1、,第八章 滚动轴承的选择与校核,8-1 滚动轴承的特点及类型,优点,滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。,故学习本章的目的主要解决三个问题：,1、如何选择滚动轴承的类型和尺寸；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计：固定、调整、润滑密封、配合等。, 摩擦阻尼小，启动灵活；, 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；, 径向间隙小，可用预紧方法消除，故回转精度高；, 互换性好，易于维护。,缺点, 抗冲击能力较差；, 高速时噪声大、寿命较短；, 径向尺寸大。,第八章 滚动轴承特点及类型,1、按承载方向和公称接触角分为：,滚动体与套圈滚道接触点的法线与轴承径向平面之间的夹角,一、滚动
2、轴承的主要类型,向心轴承,045,推力轴承,4590,第八章 滚动轴承特点及类型,向心轴承：主要承受径向载荷,径向接触轴承0 的向心轴承；,向心角接触轴承 045的向心轴承,深沟球轴承,角接触球轴承,推力轴承： 主要承受轴向载荷,轴向接触轴承90的推力轴承,推力角接触轴承 45 90的推力轴承,第八章 滚动轴承特点及类型,2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承,第八章 滚动轴承特点及类型,微型轴承,陶瓷轴承,特殊轴承：,第八章 滚动轴承特点及类型,二、滚动轴承代号,用数字或字母表示1调心球轴承3圆锥滚子轴承5推力球轴承6深沟球轴承7角接触球轴承N圆柱滚子轴承,内径尺寸 代号 10 00 1
3、2 01 15 02 17 03 20500 d/5 22、28、32及500以上 /内径,后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求，用字母或数字表示；如：接触角为150、250和400的角接触球轴承，分别用C、AC和B表示内部结构的不同。,又如：轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、 6级（6x）和0级，共5个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6（ /P6x ）和/P0（省略）。,再如：轴承的径向游隙系列分为1组、2组、0组、3组、4组和5组，共6个组别，径向游隙依次由小到大。0组最常用，不标出，其余用 /C1、/C2 表示。,第八章 滚动轴承特点及
4、类型,常用的滚动轴承：,深沟球轴承（6类）,角接触球轴承（7类）,圆锥滚子轴承（3类）,圆柱滚子轴承（N类）,第八章 滚动轴承轴承选择,8-2 滚动轴承的选择,一、类型的选择,载荷大或冲击大 选滚子轴承（线接触）；,径向、轴向载荷角接触球轴承(7类)或圆锥滚子轴承(3类),轴向载荷不大时，可用深沟球轴承,载荷小或冲击小 选球轴承（点接触） 。,2、根据载荷的方向,纯径向载荷选深沟球轴承（6类）、圆柱滚子轴承（N类）,纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8 类），高速时可用3或7类,1、根据载荷的大小及性质,第八章 滚动轴承轴承选择,4、根据回转精度要求,精度要求高选球轴承。,5、根据调心性能,轴刚性
5、差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）。,6、便于轴承的装拆,只能沿轴向装拆轴系时（整体式轴承座），选内、外圈可分离的轴承，如圆锥滚子轴承（“3”类）。,7、经济性要求,一般情况下，滚子轴承比球轴承价格高。精度等级越高，价格越贵。尽量选择价格低的轴承。,3、根据转速的高低,转速高选球轴承。,剖分式轴承座,转速很高时，选“轻”或“特轻”系列,以减小离心力,8-3 滚动轴承的工作情况及设计约束,第八章 滚动轴承载荷分析,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体上的受力情况如何？, 当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时：,载荷由各滚动体平均分担，即：,Qi Qj,选尺寸系
6、列 考虑载荷大小、转速高低及结构要求；,二、尺寸的选择,选择尺寸系列（直径系列和宽度系列）及内径。,选内径 根据轴颈直径确定。,深沟球轴承,内圈产生少量位移，滚动体与滚道的接触点偏移,第八章 滚动轴承载荷分析, 当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时：,接触点产生弹性变形，内圈下沉，,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,最多只有半圈滚动体受载。,承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。,对于点接触轴承：,对于线接触轴承：,全部滚动体个数,第八章 滚动轴承载荷分析,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，,因此：,近似认为是脉动循环变应力。, a,b , c,接触应力变化情况：,第八章 滚动轴承
7、失效形式,滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。,二、滚动轴承的失效形式,1、疲劳点蚀 最主要的失效形式,防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。,接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形（凹坑）。,2、塑性变形 低速轴承的主要失效形式,原因是载荷过大或冲击载荷作用。,3、磨损、胶合、保持架断裂等,使用维护不当而引起的，属于非正常失效。,第八章 滚动轴承寿命计算,三、设计准则,对于一般转速的轴承：,对于转速极低或仅作缓慢摆动的轴承：, 进行寿命计算（疲劳强度），防止疲劳点蚀, 按静强度计算，防止塑性变形,1、基本概念, 轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数（单位为106 r）或
8、一定转速下的总工作小时数（h）。,轴承寿命的离散性,目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀,8-4 滚动轴承的疲劳寿命计算,第八章 滚动轴承寿命计算, 基本额定寿命,一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90 的轴承还未发生疲劳点蚀 时所经历的总转数或总工作小时数。,90,点蚀10,用 L10 表示。,完好,按基本额定寿命选用轴承，可靠性为90,注意：额定寿命随运转条件而变化。,比如：外载荷增大，则额定寿命降低。,因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。, 基本额定动载荷,规定 基本额定寿命 L10 106 r 时，轴承所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，
9、运转 106 r 后，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,（失效概率为10）,第八章 滚动轴承寿命计算,基本额定动载荷 C 越大,轴承的承载能力越强,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。,2、寿命计算公式,目的 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸。,载荷与基本额定寿命的关系曲线：,式中：P 当量动载荷,L10 P 作用下的基本额定寿命, 寿命指数,对向心轴承记为 Cr ，称为径向基本额定动载荷。,对推力轴承记为 Ca ，称为轴向基本额定动载荷。,球轴承 3；滚子轴承 10/3,轴承6208： C22800N轴承6308： C31200N,第八章 滚动轴承寿命计算,所以：,实际计算
10、时，常用小时数表示轴承的基本额定寿命：,或：, 已知轴承的C ，计算基本额定寿命, 根据预期寿命Lh，计算所需的C ，并据此选择轴承,当工作温度高于120时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正：,当载荷为基本额定动载荷 C 时：,或：,寿命计算公式,第八章 滚动轴承寿命计算,寿命计算时，应满足：,3、当量动载荷 P 的计算,或：,对于向心轴承，C 指径向载荷，用Cr ；,对于推力轴承，C 指轴向载荷，用Ca 。,但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷 Fa。,为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。,当量动载荷：一假想载荷，与C 同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等
11、效。用 P 表示。,计算式：,X 径向载荷系数,Y 轴向载荷系数,查表87,计算寿命,实际的,第八章 滚动轴承寿命计算,X、Y 的作用是将Fr、Fa 折合成当量动载荷。,实际工作条件下，需引入载荷系数 fp 修正 P：,X、Y 取决于：Fa /Fr 和参数 e 。,若：,Fa /Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa /Fr e,X 1、Y 0,对于某些轴承，e 值根据 Fa /C0r 确定。,对于只能承受径向力的向心轴承(如圆柱滚子轴承，N类)：,对于只能承受轴向力的推力轴承(如推力球轴承，5类)：,或：,参数 e 反映了Fa 对承载能力的影响,第八章 滚动轴承寿命计算,4、向心角接触轴承（3
12、、7 类）轴向载荷 Fa 的计算,1）角接触轴承的派生轴向力 S,Fr 的计算见轴系受力分析，即：,而轴向载荷：,向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向力 S 。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,表89 给出了S 的近似计算方法。,角接触球轴承,派生轴向力：,注意 S 的方向,径向载荷：,第八章 滚动轴承寿命计算,2）角接触轴承的排列方法,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式：, 正装（面对面安装）,两轴承外圈的窄边相对，,即派生轴向力指向相对。, 反装（背靠背安装）,两轴承外圈的宽边相对，,即派生轴向力指向相背。
13、,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小。,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置合适吗？,第八章 滚动轴承寿命计算,3）角接触轴承轴向载荷Fa 的计算,当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 Fa ？, 要同时考虑轴向外载 FA 和派生轴向力 S 。,第八章 滚动轴承寿命计算,S2 和 S2 都是右轴承所受的力，故：, 轴承正装时：, 若 S1 + FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,但外圈被固定，,使得,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S2，,而左轴承被放松，,（压紧端）,（放松端）,第八章 滚
14、动轴承寿命计算, 若 S1 + FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S1 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,故：,左轴承被压紧，会产生反力S1，,而右轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）,第八章 滚动轴承寿命计算, 轴承反装时：, 若 S2 + FA S1,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势。,左轴承被压紧，会产生反力S1，,使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,哪个轴承压紧？,第八章 滚动轴承寿命计算,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,右轴承被压紧，会产生反力S 2，,使轴向力平衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（压紧端）,第八章 滚动轴承
15、寿命计算,轴承正装时：,轴承反装时：,第八章 滚动轴承寿命计算,归纳如下：,分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其他轴向力的代数和。,正装时，轴向合力所指的轴承被“压紧”：,反装时，轴向合力所指的轴承被“放松”：,第八章 滚动轴承寿命计算,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承，“6”类）,因为：0 ,S10 ，S2 0,所以：FaFA,图中：,Fa10,Fa2FA,第八章 滚动轴承寿命计算,处于三支点静不定状态。,5、同一支点成对安装同型号角接触轴承时,若精确计算，需考虑轴承的变形,及轴向力大小对支反力作用点的影响。,简
16、化计算：将两轴承视为整体（双列轴承），Fr作用于中点，,则： Fa10 ，Fa2FA ；,计算P 时X、Y 按双列轴承查表。,基本额定静载荷：,角接触球轴承：,圆锥滚子轴承：,单个轴承的基本额定静载荷,单个轴承的基本额定动载荷,第八章 滚动轴承例题,例：一轴转速为970r/min，轴颈直径40mm， Fr18000N， Fr23600N， FA1000N，载荷有中等冲击，常温下工作，预期寿命10000小时，试选择合适的滚动轴承。,解：1）初选轴承类型及型号,因载荷较大且有中等冲击，故初选圆锥滚子轴承 30208。,采用正装排列，支承结构简单。,查机械设计课程设计P113得： C0r74000N
17、， Cr 63000N,2）计算当量动载荷 P,常温下工作：查表 8-5，ft 1,因当量动载荷 P 的大小与轴承类型及型号有关,查表 8-8，中等冲击，取 fp 1.5,关键是求 Fa 和 X 、Y，,而 Fa 与 S1 、 S2有关,第八章 滚动轴承例题,计算派生轴向力S1 、 S2 ：,查表 8-9，,S = Fr / (2Y ),Y 为 Fa / Fr e 时的轴向载荷系数,由表 8-7 知 Y 与接触角有关（Y0.4cot），,从机械设计课程设计P113中直接查出：Y1.6，e0.37。,S1 = Fr1 / (2Y ) = 8000 / (21.6 )2500N,S2 = Fr2
18、/ (2Y ) = 3600 / (21.6 )1125N,计算轴向载荷Fa ：,合力向右，,S2 FA112510002125N, S12500N,轴承1放松、轴承2压紧。,故：放松端 Fa1 ,压紧端 Fa2 ,250010001500N,而 e 1.5tan,S12500N,S1 FA,第八章 滚动轴承例题,确定系数 X 、Y （表 8-7）：,Fa1 / Fr1,2500/80000.3125, e 0.37,故：查表 8-7 得 X11，Y10,Fa2 / Fr2,1500/36000. 417, e 0.37,对轴承 1：,对轴承 2：,故：查手册 得 X20.4，Y2 1.6,P
19、 fp（XFrYFa）,则当量动载荷 P 为：,轴承1：,P1 fp（X1Fr1Y1Fa1）,1.5（18000）12000N,轴承2：,P2 1.5（0.436001.61500）,5760N,注意：圆锥滚子轴承的 e 值与 Fa /C0r 无关,第八章 滚动轴承例题,3）计算轴承寿命 Lh,因 P1 P2 ，轴承1的寿命短，故只需计算轴承1的寿命。,滚子轴承 10/3,Lh1 10000h，故寿命不足。,可改选 30308 轴承，再计算。,注意：此时Y 不同，故 P 会相应改变！,P1 12000N,P2 5760N,“6”、“7”类轴承查“e ”值和 “Y ” 值时要用“线性插值法”,第
20、八章 滚动轴承静强度计算,8-5 滚动轴承的静强度及极限转速计算,目的 防止轴承元件发生塑性变形,对象 低速重载或受较大冲击载荷作用的轴承,基本额定静载荷 C0 ：,限制塑性变形的极限载荷值，查手册,对向心轴承为 C0r 径向基本额定静载荷,对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷,静强度条件 ：,P0 当量静载荷,S0 静强度安全系数， 见表 8-11,径向系数,轴向系数,X0、Y0查表 8-12,静强度计算：,表征轴承的静强度大小,第八章 滚动轴承极限转速计算,目的 防止轴承元件发生磨损、胶合失效,针对高速运转的轴承,限制条件 ：,nmax 最大工作转速；,极限转速校核计算：,nlim 滚
21、动轴承的极限转速，定值；,f1 载荷系数，图 8-13(a)；,f2 载荷分布系数，图 8-13(b)。,第八章 滚动轴承组合设计,8-6 滚动轴承支承部件的组合设计,组合设计的内容包括：, 轴向固定,实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，, 调整, 配合与装拆, 润滑与密封,一、滚动轴承的轴向固定,组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。,重点：轴承的固定方法和调整。,防止轴系发生轴向蹿动。通常用轴承盖来进行固定。,常用三种固定方法：,两端固定,一端固定、一端游动,两端游动,（见13-3及14-2）,第八章 滚动轴承组合设计,1、两端固定,这是最常见的固定方式。,
22、两轴承的外圈都在单方向用轴承盖固定。,适合于工作温升不高的短轴（跨距 L 400 mm）,考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C 。,对于深沟球轴承：,2、一端固定、一端游动,对于向心角接触轴承：,其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多，查手册。,图上可省略不画。,适合于工作温升高的长轴（跨距 L 400 mm）,固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。,游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。,两端固定时可采用：,深沟球轴承（6）,角接触球轴承（7）,圆锥滚子轴承（3）,第八章 滚动轴承组合设计,当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，,避免轴承受到附加载荷作用，防止
23、轴承卡住。,固定支点,Fa 不大 深沟球轴承（6）,Fa 较大 一对角接触轴承（3、7）,Fa 和 Fr 均大 推力与向心轴承组合,游动支点,深沟球轴承（6） 内圈轴向需固定,圆柱滚子轴承（N）内、外圈轴向均需固定,注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。为什么？,为什么“N”类轴承作游动支点时外圈亦需轴向固定？,为什么在“两端固定”正装结构中，内圈不需作轴向固定？,“两端固定”反装结构中，内圈需作轴向固定。,第八章 滚动轴承组合设计,一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定。,3、两端游动,主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴。,因为人字齿轮的左、右螺旋角不可能绝对相等，,为使啮合传动时轮齿受载均匀，故
24、应允许小齿轮轴系能做微量的轴向游动，以调整齿轮到正确的啮合位置。,此时，大齿轮轴进行了两端固定。,而小齿轮轴系，其轴向位置的约束靠人字齿的形锁合来保证。,轴承内圈紧固措施,轴承外圈紧固措施,二、滚动轴承组合的调整,第八章 滚动轴承组合设计,垫片调整,1、间隙(游隙）的调整与控制,为使轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或热补偿间隙。,通过增、减垫片厚度来调整间隙。,如何调整至规定间隙？,螺钉调整,用于轴向力不是太大的轴承组合。,2、轴系部件位置的调整,使轴上零件处于准确的工作位置。,通常用垫片调整,圆螺母调整,小锥齿轮轴系两种固定方式比较,正装悬臂长，刚度小,反装悬臂短，刚度大,常用于
25、反装的角接触轴承组合。,第八章 滚动轴承组合设计,3、角接触轴承的预紧,预紧 安装时对轴承预先施加一轴向力（预紧力），,目的 受载后变形量小，提高回转精度和支承刚度,方法 , 同一支点成对安装,预紧结构,常用于对回转精度、支承刚度要求很高的设备。,预紧力应适当，过大会引起轴承磨损、发热、缩短寿命。,消除内部游隙，并使套圈与滚动体的接触点产生预变形。,金属垫片、磨窄套圈等,第八章 滚动轴承组合设计,内圈与轴颈,1、滚动轴承的配合,三、滚动轴承的配合及装拆,外圈与座孔,只标注支承座孔的配合代号和公差等级, 基孔制, 基轴制,由于滚动轴承是标准件,外径D 的公差带,内径d 的公差带,内、外径均为负偏
26、差，即实际尺寸 名义尺寸。,故内圈与轴颈的配合比一般圆柱体的配合紧得多。,只标注轴颈的配合代号和公差等级,第八章 滚动轴承组合设计,配合的选取原则：,选较紧的配合（过盈配合）,选较松的配合（间隙配合）,2、滚动轴承的装拆,轴肩高度应低于内圈厚度,轴肩开槽,为防止套圈破裂、并便于装拆，过盈量不能太大。,套杯内的轴承装拆,第八章 滚动轴承组合设计,润滑的目的,四、滚动轴承的润滑及密封,减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈,密封形式,密封的目的,防尘、防水、防止润滑剂流失,接触式密封,非接触密封,毡圈密封,J 形密封圈,间隙密封,迷宫式密封, 转速不高时用接触式密封, 转速较高时用非接触式密封,毡圈结构,
27、J 形密封圈结构,实际上是轴的伸出端与轴承盖孔之间的密封,结构,（见14-2）,第八章 滚动轴承组合设计,本 章 小 结, 滚动轴承类型及尺寸的选择,常用滚动轴承（3、6、7、N类）的结构及承载特点；应用的场合；内径代号、直径系列代号的含义,基本概念：滚动轴承寿命、基本额定寿命、基本额定动载荷、当量动载荷等的含义, 滚动轴承的寿命计算,目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀,公式：,或：,核心：,当量动载荷 P 的计算,第八章 滚动轴承组合设计,关键：,角接触轴承轴向载荷 Fa 的确定,要点：,角接触轴承的排列方式及派生轴向力 S 的方向,正装 S1、S2 相对；反装 S1、S2 相背,根据“压紧端”、“放松端”确定 Fa1 、 Fa2, 滚动轴承的组合设计,与轴的结构设计密切相关,固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动；,各种固定方式的特点、受力、应用场合；,固定和游动支点轴承类型的选择、内外圈的固定方法、合理的结构设计。,游隙及位置的调整：调整的目的和方法,第八章 滚动轴承组合设计,作 业 七,81、82、85,82 题说明：轴承的直径系列自定；,85 题说明：Y 值和 e 值从课程设计手册中直接查出 。,轴向载荷 Fa 对轴承承载能力的影响：,受载均匀,受载不均,Fr作用时,极限情况下只有单个滚动体受载,Fa使受载滚动体增多,
