转总转数或在一定转速下运转的总小时数，称为轴承寿命。

受材质和热处理的不均匀性及制造误差等因素影响，既使完全相同的轴承在相同的条件下工作，各轴承的寿命差异很大，故很难预知一个轴承的寿命。

故计算轴承时，以在概率条件下的轴承基本额定寿命为依据。242.轴承的基本额定寿命1）轴承的寿命分布曲线

该图由实验得出，表明轴承的寿命与可靠度间的关系。

要求轴承的可靠度越高，则轴承的寿命就越低。2）基本额定寿命

轴承可靠度—一组相同轴承能够达到或超过规定寿命的百分率称为轴承寿命的可靠度R。

基本额定寿命—90%的轴承不发生疲劳点蚀前所能达到的寿命。以L10表示。轴承寿命分布曲线253.基本额定动载荷疲劳寿命取决于应力的大小和应力作用的次数。

为了比较轴承抵抗疲劳点蚀破坏的承载能力，规定轴承在一定的条件下：即寿命为106转，可靠度为90%时，所能承受的载荷为基本额定动载荷。

基本额定动载荷—轴承的基本额定寿命为106转时所能承受的载荷。

基本额定动载荷C表征了不同型号轴承的抗疲劳点蚀失效的能力，是选择轴承型号的主要依据。26基本额定动载荷的确定条件：1）轴承材料为高质量的淬硬钢；2）轴承的可靠度为90%；3）基本额定寿命为：L10=106r；4)对向心轴承，受大小、方向恒定的纯径向载荷，轴承内、外圈之间只产生纯径向位移；5)对推力轴承，受大小、方向恒定的纯轴向载荷，轴承内、外圈之间只产生纯轴向位移；6）工作温度t≤1200。274.轴承的寿命计算

右图为滚动轴承的疲劳曲线，表明轴承的载荷与寿命间的关系。曲线方程：（12-7）当L=1(106转)时，P=C(12-8)ε—寿命指数球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3

滚动轴承的疲劳曲线28当轴承的寿命以小时（h）表示时；（h）(12-9)使用上述计算式时还应考虑两个修正系数：1）载荷系数fP

轴承的基本额定动载荷C是在稳定载荷条件下确定的，当轴承受非稳定载荷时，会使轴承寿命相应降低。应引入fP

修正C值,fP由P212表12-10查取。2）温度系数ft

轴承的基本额定动载荷C是在轴承工作温度t≤1200时确定的，当t>1200时，也将影响轴承的承载能力，应引入ft修正C值。ft由P212表12-9查取。29

在考虑载荷系数和温度系数后，轴承寿命计算式为：（12-10）（12-11）或：—轴承的预期寿命，由P213表12-11确定。305.滚动轴承的当量动载荷P

轴承的基本额定动载荷C是在特定条件下确定的，轴承的工作条件一般与特定条件不同，故计算轴承寿命时，需将实际载荷转换成与确定基本额定动载荷C时的条件相一致的假想载荷，在其作用下的轴承寿命与实际载荷作用下的寿命相同，这一假想载荷称为当量动载荷P。当量动载荷的计算1）当轴承同时受径向和轴向载荷作用时2）当轴承只受纯径向载荷作用时3）当轴承只受纯轴向载荷作用时31

X—径向载荷系数

Y—轴向载荷系数X、Y由P213表12-12根据Fa/Fr与e的关系确定。

e—轴向载荷Fa对当量动载荷P的影响程度系数。当Fa/Fr≤e时不计Fa的影响，当Fa/Fr>e时应计入。

对深沟球轴承（60000）及角接触球轴承（70000C)应先计算相对轴向载荷，再由表12-12查出e。中间值用内插法计算。326.角接触轴承的轴向载荷计算1）内部轴向力S

承载区内的滚动体受法向载荷Fi，各滚动体的径向分力之和∑Fri=∑Ficosα与外载荷Fr平衡。各滚动体的轴向分力之和为内部轴向力,S=∑Fai=∑Fisinα。当半圈滚动体受载时，S≈1.25Frtanα。S的近似计算公式见P215表12-13。角接触轴承的内部轴向力a）角接触球轴承b）圆锥滚子轴承332)角接触轴承的装配形式

角接触向心轴承（30000、70000）通常成对使用，并反向安装。a)正装（面对面安装）

正装可缩短轴的支承跨距。

两轴承的内部轴向力相对。34正装：便于轴承间隙调整。调整垫片35b)反装（背靠背安装）

反装会加大轴的跨距，常用于支承外伸梁，以减小悬臂长度。

两轴承的内部轴向力相背。36反装：轴承间隙调整不便。373）成对安装角接触轴承轴向载荷的计算正装：a)当S2+Fa>S1时III

轴有向左移动趋势，为保持平衡需对轴承I施加一个向右的平衡力。轴承I被压紧

轴承II被放松38

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。39b)当S2+Fa<S1

时：

轴有向右移动趋势，为保持平衡需对轴承II施加一个向左的平衡力。轴承II被压紧：

轴承I被放松：III40

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。a)、b)两种情况的结论相同。轴承采用反装的受力分析请自己推导。41角接触轴承轴向载荷的计算方法归纳如下：1.根据轴承的类型和布置方式计算轴承的内部轴向力，并确定其指向。（正装相对、反装相背）2.判断轴向合力指向，确定哪个轴承被压紧，哪个轴承被放松。

a)正装：轴向合力指向的轴承被压紧，背向的轴承被放松。

b)反装：轴向合力指向的轴承被放松，背向的轴承被压紧。3.计算轴向力

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。427.滚动轴承的静强度计算

滚动轴承静强度计算的目的是限制轴承在静载荷或冲击载荷作用下产生过大的塑性变形。静强度条件：C0—轴承的基本额定静载荷。

在GB/T4662-1993中规定，使受载最大滚动体与滚道接触中心处的计算接触应力达到一定值时的静载荷。43P0—当量静载荷，是作用在轴承上的径向载荷Fr和轴向载荷Fa折合成的假想载荷。X0—径向载荷系数Y0—轴向载荷系数

S0—静强度安全系数，根据使用条件由216表12-14确定。44例1：

图示轴由一对6210深沟球轴承支承，支承尺寸如图示。作用在齿轮上的圆周力Ft=5000N，径向力Fr=3000N，轴的工作转速n=500r/min，轴承的基本额定动载荷C=35KN，载荷平稳、常温下工作，计算该对轴承的寿命。II600400FtFrIFtFH1FH2H:解：1.计算轴承支反力45FV2V:FV1Fr462.计算当量动载荷3.计算轴承寿命载荷平稳，取fP=1；

常温下工作，取ft=1；轴承转速n=500r/min；深沟球轴承，ε=3（年）47

例2：

图示轴由一对7214AC轴承支承，采用正装。两轴承的径向支反力分别为：Fr1=3500N，Fr2=1200N，外部轴向力Fa=800N，方向如图所示。载荷平稳、在常温下工作，轴承转速n=800r/min，轴承的基本额定动载荷C=69.2KN。计算该对轴承的寿命。FaIIIFr1Fr248FaIIIFr1Fr2解：1.计算轴承的内部轴向力7214AC轴承：表12-13S1S22.轴承所受的轴向力II轴承被压紧，I轴承被放松。493.计算当量动载荷70000AC轴承:e=0.68表12-12轴承I：｛表12-12

轴承II：｛504.计算轴承寿命载荷平稳，取fP=1；常温下工作，取ft=1；70000轴承，ε=3；n=800r/min，C=69.2KN；P1>P2,按P1计算轴承寿命。51第八节滚动轴承的组合设计

轴承的组合设计内容包括：轴承的布置、固定、间隙调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等。一、滚动轴承的支承结构形式1.两端固定支承（双支点单向固定）

每个支点限制轴的单向移动。热补偿间隙：C=0.2~0.4mm

适用于工作温度不高的短轴。深沟球轴承两端固定的支承结构522.一端固定另一端游动支承（单支点双向固定）此种支承形式适用于工作温度较高，跨距较大的轴。方案1：一端固定一端游动支承（轴承的外圈在机座孔内沿轴向游动）53方案2：一端固定一端游动支承（轴承内圈沿轴向游动）543.两端游动支承

用于人字齿轮传动中支承小齿轮，以便调整小齿轮的轴向位置，保证良好啮合。两端游动支承55

二、滚动轴承的轴向定位和固定a)挡肩高度应低于轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。

b)弹性挡圈结构紧凑、装拆方便，用于轴向载荷较小，转速不高的场合。c)轴端挡圈用于承受中等轴向载荷。

d)圆螺母与止动垫圈用于轴向载荷大，转速高的场合。1.内圈固定内圈的轴向固定装置a）轴肩b）弹性挡圈c）轴端挡圈d)圆螺母与止动垫圈562.外圈固定挡肩和轴承盖承受轴向载荷的能力大。外圈的轴向固定装置a）挡肩b）轴承盖c）孔用弹性挡圈57三、滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，选择配合时应以轴承为基准。

轴承内圈与轴径的配合采用基孔制，而轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。

一般情况下，轴承内圈随轴一起转动，应选用较紧的配合，外圈固定，应选用较松的配合。选取配合时需综合考虑轴承所受载荷的大小、方向、性质，轴承类型，转速及使用条件等。58四、滚动轴承的预紧

轴承的预紧是使滚动体与内、外圈之间产生一定的预变形，消除游隙。预紧目的：

增加支承刚性，提高旋转精度，减小震动和噪音。预紧方法：1.弹簧预紧；2.磨窄外圈；3.利用长短不等的套筒。滚动轴承的预紧装置a）弹簧预紧b）磨窄外圈c）长度不等的套筒59五、滚动轴承的装拆

装拆轴承时，不允许通过滚动体传递装拆力。

对大型轴承可采用热装，即在装配前先将轴承浸入t<1000C的油中预热，然后再进行装配。滚动轴承的装拆a)用手锤将轴承装配到轴上b)将轴承压装在壳体孔中c)用压力机拆卸轴承d）用拆卸器拆卸轴承60六、滚动轴承的润滑1.润滑的目的：减磨、散热、防锈、吸振、减小接触应力。2.润滑剂1）润滑脂a)类型润滑脂是由润滑油