機械設(shè)計 16章滾動軸承

第16章滾動軸承§16-1滾動軸承的基本類型和特點§16-2滾動軸承的代號§16-3滾動軸承的選擇計算§16-4滾動軸承的潤滑和密封§16-5滾動軸承的組合設(shè)計§16-1滾動軸承的基本類型和特點各零件的作用：外圈：支撐零件或軸系；保持架:將滾動體分開。內(nèi)圈：支撐軸；滾動體：滑動滾動；硬度和接觸疲勞強度↑、耐磨性和沖擊韌性↑

用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：61~65HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。保持架：低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿著滾道滾動。裝在機座或零件軸孔內(nèi)；滾動副的材料要求：優(yōu)點：摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、和易于互換等。缺點：抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音。接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。接觸角↑→

軸向承載能力

↑α=0?表16-1各類軸承的公稱接觸角軸承類型公稱接觸角向心軸承主要承受徑向載荷推力軸承主要承受軸向載荷徑向接觸角接觸軸向接觸角接觸0?<α<45?αα=90?α它是滾動軸承的一個重要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。45?<α<90?α滾動軸承標準化;并由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)。設(shè)計人員的主要任務(wù)是:熟悉標準，正確選用。軸承類型按載荷方向分按滾動體形狀分向心軸承推力軸承圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針球軸承滾子軸承分類：表16-2滾動軸承的主要類型和特性軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用調(diào)心球軸承10000中2?~3?

主要承受徑向載荷，同時也能承受少量軸向載荷。因為外滾道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心。調(diào)心滾子軸承20000C低0.5?~2?

比10000小能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大，具有調(diào)性能。圓錐滾子軸承30000中2’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。a)單向表16-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。b)雙向深溝球軸承60000高8’~16’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)較高2’~10’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。α大，承載能力越大，有三種規(guī)格。稱對使用。表16-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用表16-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用推力圓柱滾子軸承80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。圓柱滾子軸承N0000較高2’~4’能承受較大的徑向。因線性接觸，內(nèi)外圈只允許有小的相對偏轉(zhuǎn)。除U結(jié)構(gòu)外，還有內(nèi)圈無擋邊(NU)、外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等型式滾針軸承a)NA0000b)RNA0000低只能承受徑向載荷。承載能力大，徑向尺寸特小。一般無保持架，因而滾針間有摩擦，極限轉(zhuǎn)速低。不允許a)b)4.推力軸承→２(3)類→調(diào)心性能好、承載力較大滾動軸承的基本類型和特點表16-21.徑向軸承(α＝0°)①深溝球軸承→６(0)類→nlim最高、價廉、優(yōu)先采用→Ｎ(2)類承載力較大,內(nèi)外可分,只受FR→ＮＡ(4)類→徑向尺寸小,只受FR②圓柱滾子軸承③滾針軸承2.調(diào)心軸承(α＝0°)④調(diào)心球軸承→１類→調(diào)心性能最好⑤調(diào)心滾子軸承⑦圓錐滾子軸承→承受FR+單向FA(∵α>０°→∴要成對使用)→承載能力>７類→承受FR+單向FA

(∵α＞０°→∴要成對使用)⑥角接觸球軸承αα→７(6)類→３(7)類3.角接觸軸承(０°＜α≤45°)→以FＡ為主→5(８)類→只承受軸向(FＡ)載荷⑧推力球軸承⑨推力滾子軸承→８類→單向FA（大）雙向FA單向FA4.推力軸承1.承載能力承受徑向載荷為主；幾點說明：由于結(jié)構(gòu)不同，各類軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說明如下。滾子軸承≈(1.5~3)球軸承

在同樣的外形尺寸下。2.極限轉(zhuǎn)速當(dāng)d≤20mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷。0?<α<45?→45?<α<90?→承受軸向載荷為主；α=0?→α=90?→滾動體為滾子，則只能承受徑向載荷；若滾動體為球，可承受一定的軸向載荷。只能承受軸向載荷。轉(zhuǎn)速過高

→

溫度↑→

潤滑失效

→

滾動體回火或膠合破壞。極限轉(zhuǎn)速----滾動軸承在一定載荷與潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。大載荷采用滾子軸承3.角偏差影響軸承正常運轉(zhuǎn)。角偏差↑→

可采用調(diào)心軸承。滾針軸承對軸線傾斜最敏感，應(yīng)緊可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角稱為角偏差。調(diào)心軸承θ滾動軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動軸承的代號，§16-2滾動軸承的代號寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號共5位

后置代號表16-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加2.基本代號：表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。類型代號----代表軸承的類型，用基本代號左起的第一位數(shù)字或字母表示，為0（雙列角接觸球軸承)則省略。是軸承代號的基礎(chǔ)，有三項成套軸承分部件代號1.前置代號----成套軸承分部件代號。0內(nèi)徑代號調(diào)心滾子軸承20000C圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向b)雙向深溝球軸承60000角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000調(diào)心球軸承10000內(nèi)徑相同，而直徑系列代號不同的四種軸承的比較。000300400200尺寸系列代號----左起第二、三位。寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表16-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加內(nèi)徑代號成套軸承分部件代號為了滿足不同承載能力的需要，把同一內(nèi)徑的軸承，做成不同的外徑和寬度。內(nèi)徑代號----基本代號左起第四、五位。表16-5軸承的內(nèi)徑代號

內(nèi)徑代號軸承內(nèi)徑尺寸mm001001020304~99數(shù)字5121517寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表16-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號3.后置代號----用字母（或加數(shù)字）表示。置于基本代號右邊，并空半個漢字距離或用符號“-”“/”分隔。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)表16-3軸承后置代號排列順序后置代號組含義1密封與防塵套圈變形238保持架及材料游隙軸承材料公差等級配置其它7456寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表16-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號表16-6軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用代號軸承類型代號含義示例Bα=40?7210B

角接觸球軸承Cα=15?7210C

ACα=25?7210AC圓錐滾子軸承B接觸角α加大32310BE

加強型N207E表示同一類型軸承不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母表示，緊跟在基本代號的后面。注：公差等級中0級最低，向右依次增高，2級最高。表16-7公差等級代號

代號省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等級符合標準的0級6級6x級5級4級2級示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2表示軸承的公差等級，用字母和數(shù)字表示。游隙代號

常用的軸承徑向游隙由小至大分為C1、C2、C0、C3、C4和C5，其中C0是常用的基本組游隙，在代號中可省略不寫。實例：說明滾動軸承62203和

7312AC/P6

的含義622037(0)312AC/P6軸承內(nèi)徑d=17mm直徑系列代號，2(輕)系列寬度系列代號，2(寬)系列深溝球軸承公稱接觸角α=25?軸承內(nèi)徑d=12×5=60mm直徑系列代號，3(中)系列寬度系列代號，0(窄)系列，代號為0，不標出角接觸球軸承公差等級6級§16-3滾動軸承的選擇計算一、滾動體的受力分析二、失效形式受純徑向載荷Fr時，上半圈滾動體不受力；下半圈各滾動體受力大小方向均不同?？梢詫?dǎo)出：

z為滾動體的總數(shù)。疲勞破壞永久變形工作過程中，滾動體相對內(nèi)外圈不斷轉(zhuǎn)動，因此滾動體和滾道接觸表面受脈動循環(huán)變應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞點蝕。當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，不會產(chǎn)生疲勞損壞。但很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使?jié)L道和滾動體產(chǎn)生永久變形，從而使軸承在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生劇烈振動和噪音而失效。早期磨損膠合內(nèi)外圈和保持架破裂維護保養(yǎng)不當(dāng)而造成。所有水平分力相互抵銷，鉛垂分力與外載荷平衡。受純軸向載荷時，各滾動體受力相同；Fr徑向載荷的分布Fmaxδ2051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×106r)對一組同一型號的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機因素的影響，即使在相同條件下運轉(zhuǎn)，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對一個具體的軸承，很難預(yù)知其確切的壽命。實驗表明：壽命與可靠性有關(guān)。如圖三、軸承壽命定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴展跡象之前的工作小時數(shù)稱為：可靠度：一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分比.基本額定壽命：一組同一型號軸承，在同一運轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時，能達到或超過的壽命L(Lh)在到達額定壽命時，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%。對于單個軸承而言，其損壞的可能性只有90%單位為百萬轉(zhuǎn)106r，或小時.基本額定動載荷：當(dāng)一套軸承運轉(zhuǎn)達到一百萬轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷C。.向心軸承記為：Cr，可查表推力軸承記為：Ca壽命為1百萬轉(zhuǎn)時.可靠度為90%，壽命為5百萬轉(zhuǎn)時.可靠度只有50%，軸承壽命大量試驗得如下關(guān)系：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時表示：P---當(dāng)量動載荷

310/3ε=是一假想載荷，在這一假想的當(dāng)量動載荷P作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相等。表16-8溫度系數(shù)軸承工作溫度℃

溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60軸承樣本中列出的基本額定動載荷數(shù)值是對一般軸承而言的，當(dāng)工作溫度超過100℃時，基本額定動載荷C有所降低，故引進溫度系數(shù)ft(ft≤l)，對C值予以修正。表16-9載荷系數(shù)

載荷性質(zhì)無沖擊或輕微沖擊中等沖擊強烈沖擊fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0修正結(jié)果：工作中沖擊振動→C↓引進載荷系數(shù)fP

進行修正。表16-10軸承預(yù)期壽命Lh的參考值使用場合不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備500Lh/h

短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果4000~8000間斷使用，中斷時會引起嚴重后果8000~12000每天8h工作的機械12000~20000每天24h連續(xù)工作的機械40000~60000四、當(dāng)量動載荷的計算滾動軸承的基本動載荷是在一定的實驗條件下確定的。對于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對于推力軸承是指承受中心軸向載荷。實際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須將實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷后，才能和基本額定動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱為當(dāng)量載荷。含義：當(dāng)量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響，經(jīng)換算后的假想載荷。其效果與某一個基本額定動載荷相當(dāng)。計算公式：P=XFr+Y

FaX----徑向動載荷系數(shù)；Y----軸向動載荷系數(shù)。向心軸承：P=Fr推力軸承：P=Fa查表16—11P280對于向心軸承，當(dāng)Fa/Fr>e時，可由表16-11查出X和Y的數(shù)值；當(dāng)Fa/Fr<e時，軸向力的影響可以忽略不計(這時表中Y=0,X=1)。e值列于軸承標準中，其值與軸承類型和Fa/C0r比值有關(guān)(C0r是軸承的徑向額定靜載荷)。五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算受力分析：Fr由于α的存在，即使在徑向載荷的作用下，其接觸力可分解為徑向和軸向兩個分量。Fi=F’i+F”iF’iF”iαF’總軸向力F’=∑F’i為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應(yīng):成對使用，對稱安裝。下面分兩個軸承面對面或背對背安裝兩種情況進行詳細分析Fi表16-12角接觸向心球軸承

軸承類型角接觸向心球軸承F’eFr

0.68Fr1.14Fr圓錐滾子軸承α=15?α=25?α=40?Fr/(2Y)Y是的軸向系數(shù)>eFrFa----內(nèi)部軸向力F’的近似值可按如下近似公式計算第i個滾動體1.若FA+F’2>F’1壓緊端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1放松端：Fa1=F’1

壓緊端：Fa2=F’1-FAFA外圈窄邊相對安裝(正裝)結(jié)論：放松端軸承的軸向載荷=內(nèi)部軸向力壓緊端軸承的軸向載荷=其余軸向力的代數(shù)和本身除外軸承2(放松端)承受的軸向載荷：a1a2O1O212F’2Fr2F’1Fr1由于軸承1的右端已固定，軸不能向右移動，軸承1被壓緊。由平衡條件得軸承1(壓緊端)承受的軸向載荷：則軸承2被壓緊。由平衡條件得：a2a1O1O212外圈寬邊相對安裝(反裝)FAF’2Fr2F’1Fr1反裝時選左邊的軸承為1，右邊的軸承為2。1.若FA+F’2>F’1

則有：結(jié)論與正裝相同！壓緊端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1

,則有：放松端：Fa1=F’1

壓緊端：Fa2=F’1-FA現(xiàn)將角接觸軸承軸向載荷的計算方法歸納如下：①比較內(nèi)部向力和軸向外載荷，判斷其合力的指向，確定“壓緊”端和“放松”端軸承；②“壓緊”端軸承的軸向載荷等于除了其本身內(nèi)部軸向力以外的其他所有軸向力的代數(shù)和；③“放松”端軸承的軸向載荷就等于其本身內(nèi)部軸向力。

滾動軸承的靜載荷計算滾動軸承的靜載荷是指軸承內(nèi)外圈之間相對轉(zhuǎn)速為零或接近為零時作用在軸承上的載荷。為了限制滾動軸承在過載或沖擊載荷下產(chǎn)生的永久變形，有時還需按靜載荷進行校核。例題一、滾動軸承的潤滑潤滑劑潤滑目的--減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪?！?9-4滾動軸承的潤滑和密封密封目的--防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇?。潤滑脂潤滑油固體潤滑劑用于特殊場合用速度因素dn

值作為選擇潤滑劑的條件:---常用---高速、高溫當(dāng)dn<(1.5~2)×105

mm·r/min時，采用脂潤滑，否則用油潤滑。

脂潤滑優(yōu)點：不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運轉(zhuǎn)較長時間。油潤滑優(yōu)點：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán)境下使用。dn間接反映了軸頸的圓周速度。二、滾動承的密封潤滑油的選擇：潤滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作溫度t來確定。油量不宜過多，如果采用浸油潤滑，則油面高度應(yīng)不超過最低滾動體的中心，以免產(chǎn)生過大的攪油損耗和熱量。高速軸承通常采用噴油或噴霧方法潤滑1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

潤滑油粘度的選擇5cSt(40℃時)102065110250400滾動承的密封方式的選擇與潤滑的種類、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。分類接觸式非接觸式組合式密封毛氈圈密封密封圈密封間隙密封迷宮式密封---毛氈迷宮式密封110為保證軸承在機器中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應(yīng)正確進行軸承的組合設(shè)計，處理好軸承與其周圍零件之間的關(guān)系。也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。一、軸承的固定1.兩端固定如圖16-12a所示，使軸的兩個支點中每一個支點都能限制軸的單向移動，兩個支點合起來就限制了軸的雙向移動，這種固定方式稱為兩端固定。§16-5滾動軸承的組合設(shè)計

它適用于工作溫度變化不大的短軸，考慮到軸因受熱而伸長，在軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留出熱補償間隙c,c=0.2~0.3mm(圖16-12b)。2.一端固定、一端游動兩個支點中使一個支點雙向固定以承受軸向力，另一個支點則可作軸向游動(圖16-13)?？勺鬏S向游動的支點稱為游動支點，顯然它不能承受軸向載荷。適用于溫度變化較大的長軸。固定端可采用單個深溝球軸承、兩個角接觸球軸承或圓錐滾子軸承組合及向心軸承與推力軸承組合等，要求軸承的內(nèi)、外圈都要固定，以便能承受雙向軸向載荷，保證軸系固定。游動端既