1、滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-7 滚动轴承与滑动轴承性能对照,13-8 滚动轴承例题分析,13-1 概 述,各零件的作用：,外圈：支撑零件或轴系；,保持架: 将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。,保持架：低碳钢，高速轴承：有色金属或塑料。,滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,滚动副的材料要求：,滚动轴承
2、的应用：,优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。,缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。,接触角：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称为公称接触角。,接触角 , 轴向承载能力 ,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,一、分类,向心推力轴承,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,球轴承,滚子轴承,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,一、分类,向心推力轴承,二、 滚动轴承的代号,宽(高)度 系列代号,直径系列 代号,类型代号,尺寸系列代号,2. 基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,类型代号 -左起第一位
3、，为0（双列角接触球轴承）则省略。,成套轴承分部件代号,1. 前置代号-成套轴承分部件代号。,推力球轴承 50000,滚针轴承 a) NA0000 b) RNA0000,三、滚动轴承代号示例,6 2 2 03,7 (0) 3 12 AC / P6,轴承内径 d=17 mm,直径系列代号，2(轻)系列,宽度系列代号，2(宽)系列,深沟球轴承,公称接触角 =25,轴承内径 d=125=60 mm,直径系列代号，3(中)系列,宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出,角接触球轴承,公差等级6级,公差等级为0级; 游隙组为0组；,游隙组为0组；,N 1 05 / P5,公差等级5级,轴承内径 d=
4、25 mm,直径系列代号，1(特轻)系列,圆柱滚子轴承,游隙组为0组；,3 0 2 13,轴承内径 d=65 mm,直径系列代号，2(轻)系列,宽度系列代号，0(窄)系列,圆锥滚子轴承,公差等级为0级; 游隙组为0组；,13-3 滚动轴承的类型选择,一、滚动轴承选择的一般过程,根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列,承受径向载荷为主；,0 45 ,45 90 ,承受轴向载荷为主；,= 0 ,= 90 ,滚动体为滚子，则只能承受径向载荷； 若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。,只能承受轴向载荷。,2） 轴承的转速,转速过高 ,温度 ,润滑失效 ,滚动体回火或胶合破坏。,极限转速-滚动轴承在一定载荷
5、与润滑条件下，允许的最高转速。具体可查阅设计手册或轴承样本。,选用原则： 1. 球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承；,2. 在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承；,3） 轴承的调心行性能,影响轴承正常运转。,角偏差 ,可采用调心轴承。,滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。,轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。,3. 保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更高一些的转速；,4. 推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时，若轴向 载荷不是十分大，可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力；,5.
6、若工作转速超过了轴承样本，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选用循环冷却等方法。,13-4 滚动轴承的工作情况,一、滚动体的受力分析,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,下半圈各滚动体受力大小方向均不同。,可以导出：,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,二、滚动体的应力变化情况,-派生轴向力,FNi = Fdi +Fri,Fd =Fdi = Fri tg,当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时，由于存在接触角 ，第i个滚动体所受力为FNi。可分解为两个轴向和径向两个分力：,所有滚动体轴向力之和：,其中： Fdi = Fri tg,三、轴向载荷的计算,Fd将迫使内圈和轴径向右移动。
7、可按下表来计算Fd,由于产生了派生轴向力，此时轴承所承受的实际轴向力不再等于外部轴向力，即： Fa Fae,当多个滚动体受载时有：,2)当施加有外部轴向力Fae时,当只有一个滚动体受载时：,Fa = Fd,Fa = Fd =Fri tg,= Fr tg,= Fr tg, Fr tg,轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于Fd与Fac中较大的一个，即：,Fa =max Fd Fae ,1)假设没有外部轴向力Fae,-最常见,13-5 滚动轴承尺寸的选择,轴承承受的载荷,轴承寿命要求,可靠性的要求,决定了滚动轴承尺寸,滚动轴承的载荷,动载荷,静载荷,失效形式不同。,疲劳破坏,永久变形,早期磨损,胶
8、合,轴承元件破裂,维护保养不当而造成。,一、滚动轴承的失效形式,失效形式,塑性变形,磨损,套圈、保持架破裂,点蚀,定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为：,可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.,基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh),在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。,轴承寿命,二、滚动轴承的寿命计算,短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000,间断使用，中断时会引起严重后果 800012000,每天8h工作的机械 1200020000,每天24h连
9、续工作的机械 4000060000,定义：当一套轴承运转达到一百万（106）转时，轴承所能承受的载荷C。,向心轴承记为：Cr,推力轴承记为：Ca,基本额定动载荷,不同的轴承该值不一样，它表征了轴承的承载特性。是在大量试验的基础上，通过理论分析得到，需要时可从设计手册或轴承样本中查得。,寿命计算公式,通过试验得出如图所示6208轴承的载荷寿命曲线。,曲线上对应于 Lh=106 的载荷为: 29.5KN。,载荷-寿命曲线的公式：,寿命指数：,-球轴承,-滚子轴承,用小时表示：,3,10/3,=,基本额定动载荷：,P-动载荷,Lh-预期寿命,当 t100 时， C ,引进温度系数 ft 进行修正。,
10、Ct= ft C,修正后的计算公式：,最终计算公式：,工作中冲击振动 C ,引进载荷系数 fP 进行修正。,三、当量动载荷的计算,含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷相当。,计算公式：,P=X Fr+Y Fa,X-径向动载荷系数；,Y-轴向动载荷系数。,向心轴承：,P=Fr,推力轴承：,P=Fa,理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然，单向载荷与双向载荷作用下，轴承的寿命是不一样的。,1.若 Fae+ Fd2 Fd1,压紧端：Fa1 = Fae+ Fd2,放松端：Fa2
11、 = Fd2,2.若 Fae+Fd2 Fd1,放松端： Fa1 = Fd1,压紧端： Fa2 = Fd1 - Fae,外圈窄边相对安装 (正装),结论：放松端轴承的轴向载荷 = 内部轴向力,压紧端轴承的轴向载荷 = 其余轴向力的代数和,四、向心推力轴承的轴向力计算,反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。,1. 若 Fae+ Fd2 Fd1 则有：,压紧端：Fa1 = Fae+ Fd2,放松端：Fa2 = Fd2,2.若 Fae+Fd2 Fd1 ,则有：,放松端： Fa1 = Fd1,压紧端： Fa2 = Fd1 - Fae,结论与正装相同：放松端轴承的轴向载荷 = 内部轴向力,压紧端轴承的轴
12、向载荷 = 其余轴向力的代数和,五、滚动轴承的静承载能力,对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。,在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限基本额定静载荷，用C0表示。,轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0 ，即：,P0=X0Fr+Y0Fa,按轴承静承载能力选择轴承的公式为：,式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取。,C0 S0P0,六、滚动轴承尺寸选择的过程,由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa,七、滚动轴承的可靠度,在一般工程问题中，均以轴承
13、的基本额定动载荷和基本额定寿命来衡量轴承的承载能力，这时对应的可靠度均为90%。但是，对于航空航天产品、国防装备等，对于轴承的可靠度有更高的要求。这时滚动轴承寿命的计算须引入可靠性系数a1，即修正寿命为：,a1也可按下式计算确定：,R-为预期可靠度。,13-6 轴承装置的设计,设计内容:,轴承的定位和紧固,轴承的配置设计,轴承位置的调节,轴承的润滑与密封,轴承的配合,轴承的装拆,一、滚动轴承的定位和紧固,滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。,滚动轴承的定位方式：,二、滚动轴承的配置,轴承配置-指对于一个轴系应采用几个轴承支承、如何支承、如何配置等问题。,常用配制方
14、案,双支点各单向固定,一个支点双向固定、另一端游动。,两端均游动,固定支承,游动支承,适用于温度变化较大的长轴。,2. 轴承的预紧,方法,加金属垫片,磨窄套圈,3. 轴承组合位置的调整,目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。,例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。,对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。,方法：套杯+调整垫片,润滑的目的 降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；,四、 滚动轴承的润滑和密封,轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；,良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，减小接触压力；,轴承零件
15、表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈；,润滑剂还能吸收振动，并降低噪音。,1、滚动轴承的润滑,密封目的 -防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。,润滑剂,润滑脂,润滑油,固体润滑剂,用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件:,- 常用,- 高速、高温,脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间。,油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。,d-滚动轴承的内径，单位：mm； n-轴承转速，单位：r/min。,对于不同类型的轴承，润滑剂和润滑方式的选择可参照下表进行。,2、滚动承的密封,润滑油的选择：,润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。,滚动
16、承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。,分类,接触式,非接触式,组合式密封,毛毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫式密封,-毛毡迷宫式密封,例如： dn=100000，t=90 ,可用 110 号润滑油,110,五、 轴承组合的配合,内圈孔-轴, 基孔制,外圈-轴承座孔, 基轴制,配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,除了对轴承的内外颈规定了直径公差外，还规定了平均内径和平均外经(dm ，Dm)的公差。,标准规定，0 6 5 4 2各级公差等级的轴承的的内径dm和外经Dm均采用单向制，且统一采用上偏差为零，下偏差为负的分布。,滚动轴承作为一种通用的标准件，
17、规定采用以下配合类型：,滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。,常用的轴公差代号有：k6、m6,滚动轴承外经与外壳孔的配合采用基轴制。当按国家标准选取时，其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些。,常用的孔公差代号有： H7、J7、Js7,游动支点：G7,装拆滚动轴承时，要特别注意以下两点：,六、滚动轴承的安装与拆卸,1)不允许通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造成损伤。,2)由于轴承的配合较紧，装拆时应使用专门的工具。,错误的施力,正确的施力,错误,正确, 对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采用整体结构的外壳
18、，并把两轴承孔一次镗出；, 正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动；, 在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则将使轴承损坏；, 对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减小机器工作时轴的振动。,滚动轴承的组合设计注意事项：, 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏；,13-8 滚动轴承例题分析,设根据工作条决定在轴的两端反装两个角接触球轴承。已知轴上齿轮受切向力Ft=2200N，径向力Fr=900N，轴向力Fa=400 N，齿轮分度圆直径d=314 mm，齿轮
19、转速n=520 rpm，运转中有中等冲击载荷，轴承预期计算寿命Lh=15000 h。设初选两个轴承型号均为7207C，试验算轴承是否可达到预期计算寿命的要求。,解：1. 求径向载荷,求总径向载荷,2. 求两轴承的计算轴向力Fd1和Fd2,查表得7207C轴承的基本额定动载荷与基本额定静载荷为 C=30500 N C0=20000 N,对于70000C型轴承，内部轴向力,其中e为判断系数，按下表13-5选取,Fd1=eFr1,Fd2=eFr2,于是 Fa1= Fae +Fd2,Fa2= Fd2 =605.05 N,Fa1/C0= 1005.05/20000 =0.0503,Fa2/C0= 605
20、.05/20000 =0.0303,内部轴向力:,=0.4875.65=350.26 N,=0.41512.62=605.05 N,=400+605.05=1005.05 N,重新查表选取判断系数e,重新计算轴向力Fd1=e1Fr1 =0.422875.65=369.52 N,Fd2=e2Fr2 =0.4011512.62=606.56 N,e1=0.422 e2=0.401,Fa1= Fae +Fd2,Fa2= Fd2 =606.56 N,Fa1/C0= 1006.56/20000 =0.05033,Fa2/C0= 606.56/20000 =0.03033,两次计算 Fa2/C0 结果相差不大，故取,重新计算轴向力,e1=0.422,e2=0.401,Fa1= 1006.56 N,Fa2=606.56 N,=400+606.56=1006.56 N,3. 求轴承的当量载荷P1和P2,轴承工作时有中等冲击载荷，查表取,1.21.8,轴承的当量载荷:P1= f p(X1Fr1+Y1Fa1),P2= f p(X2Fr2+Y2Fa2),=1.5(0.44875.65+1.3271006.56)=2581.49 N,=1.5(11512.62+0606.56)=2268.93 N,f p=1.5,4. 验算轴承寿命, P1 P2 所以按轴承1的寿命计算,所选轴承满足寿命要求。,
