第13章滾動軸承

第13章滾動軸承§13-1概述§13-2滾動軸承主要類型及其代號§13-3滾動軸承類型的選擇§13-4滾動軸承的工作情況§13-5滾動軸承尺寸的選擇§13-6軸承裝置的設計本章重點(1)

了解滾動軸承的基本結構和特點。(2)

熟練掌握滾動軸承類型選擇，軸承代號。(3)

掌握常用滾動軸承的尺寸選擇計算。(4)

能夠進行滾動軸承的組合設計?！?3-1概述滾動軸承的組成：外圈、內圈、滾動體、保持架。設計：潘存云滾動軸承的裝配優(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。滾動軸承標準化;設計人員的主要任務是:熟悉標準，正確選用?！?3-2滾動軸承主要類型及其代號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一、類型設計：潘存云表13-2滾動軸承的主要類型和特性軸承名稱、類型及代號結構簡圖承載方向極限轉速允許角偏差主要特性和應用調心球軸承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，故能調心。α=0?表13-1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?α45?<α<90?α設計：潘存云調心滾子軸承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，具有調性能。設計：潘存云圓錐滾子軸承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，內外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。設計：潘存云推力球軸承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、轉速不高之處。a)單向表13-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結構簡圖承載方向極限轉速允許角偏差主要特性和應用推力球軸承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、轉速不高之處。設計：潘存云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，內外圈可分離，裝拆方便，成對使用。角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)較高設計：潘存云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。成對使用。表13-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結構簡圖承載方向極限轉速允許角偏差主要特性和應用設計：潘存云表13-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結構簡圖承載方向極限轉速允許角偏差主要特性和應用設計：潘存云推力圓柱滾子軸承80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。設計：潘存云圓柱滾子軸承N0000較高2’~4’能承受較大的徑向。因線性接觸，內外圈只允許有小的相對偏轉。除U結構外，還有內圈無擋邊(NU)、外圈單擋邊(NF)、內圈單擋邊(NJ)等型式設計：潘存云滾針軸承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，極限轉速低。不允許a)b)寬(高)度系列代號直徑系列代號設計：潘存云前置代號基本代號共5位

后置代號表16-2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、結構和尺寸。類型代號----左起第一位，為0（雙列角接觸球軸承）則省略。成套軸承分部件代號1.前置代號----成套軸承分部件代號。0設計：潘存云調心滾子軸承20000C設計：潘存云圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向設計：潘存云b)雙向深溝球軸承60000設計：潘存云角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000設計：潘存云調心球軸承10000000設計：潘存云300設計：潘存云400200直徑系列代號----右起第三位。7、8、9、0--5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13-2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設計：潘存云寬（高）度系列代號----右起第四位。8、0--6內徑代號----基本代號右起第一、二位。表軸承的內徑代號

內徑代號軸承內徑尺寸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13-2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設計：潘存云3.后置代號----用字母（或加數(shù)字）表示。內部結構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13-2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注：公差等級中0級最低，向右依次增高，2級最高。軸承內部結構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實例：說明滾動軸承62203和

7312AC/P6

的含義622037(0)312AC/P6軸承內徑d=17mm直徑系列代號，2系列寬度系列代號，2系列深溝球軸承公稱接觸角α=25?軸承內徑d=12×5=60mm直徑系列代號，3系列寬度系列代號，0系列，代號為0，不標出角接觸球軸承公差等級6級1.類型選擇(1)承載情況方向：純軸向載荷純徑向載荷徑向+軸向載荷(2)轉速要求（n≤nmax）(3)調心性大小：§13-3滾動軸承類型的選擇內外圈可分離

—圓錐滾子，圓柱滾子長軸上安裝

—內錐孔與緊定套軸承(6)價格--球軸承低，滾子軸承高(5)裝拆方便2.尺寸選擇選擇型號：內徑、外徑、寬度系列

—選定類型、初定型號、驗算壽命(4)空間限制滾針軸承帶內錐孔與緊定套軸承圓錐滾子軸承設計：潘存云§13-4滾動軸承的工作情況Fr一、滾動體的受力分析受純徑向載荷Fr時：可以導出：

。受純軸向載荷Fa時：徑向載荷的分布Fmaxδ0二、滾動體的應力變化情況滾動體、動圈上確定點的應力變化σHFNito固定圈上確定點的應力變化σHFNito有載荷無載荷----派生軸向力FNi=Fdi+FriFd=∑Fdi=∑Fritgβ

第i個滾動體所受力為FNi。所有滾動體軸向力之和：其中：Fdi=Fritgβ

三、軸向載荷的計算βFaFaeFrαFNiFd將迫使內圈和軸徑向右移動?？砂聪卤韥碛嬎鉌d

Fd=1.14FrFd=0.68FrFd=eFrFd=Fr／(2Y)70000B(a=40o)70000AC(a=25o)70000C(a=15o)角接觸球軸承圓錐滾子軸承由于產生了派生軸向力，此時軸承所承受的實際軸向力不再等于外部軸向力，即：Fa≠FaeF’riFdi當多個滾動體受載時有：因為各Pi方向不同，它們的合力雖然與R平衡，但其代數(shù)和必然大于R，而派生力S=∑Si，是代數(shù)和，故有此結論。2)當施加有外部軸向力Fae時當只有一個滾動體受載時：αFrβFaeFrFa=

FdFa=

Fd=∑FritgβFNFN=Frtgβ

=FrtgαFaFdαFrβFrFNiFdiFNiFa>

FrtgαFae軸承不會沿軸向竄動，實際軸向力應取決于Fd與Fac中較大的一個，即：Fa=max{FdFae}1)假設沒有外部軸向力Fae

----最常見§13-5滾動軸承尺寸的選擇軸承承受的載荷軸承壽命要求可靠性的要求決定了滾動軸承尺寸滾動軸承的載荷動載荷靜載荷失效形式不同。疲勞破壞永久變形早期磨損膠合軸承元件破裂維護保養(yǎng)不當而造成。一、滾動軸承的失效形式失效形式設計：潘存云2051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×10-6r)二、軸承壽命定義：軸承在一定轉速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴展跡象之前的工作小時數(shù).可靠度：基本額定壽命：L10

(L10h)基本額定動載荷：向心軸承記為：Cr推力軸承記為：Ca其可靠度R為90%時，能達到或超過的壽命L10(L10h)大量試驗得如下關系：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時表示：P---當量動載荷

當t>100℃

時，→C↓

引進溫度系數(shù)ft

進行修正。310/3ε=表13-4溫度系數(shù)軸承工作溫度℃

溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60表13-6載荷系數(shù)

載荷性質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修正結果：工作中沖擊振動→C↓引進載荷系數(shù)fP

進行修正。表13-3軸承預期壽命Lh的參考值使用場合不經常使用的儀器和設備300-3000

Lh/h短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果3000~8000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40000~60000三、當量動載荷的計算定義：計算公式：P=fp(XFr+Y

Fa)X----徑向動載荷系數(shù)；Y----軸向動載荷系數(shù)。向心軸承：P=fpFr推力軸承：P=fpFa1.若Fae+Fd2>Fd1壓緊端：Fa1=Fae+Fd2

放松端：Fa2=Fd2

2.若Fae+Fd2<Fd1放松端：Fa1=Fd1

壓緊端：Fa2=Fd1-FaeFae外圈窄邊相對安裝(正裝)結論：放松端軸承的軸向載荷=內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：a1a2O1O212Fd2Fr2Fd1Fr1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：四、向心推力軸承的軸向力計算a2a1O1O212外圈寬邊相對安裝(反裝)FaeFd2Fr2Fd1Fr1反裝時選左邊的軸承為1，右邊的軸承為2。1.若

Fae+Fd2>Fd1

則有：壓緊端：Fa1=Fae+Fd2

放松端：Fa2=Fd2

2.若Fae+Fd2<Fd1

,則有：放松端：Fa1=Fd1

壓緊端：Fa2=Fd1-Fae結論與正裝相同：放松端軸承的軸向載荷=內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

總結：軸承軸向力Fa的確定：1、確定軸承的內部軸向力Fd的大小及方向，2、確定軸系所受外部軸向力FA的大小及方向，3、根據(jù)力的平衡條件確定哪個軸承被壓緊，哪個軸承放松4、“放松”軸承的軸向力等于其內部軸向力；

“壓緊”軸承的軸向力等于外部軸向力的代數(shù)和。五、滾動軸承的靜承載能力對于在工作載荷下基本不旋轉或緩慢旋轉或緩慢擺動的軸承，其失效形式不是疲勞點蝕，而是因滾動接觸面上的接觸應力過大而產生的過大的塑性變形。在國家標準中，對每一種規(guī)格的滾動軸承規(guī)定了一個不應超過得載荷界限—基本額定靜載荷，用C0表示。軸承上作用的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa應折合成一個當量靜載荷P0，即：P0=X0Fr+Y0Fa按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為：式中：S0為靜強度安全系數(shù)，可由設計手冊查取。C0≥

S0P0旋轉條件載荷條件S0

使用條件S0

滾動軸承的靜強度安全系數(shù)S0普通載荷1~2

高精度旋轉場合1.5~2.5沖擊載荷2~3

振動沖擊場合1.2~2.5普通載荷0.5

1.0~1.21~1.5

允許有變形量0.3~1.0連續(xù)旋轉軸承不常旋轉及作擺動運動的軸承沖擊及不均勻載荷普通旋轉精度場合六、滾動軸承尺寸選擇的過程由力分析確定軸承所承受的Fr與Fa計算當量動載荷P=fP(XFr+YFa)明確軸承的工作轉速n與預計壽命L10計算軸承應滿足的基本額定動載荷由軸承樣本（手冊）查取合適的軸承例題：圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承30205，軸上徑向載荷Fr=3000N,軸向載荷FA=500N,求軸承的軸向載荷。1.計算徑向力

Fr1=Fr2=

1500N5050Fr1Fr2Fr

FA2.計算內部軸向力Fd

R1R2FA=500NS1S2查附錄表2，Y=1.6

軸承放松：Fa1=Fd

1=468.7N軸承壓緊：Fa2=FA+Fd

1=968.7NR1R2FA=500NS1S23.計算軸向載荷

例：圖示斜齒輪軸系，兩端裝兩個圓錐滾子軸承，軸頸d0=30~35mm；齒輪分度圓直徑d=45mm，F(xiàn)t=3000N，F(xiàn)r=1200N，F(xiàn)a=900N；n=385rpm，中等沖擊載荷；計算軸承壽命。1.計算徑向力垂直平面Frr1=Frr2=

600Fra1=Fra2=202.5

則FVI=397.5，F(xiàn)V2=802.5

水平平面Ft1=Ft2=1500解：選取軸承型號“30206”（7206）

C=24.8kN，e=0.36，Y=1.75050Rr1Rr2Ra1Ra2

Rt1

Rt2Fr1Fr2Fr

FaFt

軸承1放松：F

A1=Fd

1=456N軸承2壓緊：FA2=Fa+Fd1=1356N3.計算當量動載荷R1R2Fa=900NS1S221P1=fPFr1=1.51552=2328NP2=fP(X

Fr2+YFa

2)

=1.5(0.41701+1.71356)=4478N

2.計算軸向力由手冊選軸承型號“30206”C=24.8kN，e=0.36，Y=1.74.計算壽命例題：齒輪減速器的高速軸軸承轉速4000r/min,采用一對內徑40mm的深溝球軸承，已知軸承徑向載荷Fr=2000N，軸向載荷Fa=900N,預期壽命[Lh]=4000h,試選擇軸承型號。解：1、求當量動載荷P由表13-6，fp=1.3初定由表13-5，得X=0.56，Y=1.9(2)求基本額定動載荷(3)選擇軸承型號由手冊，按內徑d=40mm,選6308軸承Cr=40800N>Crc，C0r=24000N,Fa/C0r=0.0375,仍滿足結論：選用深溝球軸承6308例

某支承根據(jù)工作條件決定選用6300系列的深溝球軸承。軸承所受徑向載荷Fr=5500N，軸向載荷Fa=2700N，軸承轉速n=1250r/min，裝軸承處的軸徑可在50~60mm范圍內選擇。機械運轉時有輕微沖擊、工作溫度為100℃，預期壽命Lh=5000h，試確定該軸承型號。解⑴初步計算當量動載荷

Fa/Fr=2700/5500=0.49查表16-12，深溝球軸承的最大e

值為0.44，故Fa/Fr>e，由此得X=0.56，Y

值需在已知型號后，根據(jù)Fa/C0r的值查表16-11才能得到，現(xiàn)暫選一近似中間值Y=1.5。則

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.5×2700=7130N⑵計算軸承應有的基本額定動載荷Crca查表16-8和16-9得ft=1，fP=1.2，又ε=3，則由式(16-3)得⑶初選軸承型號查軸承樣本或本書附表1，初步選擇Cr=61800N的6310軸承，其基本額定靜負荷C0r=38000N。⑷驗算并確定軸承型號①求e

和Y

值Fa/C0r=2700/38000=0.071，在表16-11中，介于0.056~0.084之間，e在0.26~0.28之間，軸向載荷系數(shù)Y

應在1.71~1.55之間，用線性插值法求Y

值。②計算當量動載荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.64×2700=7508N③驗算6310軸承的壽命，由式(11-3)得即低于預期壽命。故改選6311軸承，Cr=71500N，C0r=44800N。④驗算6311軸承的壽命求e

和Y

值12.3Fa/C0r=2700/44800=0.060，在表16-11中，介于0.0569~0.084之間，e在0.26~0.28之間，軸向載荷系數(shù)Y

應在1.71~1.55之間，用線性插值法求Y

值。滿足要求，故選擇6311軸承。計算當量動載荷

P＝XFr＋YFa=0.56×5500+1.57×2700=7319N驗算6311軸承的壽命，由式(16-3)得例

一機械傳動裝置，采用一角接觸軸承，并暫定軸承型號7307AC。已知軸承載荷FR1=1200N,FR2=2050N,FA=880N,轉速n=5000r/min，運轉中受中等沖擊，預期壽命Lh=2000h，該軸承型號是否恰當。（1）先計算軸承1、2的軸向力FA1、FA2由表16-12得軸承的內部軸向力為：FS1=0.68*1200=816NFS2=0.68*2050=1394N因為FS1+FA=816+880>FS2所以FA1=FS1=816NFA2=FS2+FA=1696N（2）計算軸承1、2的當量動載荷由表16-11得軸承的e=0.68：FA1/FR1=816/1200=0.68FA2/FR2=1696/2050=0.83>0.68由表16-11得X1=1,Y1=0;X2=0.41,Y2=0.87故徑向當量動載荷為：P1=XFr+YFa=1*1200=1200NP2=0.41*2050+0.87*1696=2316N（3）計算所需的徑向額定動載荷C因兩端選用同樣尺寸的軸承，而P2>P1，故應以軸承2的徑向當量動載荷為計算依據(jù)。工作溫度正常查表16-8得ft=1，按中等沖擊載荷查表16-9得fp=1.5（4）由機械設計手冊查得7307AC軸承的徑向額定載荷C=32800N。因為C2<C，故選7307AC軸承合適。七、滾動軸承的可靠度引入可靠性系數(shù)a1，即修正壽命為：a1也可按下式計算確定：R--為預期可靠度?？煽慷炔粸?0%時的額定壽命修正系數(shù)a1(GB/T6391-1995)可靠度%909596979899LnL10L5

L4L3L2

L1a11.00.620.530.440.30.21§13-6軸承裝置的設計設計內容:軸承的定位和緊固軸承的配置設計軸承位置的調節(jié)軸承的潤滑與密封軸承的配合軸承的裝拆一、滾動軸承的定位和緊固滾動軸承的軸向緊固是指將軸承的內圈或外圈相對于軸或軸承座實施緊固。具體的緊固方法有很多，下面列舉常用的方法。內圈的緊固方法：彈性擋圈固定圓螺母與止動墊圈固定軸端擋圈固定緊定襯套、圓螺母、止動墊圈與錐孔內圈固定。外圈的緊固方法：端蓋固定孔用擋圈軸承外圈止動槽螺紋環(huán)緊固二、軸承的固定固定方式兩端固定一端固定、一端游動。兩端固定支承C=0.2~0.3mm預留補償間隙設計：潘存云兩端均游動兩端固定支承2.一端固定、一端游動固定支承游動支承L設計：潘存云一個支點雙向固定以承受軸向力、另一端游動。適用于溫度變化較大的長軸。設計：潘存云游動支承3.兩端游動式

兩支點均無軸向約束，兩支點均采用圓柱滾子軸承。調整墊片加減墊片二、軸承組合的調整加減墊片的厚度設計：潘存云調整墊片加減墊片1.軸承間隙的調整螺釘調整方法：設計：潘存云螺釘調整設計：潘存云設計：潘存云2.軸承的預緊方法加金屬墊片磨窄套圈設計：潘存云設計：潘存云3.軸承組合位置的調整目的：使軸上的零件具有準確的工作位置。例如：圓錐齒輪傳動，要求兩個節(jié)錐頂點相重合。對于蝸桿傳動，要求蝸輪中間平面通過蝸桿的軸線。方法：套杯+調整墊片設計：潘存云軸承組合位置調整的方法：套杯+調整墊片錐頂點不重合！設計：潘存云錐頂點重合！三、軸承組合的配合配合類型內圈孔----軸一般原則：當外載荷方向不變時，轉動套圈應比固定套圈緊?！字仆馊?---軸承座孔→

基軸制→軸公差：k6、m6→

孔公差：

H7、J7、Js7

游動支點：G7軸承外徑的Dm公差帶06542軸承內徑的dm公差帶06542+-Dd+-軸承內徑公差帶?dmp零線軸公差g6h6j6js6k6k5m6m5p6n6h8r7r7j5g5h5h8滾動軸承內孔與軸的配合采用基孔制。當按國家標準選取時，其配合要比圓柱公差的同類配合要稍緊一些。常用的軸公差代號有：k6、m6零線0Js7G7H8H7H6J7J6Js6K6K7M6M7P6N6N7P7滾動軸承外經與外殼孔的配合采用基軸制。當按國家標準選取時，其配合要比圓柱公差的同類配合要稍緊一些。常用的孔公差代號有：

H7、J7、Js7軸承外圈公差帶?Dmp游動支點：G7設計：潘存云四、軸承的拆裝內圈：設計：潘存云結構不合理！軸肩高度<內圈外經錯誤的施力正確的施力錯誤正確設計：潘存云設計：潘存云h1h1外圈：應留拆卸高度，或留螺孔。設計：潘存云設計：潘存云五、軸