1、第十六章 滚动轴承,滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。,滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等,保持架,内圈,外圈,滚动体,滚动轴承的主要特点：,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；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计；, 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，还可用预紧方法消除间隙，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，寿命较低； 径向尺寸大。,161 滚动轴承的基本类型,1、按承载方向
2、和公称接触角分类,滚动体与套圈接触处的法线 与轴承的径向平面之间的 夹角，称为公称接触角。,推力轴承： 45 90 ，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,向心轴承：045，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；,2、按滚动体形状分类,球轴承,滚子轴承,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚 针,3、 按轴承的结构形式不同分类：,在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列类:,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子
3、轴承,调心球轴承,162 滚动轴承的代号,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。,后置代号表示轴承的精度与材料的特征。,一、基本代号,（1）轴承类型,6深沟球轴承,3圆锥滚子轴承,7角接触球轴承,1调心球轴承,N圆柱滚子轴承,5推力球轴承,（基本代号右起五位）,0双列角接触球轴承,2调心滚子轴承和推力调心滚子轴承,4双列深沟球轴承,8推力圆柱滚子轴承,（2）尺寸系列,（基本代号右起三、四位）,右起第四位宽度系列向心轴承,0系列（正常宽度）可省略,用数字 09表示,右起第三位直径系列,用数字09表示,高度系列推力轴承,
4、（3）轴承的内径右起一二位数字,c) d495mm，d=22，28，32mm 时,内径代号直接用内径尺寸表示，但与尺寸系列之间用”/” 分开 如，调心滚子轴承230/500，d=500mm,a) 内径代号5=内径如：08表示轴承内径d=508=40mm。,b) 特殊情况：,二、前置代号,表示轴承的分部件，用字母表示,三、后置代号,轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等,（1）内部结构代号,（2）密封、防尘与外部形状变化代号,（5）轴承的公差等级,精度高 低,代号 /P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、/P0,公差等级 2 4 5 6X 6 0,普通级可省略,（6）轴承的径向游隙,（3）保
5、持架材料代号,代号 /C1、/C2、/C3、/C4、/C5,（4）轴承材料代号,（7）轴承的配置,四、轴承代号示例,6308：,6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组；,N105/P5：,N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=20mm，公差等级为 5级，游隙组为0组；,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=25；,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；,6103：,6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d
6、=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅工程手册,五、 滚动轴承类型的选择,1、根据载荷的大小及性质,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)或圆锥滚子轴承(3),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）、圆柱滚子轴承（N),纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8 ）,4、根据回转精度,精度要求高选球轴承；,5、根据调心性能,轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承（ “1” 类
7、 或 “2” 类 ）；,3、根据转速的高低,转速高选球轴承；,转速低选滚子轴承；,16-3 滚动轴承的选择计算,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体的受力情况如何？,当轴承仅受到纯轴向力F A 作用时：,载荷由各滚动体平均分担，即：,Qi Qj,当轴承仅受到纯径向力 R 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：,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，,可看成脉动循环变应力。,全部滚动体个数,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
8、、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。,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。,计算准则：,一般轴承疲劳寿命计算（针对点蚀）静强度计算,低速或摆动轴承只进行静强度计算,高速轴承进行疲劳寿命计算、校验极限转速。,三、 轴承寿命,轴承寿命 轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。, 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 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。用 L（
9、百万转）或 Lh （小时）表示。,可靠度 一组相同的轴承能达到或超过规定寿命的百分率,90,10,完好,按额定寿命选用轴承，可靠性为90 。,注意：额定寿命随运转条件而变化。,额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。, 基本额定动载荷轴承在额定寿命 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,额定动载荷越大,轴承的承载能力越大,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。,C r 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。,C a 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。,四、寿命计算,目的 根据工
10、作条件和设计要求，选择合适的轴承。,载荷与额定寿命的关系曲线：,式中：P 为当量动载荷；,L为P 作用下的额定寿命。,为寿命指数，球轴承 3，滚子轴承 10/3 。,所以：,实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：,或：,已知轴承的C ，计算额定寿命,根据预期寿命Lh，计算所需的C,当载荷为额定动载荷C 时：,当工作温度高于100时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正;考虑到工作中的冲击和振动的影响，用载荷系数 fp 修正.,寿命计算时，应满足：,或：,或：,五、当量动载荷 P 的计算,对于向心轴承，C 为径向力； 对于推力轴承，C 为轴向力。 但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷F
11、a。,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效。用 P 表示。,X 径向系数,Y 轴向系数,查表1612,X、Y 的作用是将Fr 、 Fa 折合成当量动载荷。,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 0,参数 e 根据 Fa /C0r 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。,对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：,对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：,六、向心角接触轴承轴向载荷,1、角接触轴承的内
12、部轴向力 F,径向载荷 R 的计算见轴系受力分析，即：,而：,O点 支反力作用点，法线与轴线的交点。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，会产生内部轴向分力F。,表1613给出了F 的近似计算方法。,注意 F 的方向,2、角接触轴承的排列方法,为使F 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，,即内部轴向力指向相对。, 反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即内部轴向力指向相背。,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行吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度
13、的中点。,3、角接触轴承的轴向载荷Fa,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和内部轴向力F。,F1,Fr2,Fr1,F2,1）作出轴及其配合的轴承内圈为分离体的受力简图，判别两端轴承的派生轴向力方向，并给轴承编号。2）由FR计算径向载荷Fr1 和Fr2 ，再由Fr1 、Fr2 计算派生轴向力F1和F2。3）计算轴承的轴向载荷Fa1 和Fa2 。,轴向载荷分析计算过程, 轴承正装时：, 若 F2 + FA F1 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,外圈被固定，右轴承被压紧，会产生反力S，,F1
14、和 S 都是右轴承所受的力，故：,使轴向力平衡，使得,故：,而左轴承被放松，,即：Fa2=F2 （放松端）Fa1=F2 FA （压紧端）, 若 FA +F2 F1,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,F2 和 S 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,左轴承被压紧，会产生反力S，,而右轴承被放松，故,即：,（压紧端）,（放松端）, 轴承反装时：, 若 F2 + FA F1,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S ，使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,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 ，,使轴向力平衡：, 若 F2 + FA F1，,
15、（放松端）,（压紧端）,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内部轴向力外其它轴向力的代数和。,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承）,因为：0 ,F10 ，F2 0,所以：AFA,图中：,Fa10,Fa2FA,16-4 滚动轴承的静强度计算,目的 防止轴承元件发生塑性变形,针对低速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,对向心轴承为 C0r 径向额定静载荷,对推力轴承为 C0a 轴向额定静载荷,静强度条件 ：,P0 当量静载荷,S0 静强度安全系数,径向系数,轴向系数,16-5 滚
16、动轴承的组合设计,组合设计的内容包括：, 固定,实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿动。, 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。,常用两种固定方法：,两端固定,一端固定、一端游动,1、两端固定,最常见的固定方式。,两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。,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,图上可省略不画。,适合于工作温升高的长轴（跨
17、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。,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 推力轴承与向心轴承组合,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。,方法：垫片调整 螺钉调整,1、间隙的调整与控制,二、滚动轴承组合的调整,为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。,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。,3、角接触轴承的预紧 同一支点成对安装,预紧 安装时对轴承施加一轴向力（预紧力）,目的 提高回转精度和支承刚度,方法 金属垫片、磨窄套圈等,内圈与轴颈,1、滚动轴承的配合,三、滚动轴承的配合及装拆,采用基孔制，孔的配合代号不用标注。,外圈与座孔,采用基轴制，轴的配合代号不用标注。,配合的选取原则：,选较紧的配合（过盈）,选较松的配合（间隙）,2、滚动轴承的装拆,轴肩高度应低于内圈厚度,轴肩开槽,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,密封型式,密封的目的,防尘、防水、防润滑剂流失,接触式密封,非接触密封,毡圈密封,皮碗密封,油沟密封,迷宫密封, 转速不高时用接触式密封, 转速较高时用非接触式密封,
