1、第12章 滚动轴承,滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）；,本章主要内容：,滚动轴承的类型和代号（认识轴承）；,滚动轴承的组合设计 。,12.1 概 述,轴承的功用：,1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；,2）减小转动的轴与支承之间的摩擦和磨损。,轴承的分类：,滚动轴承,滑动轴承,摩擦阻力小、起动快、效率高（0.980.99）; 润滑和维护方便; 是标准件，选用方便，易于互换； 运转精度高； 轴承组合结构较简单。,滚动轴承的特点：,一、滚动轴承的构造,滚动轴承的典型结构。,滚动轴承,外圈,球,滚子,滚针,内圈,滚动体,保持架,有些结构可以没有内圈、外圈或保持架，但决不能
2、没有滚动体。,带密封盖的滚动轴承,带轴承座的滚动轴承,特殊结构的轴承,向心轴承,推力轴承,角接触轴承,二、滚动轴承的结构特性,1.公称接触角,公称接触角是垂直于轴承轴线的平面与通过轴承套圈向滚动体传递力的合力作用线之间的夹角。,2.游隙,轴承游隙分径向游隙和轴向游隙。,径向游隙,轴向游隙,3.偏差角,轴承滚道轴线间允许的最大倾斜角称为偏差角。,三、滚动轴承的材料,内外圈和滚动体用高强度、耐磨性好的含铬轴承钢制造，如GCr15、GCr15SiMn等，淬火后硬度一般不低于60HRC，表面磨削、抛光。,保持架用低碳钢冲压而成，或用酚醛胶木、铜合金制造。,12.2 滚动轴承的常用类型和选择,一、滚动轴
3、承的类型,1、按滚动体的形状分,2、按承载方式分,轴承,向心轴承,：主要承受径向载荷和不大的轴向载荷,：只承受轴向载荷,：能同时承受径向和轴向载荷,轴承的承载方式是由公称接触角决定的。,见图,推力轴承,角接触轴承,可分为：球轴承，滚子轴承，滚针轴承。,向心轴承,推力轴承,角接触轴承,公称接触角45 90时，承受轴向力为主。,公称接触角0 45时，承受径向力为主;,角接触轴承：,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,圆锥滚子轴承,
4、调心球轴承,二、滚动轴承的代号,滚动轴承代号构成：,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。,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内部结构、精度与材料等特征。, 内径代号：,特殊情况：,轴承公称内径内径代号5。,表示轴承公称内径的大小。用基本代号右起的第一、二位数字表示。,轴承基本代号,如：08表示轴承内径d=58=40mm。,1. d=10,12,15,17mm时,2. d480mm，d=22，28，32mm时,内径表示方法见GB/T272-1993, 尺寸系列代号：,直径系列代号：指结构相同、内径相同的轴承在
5、外径和宽度方面的变化系列。有7、8、9、0、1、2、3、4。,轴承基本代号,表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。右起的第三位数字表示轴承的直径系列代号，第四位数字表示宽度系列（向心轴承）或高度系列（推力轴承）代号。, 尺寸系列代号：,宽度系列代号：宽度（或高度）系列是指结构、内径和外径都相同的轴承，在宽度（或高度）方面的变化系列，用8、0、1、2、3、4、5、6等数字表示。,轴承基本代号,表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。右起的第三位数字表示轴承的直径系列代号，第四位数字表示宽度系列（向心轴承）或高度系列（推力轴承）代号。, 类型代号：,轴承基本代号,用数字或字母表示不同类型的轴承。用基本代
6、号右起的第五位数字表示。常用轴承代号为3、5、6、7、N五类。, 公差等级代号：公差分2、4、5 、6(6x)、 0级，共五个级别 。,以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)、 /P0为代号，0级不标注 。,以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5为代号，0组不标注。, 游隙代号：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六个组别。,轴承常用的后置代号,轴承代号示例,6308：,6深沟球轴承，,N1005/P5：,N圆柱滚子轴承，1宽度系列， 0直径系列，05内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2直径系列，14内径d=70m
7、m，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=25；,公差等级为0级，游隙组为0组；宽度系列为0，省略,3直径系列，,08 内径d=40mm，,30213：,3圆锥滚子轴承， 0宽度系列(0不可省略)， 2直径系列，13内径d=65mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,6403：,6深沟球轴承，4直径系列，03内径d=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GB/T272-93。,三、滚动轴承的类型选择,滚动轴承类型选择应考虑的问题：,1承受载荷情况,载荷方向：,对于纯径向载荷，一般选用深
8、沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；,对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承，较小的轴向载荷选用推力球轴承，较大的轴向载荷选用推力滚子轴承；,同时受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；,若径向载荷较大、轴向载荷较小也可选用深沟球轴承；,2尺寸的限制,3转速的限制,4调心性要求,当对轴承的径向尺寸有较的严格限制时，可选用滚针轴承。,球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。,调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。,载荷大小：,滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。,5.为了便于安装、
9、拆卸和调整间隙，常采用内、外圈可分离的分离型轴承，如圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。,6.选择轴承时应考虑经济性，供应情况。球轴承比滚子轴承价廉（参考表141各类轴承价格比）。轴承公差等级越高，价越贵，故选择高精度轴承须慎重，同型号尺寸公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比约为1:1.5:2:7:10。,12.3 滚动轴承的工作情况及计算准则,一、滚动轴承的载荷分布,1、受轴向载荷Fa,各滚动体受载相同 。,2、受径向载荷Fr,上半圈滚动体不受力 下半圈滚动体受力,轴承元件受力变化情况。,二、滚动轴承的失效形式,（1）点蚀,滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为
10、常见的失效形式：,套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。,（2）磨损,润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；,（3）塑性变形,（4）其它形式的失效,三、滚动轴承的计算淮则,一般工作条件的回转轴承，针对疲劳点蚀，进行疲劳强度（寿命）计算按基本额定动载荷计算。,低速轴承或受冲击载荷、重载的轴承，针对塑性变形，进行静强度计算按基本额定静载荷计算。,高速轴承，针对磨损、烧伤等，还应验算极限转速。,12.4 滚动轴承的寿命计算,一、基本概念,1.滚动轴承的寿命：一套轴承，其中一个套圈（或垫圈）或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈（或垫圈）
11、相对另一个套圈（或垫圈）的转数。,2.滚动轴承的基本额定寿命：对于一套滚动轴承或一批近于相同的轴承在相同条件下运转，该寿命是与90的可靠度、常用材料和加工质量以及常规的运转条件相关的寿命，用L10表示。,轴承的寿命/（106r）,3.滚动轴承的基本额定动载荷,基本额定动载荷：轴承的基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。,基本额定动载荷值大，说明轴承承受载荷能力强 。不同型号的轴承有不同的基本额定动载荷值 。,向心轴承 ：径向基本额定动载荷，用Cr表示 。,推力轴承 ：轴向基本额定动载荷，用Ca表示 。,各种型号的轴承在正常工作温度（t120）下的基本额定动载荷值可查轴承
12、手册。,工作温度高于120时,Ct=ftC,Ct经过温度修正的基本额定动载荷；,ft的数值见表128。,二、滚动轴承寿命计算的基本方法,当P=C L10=1（106r）,代入数据求解：,其中：,P当量动载荷（N）；,L10基本额定寿命（106r）；,寿命指数，球轴承 =3，滚子轴承 =10/3。,滚动轴承的寿命校核公式：,滚动轴承预期寿命见表126。,滚动轴承的设计公式 选轴承型号和尺寸,（N）,引入温度系数ft (表128)和载荷系数fp(表1210)后,（N）,三、滚动轴承的当量动载荷,当量动载荷为一假想载荷，在它作用下，轴承的寿命与实际联合载荷作用（径向载荷与轴向载荷联合作用）下的寿命相
13、同。,向心轴承 ：当量动载荷为一大小和方向恒定的径向载荷，称为径向当量动载荷，以Pr表示。,推力轴承 ：当量动载荷为一恒定的中心轴向载荷，称为轴向当量动载荷，以Pa表示。,同时受径向载荷FR和轴向载荷FA的轴承，当量动载荷P的一般计算公式为,P=XFR+YFA,式中：,X径向动载荷系数，其值见表1212。,FR轴承所受的名义径向载荷（N）。,表1212中e是一个判断系数，确定轴向载荷在什么时候对轴承寿命有影响。,Y轴向动载荷系数，其值见表1212。,FA轴承所受的名义轴向载荷（N）。,（1）对只能承受径向载荷Fr的轴承（N、NA轴承）,P = FR,（2）对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）
14、,P = F,特殊情况：,四、向心角接触轴承的轴向载荷,1内部轴向力S(派生轴向力),S1.25FRtg,当轴承为半周滚动体受载时,（1）反装（背靠背）,适合于传动零件处于外伸端。,2.轴承实际轴向载荷的计算,当 时,轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，轴承1上的派生轴向力由S1增大到Fa+S2, 阻止轴左移 。,轴承2的实际轴向载荷为,轴承1的实际轴向载荷为,FA1=Fa+S2,FA2=S2,当 时,轴有向右移动的趋势,轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，轴承2上的派生轴向力由S2增大到S1-Fa, 阻止轴右移 。,轴承2的实际轴向载荷为,轴承1的实际轴向载荷为,FA1=
15、S1,FA2= S1-Fa,（2）正装（面对面）,适合于传动零件位于两支承之间 。,轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，轴承1上的派生轴向力由S1增大到Fa+S2, 阻止轴左移 。,轴承2的实际轴向载荷为,轴承1的实际轴向载荷为,2,1,FA1=Fa+S2,FA2=S2,当 时,当 时,轴有向右移动的趋势,轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，轴承2上的派生轴向力由S2增大到S1-Fa, 阻止轴右移 。,轴承2的实际轴向载荷为,轴承1的实际轴向载荷为,FA1=S1,FA2= S1-Fa,2,1,结论：实际轴向力FA的计算方法,1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧
16、”和“放松”的轴承。,2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。,3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力,实例一：,S1=S2=0,FA1=Fa,FA2=0,求FR1、FR2、FA1、FA2,实例二：,已知：ab、,求FR1、FR2、FA1、FA2,12.5 滚动轴承的静强度计算,式中 C0轴承的基本额定静载荷（N）；,P0轴承的当量静载荷（N）；,S0静强度安全系数，表1215可供参考。,1.静强度条件,当轴承转速很低或作间歇摆动时，轴承的失效形式为塑性变形 。,2.当量静载荷,对于向心球轴承和0的向心滚子轴承，当量静载荷按下式计算：,取两式计算的较
17、大值。,式中 X0径向静载荷系数；,Y0轴向静载荷系数；,查表1214与有关轴承目录。,=0的向心滚子轴承,P0r=FR,90的推力轴承,P0a=FA,90的推力轴承,P0a=2.3FRtga+FA,滚动轴承的极限转速,滚动轴承的极限转速是指在一定的载荷和润滑条件下所允许的最高转速。它与轴承的类型、尺寸、载荷、精度和游隙、润滑与冷却条件、保持架的结构与材料等多因素有关。,选用滚动轴承时应限制其最高工作转速,nmaxf1f2nlim,f1-载荷系数（见图1218）。,式中,f2-载荷分布系数（见图1219）,如果轴承的极限转速不能满足使用要求，应采取改进措施，如提高轴承的公差等级，适当加大轴承的
18、游隙，采用青铜或夹布胶木保持架，用喷油或油雾润滑改善冷却和润滑条件等，以提高轴承的极限转速。,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,计算当量动载荷P=fP(XFR+YFA),明确轴承的工作转速n与预计寿命L10,由轴承样本（手册）查取合适的轴承,12.6 滚动轴承的组合设计,为保证滚动轴承正常工作，除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还应正确地进行轴承的组合设计，即必须合理地解决轴承的固定和配合、提高轴承系统的刚度、轴承的润滑及密封等问题。,为保证轴系在机器中有正确的工作位置，能在传递轴向力时不轴向窜动，并且在轴受热膨胀后不致将轴承卡死。滚动支承有下列三种基本结构型式。,一、
19、滚动轴承轴系支点固定的结构型式,1.两端单向固定,两端固定的深沟球轴承轴系,2.一端双向固定、一端游动,3.两端游动,轴承间隙调整：,滚动轴承的轴向固定,内圈与轴：,1）轴肩,2）轴用弹性挡圈,3）轴端档圈+紧固螺钉,滚动轴承的轴向固定,内圈与轴：,4）圆螺母 + 止动垫圈,外圈与座孔：,2）轴承座孔凸肩,1）轴承端盖,3）孔用弹性挡圈,外圈与座孔：,4）轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定,5）螺纹环,滚动轴承的正确装拆。,二、滚动轴承的配合,轴承内圈与轴：,轴承外圈与轴承座孔：,基孔制：,基轴制：,js6，j6，k6，m6，n6,G7，H7，JS7，J7,5）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。,
20、滚动轴承配合的选择原则：,1）转动圈比不动圈配合松一些。,2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些。,3）旋转精度要求高时，配合应紧一些。,4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合。,三、提高轴系刚度的措施,1.提高支承部分的刚度和同心度,1）增加轴承座孔的壁厚,2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂,3）采用加强筋加强支承部位的刚性,保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法:,1）整体机座，两轴承座孔一次镗出。,2）如轴上两轴承外径不同采用套杯结构,2.合理安排轴承的组合方式,正装,反装,3.轴承的预紧,预紧的目的：,轴承在安装时，在轴承中产生并保持一个轴向力，以消除
21、游隙并在滚动体和内外圈接触处产生预变形，使内外圈之间处于压紧状态。,提高轴承的刚度和旋转精度，降低轴的振动和噪声，延长轴承寿命。,常用预紧方法：,1）用垫片和长短隔套预紧,2）夹紧一对磨窄了的外圈（或内圈）的角接触轴承,3）夹紧一对圆锥滚子轴承,4）利用弹簧预紧,四、滚动轴承的润滑,润滑方式：,（1）脂润滑,（2）油润滑,油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑。,（3）固体润滑,润滑目的：,主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，同时也有冷却、吸振、减少噪声、防锈和密封的作用。,润滑方式选择：,主要与轴承的速度有关，一般根据速度因数dn值，参考表1410选择。,五、滚动轴承的密封,密封的作用：
22、,密封的类型：,1.接触式密封,毡圈密封,防止润滑剂流失和防止灰尘、杂质、水分等侵入轴承内部。,密封唇向外密封,双唇式密封,皮碗密封,2.非接触式密封,油沟密封,甩油密封,曲路密封,3.组合式密封,例122 已知一减速器轴，轴颈直径d=40mm，转速n=1460r/min，两支承上的径向载荷分别为FR1=2000N，FR2=2500N，轴向载荷Fa=500N并指向轴承1，要求轴承寿命L10h=12000h，常温下工作，试选择轴承型号。,解：,1选择轴承类型,由于该轴转速较高，轴向载荷较小，故选用结构简单、价格较低的深沟球轴承。,2计算当量动载荷Pr,由于轴承型号未定，Cr、C0r、f0FA/F
23、R、e、X及Y等值都无法确定，必须试算。,通常先试选轴承型号。按d=40mm试选中系列深沟球轴承6308，查设计手册得：Cr=40800N，C0r=24000N，取f0=12.3（参见本章12.4.3）。,由题已知：FA1=Fa=500N，FA2=0。,f0FA1/C0r=0.256，由表1212查得e=0.205。,轴承1：,因FA1/FR1=500/2000=0.25e，由表1212查得X1=0.56，Y1=2.145，由式12-7得,Pr1=X1FR1+Y1FA1=0.562000+2.145500=2192.5N,轴承2：因只受径向载荷，故 Pr2=FR2=2500N,3计算轴承应具有
24、的基本额定动载荷,由于轴承2受载较大，故将Pr2代入下式,查表1210得：fp=1.5，由表128得ft=1（取轴承工作温度120），3（球轴承）。并将已知的n及Lh代入得,计算所得的Cr2比6307轴承的Cr稍小，故所选型号合适。,例123 有一滚动轴承，型号为7214C，转速n=500r/min，当量动载荷Pr=6900N，工作时有轻微冲击，工作温度在100以下，试预测其寿命。,解 :,查设计手册，7214C型是向心角接触球轴承，其基本额定动载荷Cr=70200N。,根据工作时有轻微冲击，参考表145，取载荷系数fp=1.2；,根据工作温度小于100，从表144查得温度系数ft=1；,对于
25、球轴承，寿命指数=3；,轴承的预测寿命为,例143 已知胶带运输机中的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴颈的直径d=55mm，转速n=123r/min，支承I的垂直平面支反力RV1=1512N，水平平面支反力RH1=3708N；支承II的垂直平面支反力RV2=1512N，水平平面支反力RH2=11760N，轴上承受的轴向力Fa=890N，方向如图所示。根据工作条件初选30211型轴承，预期寿命Lh=20000h，试校核初选轴承型号是否满足要求。,解 （1）计算两支承的径向载荷,（2）计算两支承的内部轴向力,由设计手册查得30211轴承Cr=90800N，e0.4，Y=1.5,则,（3）计算两轴承
26、的轴向载荷,对于轴承I：,S2+Fa= 3952N+890N=4842NS1=1335N,FA1=S2+Fa=4842N,对于轴承 II ：,FA2=S2=3952N,（4）计算两轴承的径向当量动载荷,对于轴承I：Pr1=X1FR1+Y1FA1,因,由表14-7查得：X1=0.4，Y1=1.5,Pr1=0.44004N+1.54842N=8865N,对于轴承 II ：Pr2=X2FR2+Y2FA2,因,由表14-7查得：X2=1，Y2=0,Pr2=111857N=11857N,（5）计算轴承的基本额定寿命,式中 ft=1 ；fp=1.5 ；滚子轴承，=10/3 。,因Pr2Pr1，所以P=Pr=Pr2=11857N；并将C=Cr=90800N，n=123r/min代入上式得,故所选30211轴承的寿命满足使用要求。,滚动轴承类型代码表,轴承的公称接触角,深沟轴承,角接触球轴承,单列推力球轴承,圆柱滚子轴承,圆锥滚子轴承,推力调心滚子轴承,返回,公称接触角：滚动体与外圈滚道接触处法线与轴承径 向线间的夹角。,滚动轴承的典型结构,
