第13章 滾動(dòng)軸承

本章重點(diǎn):

滾動(dòng)軸承的類(lèi)型及代號(hào)滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)第13章滾動(dòng)軸承13-1概述13-2

滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型及其代號(hào)13-3

滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇13-4滾動(dòng)軸承的工作情況13-5滾動(dòng)軸承尺寸的選擇13-6軸承裝置的設(shè)計(jì)一、軸承的功用§13-1概述◆支承軸及軸上零件，并保證旋轉(zhuǎn)精度◆減少軸與支承間的摩擦與磨損1、摩擦阻力小,功率損耗少,起動(dòng)靈敏；2、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便,易于更換,價(jià)格低；3、抗沖擊能力差,高速時(shí)出現(xiàn)噪音;壽命也比不上液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承；二、滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)三、滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架外圈內(nèi)圈滾動(dòng)體保持架保持架：避免滾動(dòng)體直接接觸，減少摩擦和磨損材料：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體：高硬度、高接觸疲勞強(qiáng)度、良好耐磨性和沖擊韌性材料：含鉻軸承鋼，硬度61~65HRC四、滾動(dòng)軸承的材料軸承的選擇→┌類(lèi)型的選擇└尺寸的選擇軸承組合設(shè)計(jì)→安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑與密封五、滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)的內(nèi)容特點(diǎn)按滾動(dòng)體形狀分按受載性質(zhì)分球軸承滾子軸承向心軸承向心推力軸承推力軸承一、滾動(dòng)軸承的分類(lèi)§13-2滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型及其代號(hào)1

按滾動(dòng)體形狀分按滾動(dòng)體形狀分：球軸承、滾子軸承又可細(xì)分為：球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、球面滾子軸承2按受載方向分按受載方向和公稱接觸角分：滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面（半徑方向）之間的夾角向心軸承:a=0o向心推力軸承：0o<a<90o向心角接觸軸承:0o<a≤45o推力角接觸軸承:45o<a<90o推力軸承:a=90oαα＝900αα＝0以FR(徑向載荷)為主FＲ＋FＡ(徑向?yàn)橹?FA＋FR(軸向?yàn)橹?FＡ(軸向載荷)二、滾動(dòng)軸承的基本類(lèi)型和特點(diǎn)1

向心軸承(a=0o)深溝球軸承:6類(lèi)→nlim最高、價(jià)廉,優(yōu)先采用受力類(lèi)型:Fr,不大的Fa(雙向)圓柱滾子軸承:N類(lèi)→承載力較大受力類(lèi)型:

很大的Fr,不能承受軸向力Fa滾針軸承:NA類(lèi)→內(nèi)外圈可分離,徑向尺寸小受力類(lèi)型:

很大的Fr,不能承受軸向力Fa2

調(diào)心軸承(a=0o)調(diào)心球軸承:1類(lèi)→調(diào)心性能最好受力類(lèi)型：Fr,不大的Fa(雙向)調(diào)心滾子軸承:2類(lèi)→調(diào)心性能好、承載力較大受力類(lèi)型：Fr,不大的Fa(雙向)3

向心推力軸承(0o＜α<90o)角接觸球軸承:７類(lèi)，a＝15o、25o、40o受力類(lèi)型：Fr,單向Fa圓錐滾子軸承：3類(lèi)受力類(lèi)型：Fr,單向Fa4

推力軸承(a=90o)推力球軸承:

5類(lèi)受力類(lèi)型：只承受軸向(Fa)單列：承受單向軸向力雙列：承受雙向軸向力前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)尺寸系列代號(hào)分部件代號(hào)類(lèi)型代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)直徑系列代號(hào)寬度系列代號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)密封與防塵代號(hào)公差等級(jí)代號(hào)。。。字母21345字母(+數(shù)字)三、滾動(dòng)軸承的代號(hào)1類(lèi)型代號(hào)2尺寸系列代號(hào)3內(nèi)徑尺寸代號(hào)1基本代號(hào)表示軸承的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號(hào)的基礎(chǔ)1）類(lèi)型代號(hào)基本代號(hào)左起第一位，用數(shù)字或字母表示代號(hào)為0（雙列角接觸球軸承），則省略具體見(jiàn)p309表13-1代號(hào)軸承類(lèi)型3圓錐滾子軸承5推力球軸承6深溝球軸承7角接觸球軸承N圓柱滾子軸承NA滾針軸承2）尺寸系列代號(hào)直徑系列代號(hào)、寬度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)：基本代號(hào)左起第三位數(shù)字指結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承使用不同直徑的滾動(dòng)體，在外徑和寬度方面的變化系列系列代號(hào)：7、8、9、0、1、2、3、4、5，外徑尺寸依次遞增寬度系列代號(hào)：基本代號(hào)左起第二位數(shù)字，常與直徑系列代號(hào)同時(shí)使用，表示同一內(nèi)徑和外徑的軸承可以有不同的寬度系列代號(hào)：8、0、1、2、3、4、5，同一直徑系列，寬度尺寸依次遞增，除調(diào)心滾子和圓錐滾子軸承外，0系列可不標(biāo)12343）內(nèi)徑尺寸代號(hào)基本代號(hào)左起第四、五位數(shù)字內(nèi)徑d:（即軸的直徑）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~99——數(shù)字×5mm2前置代號(hào)用字母表示表示成套軸承分部件常用的幾類(lèi)滾動(dòng)軸承，一般無(wú)前置代號(hào)公差等級(jí)(精度)代號(hào)：0、6x、6、5、4、2六級(jí)精度，逐漸增高表示成:/P0（普通級(jí)，可不標(biāo)）、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)：如：C—a=15o、AC—a=25o、B—a=40o軸承徑向游隙系列代號(hào)：/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5六組游隙，由小到大0組(/C0)）游隙常用，可省略3后置代號(hào)用字母（+數(shù)字）表示表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封與防塵、保持架及其材料、軸承材料及公差等級(jí)等例：7212AC│││││││└││└│└└└深溝球軸承└尺寸系列為03└內(nèi)徑d=25mm│角接觸球軸承尺寸系列為02內(nèi)徑d=60mm=25例：6305(/P0)│││└││└0級(jí)公差，0組游隙(可不標(biāo))0級(jí)公差，0組游隙(可不標(biāo))└圓錐滾子軸承└寬度系列為0└直徑系列為4(重)└內(nèi)徑=45mm例:30409││││││││││0級(jí)公差，0組游隙(可不標(biāo))2極限轉(zhuǎn)速:3調(diào)心性能:1承載能力:滾子＞球(線＞點(diǎn))球＞滾子調(diào)心＞非調(diào)心球＞滾子主要考慮如下幾個(gè)方面：§13-3滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇1軸承的載荷大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承方向：徑向Fr(6、1、N)，軸向Fa(5),Fr+Fa(7、3、6)2

軸承的轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速nlim:一定載荷和潤(rùn)滑條件下，軸承的最大允許轉(zhuǎn)速。對(duì)高轉(zhuǎn)速的軸承：1)優(yōu)先選用球軸承（潤(rùn)滑的阻力）2)輕系列軸承優(yōu)于中、重系列3)實(shí)體保持架優(yōu)于沖壓保持架（易形成油膜減小摩擦）4)提高公差等級(jí)、改善潤(rùn)滑條件等推力軸承的主要承載能力表現(xiàn)在軸向，離心力過(guò)大時(shí)無(wú)法通過(guò)徑向反力平衡，將引起較大的反力，發(fā)熱大，極限轉(zhuǎn)速較低3

軸承的調(diào)心性能8~16’2~4’2~34軸承的安裝與拆卸5

經(jīng)濟(jì)性根據(jù)載荷大小、性質(zhì)、軸承的轉(zhuǎn)速、調(diào)心性能、安裝和拆卸、價(jià)格等確定軸承類(lèi)型其中，載荷(包括大小和方向)、轉(zhuǎn)速的大小一般是最主要的高速，平穩(wěn)低載：60000（深溝球軸承）載荷較大+沖擊：滾子軸承徑/軸向載荷較大：較低轉(zhuǎn)速：30000（圓錐滾子）較高轉(zhuǎn)速：70000角接觸球軸承軸向載荷>>徑向載荷：推力+向心組合各滾動(dòng)體受力不均勻各滾動(dòng)體受力均勻當(dāng)軸承┌軸FＡ→承受└徑FＲ→下半圈受載上半圈不受載→受力變化：小→大→小二、軸承元件上的載荷及應(yīng)力變化固定圈：滾動(dòng)體滾過(guò)便受力，大小不變→

穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷圖13-7b在承載區(qū)，載荷由零最大，再零→周期性不穩(wěn)定變化圖13-7a滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)圈三、軸向載荷對(duì)軸承元件載荷分布的影響

角接觸軸承承受軸向載荷時(shí)→受載滾動(dòng)體數(shù)目增多→承載能力提高→宜承受聯(lián)合載荷§13-4滾動(dòng)軸承的工作情況一、軸承工作時(shí)元件上的載荷分布*§13-5滾動(dòng)軸承尺寸的選擇一、失效形式二、軸承壽命計(jì)算設(shè)計(jì)軸承的基本方法：由工作條件定軸承類(lèi)型結(jié)構(gòu)定軸承直徑初選型號(hào)→C、C0驗(yàn)算壽命：計(jì)算軸承載荷→查e、X、Y→計(jì)算P→計(jì)算Lh→分析軸承是否合格一、失效形式失效形式：內(nèi)外圈運(yùn)動(dòng)疲勞點(diǎn)蝕——

最主要的失效形式，滾動(dòng)體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點(diǎn)蝕過(guò)大塑性變形——

低速軸承的主要失效形式，接觸應(yīng)力過(guò)大(載荷過(guò)大或沖擊載荷)，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形磨損、膠合、內(nèi)外圈和保持架破損等——使用維護(hù)不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：一般轉(zhuǎn)速的軸承—

進(jìn)行壽命(額定動(dòng)載荷)計(jì)算，防止疲勞點(diǎn)蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動(dòng)的軸承

—按靜強(qiáng)度(額定靜載荷)計(jì)算，防止塑性變形軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時(shí)數(shù)基本額定壽命：用L或Lh表示一組同一型號(hào)軸承在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其可靠度為90％時(shí)，能達(dá)到或超過(guò)的壽命。寓意：一批軸承中有90％的壽命將比其基本額定壽命長(zhǎng)一個(gè)軸承在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概率有90％，失效率為10％注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化比如：外載荷增大，額定壽命降低因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力90％10％完好Ｌ/(1×106r)R/(％)二、基本額定壽命定義：當(dāng)一套軸承進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)并且基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的最大載荷，用C表示即：在C的作用下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時(shí)，有10％的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90％的軸承完好對(duì)于具體軸承，C為定值，按手冊(cè)查取對(duì)向心軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對(duì)推力軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動(dòng)載荷越大軸承的承載能力越大三、基本額定動(dòng)載荷壽命L

(106r)載荷P(N)oC21534壽命L=1載荷P=C載荷P=C壽命L=1載荷P≠C壽命L=?e指數(shù)球軸承:e=3滾子軸承:e=10/3四、滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算公式壽命計(jì)算的基本公式:作壽命計(jì)算,解決兩類(lèi)問(wèn)題:(1)已知軸承型號(hào)及載荷P,求壽命(2)已知軸承載荷P及預(yù)期壽命L'h,

選擇軸承型號(hào)考慮高溫(t＞100°)引入ft(溫度系數(shù))對(duì)于向心軸承，C為徑向載荷Cr對(duì)于推力軸承，C為軸向載荷Ca但軸承可能同時(shí)承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa為了與C在相同的條件下進(jìn)行比較，引入當(dāng)量動(dòng)載荷的概念當(dāng)量動(dòng)載荷：一假想載荷，按確定基本額定動(dòng)載荷的條件進(jìn)行換算后的載荷，與C同類(lèi)型，它對(duì)軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用P表示:P=XFr+YFa考慮附加載荷影響，引入載荷系數(shù)，表13-6X－徑向載荷系數(shù)Y－軸向載荷系數(shù)見(jiàn)表13-5FaFr五、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷(1)只受Fr的向心軸承：P=fpFr(2)只受Fa的推力軸承：P=fpFa(3)受Fr和Fa的向心軸承和向心推力軸承

P=fp(XFr+YFa)X、Y－徑,軸向動(dòng)載荷系數(shù)表(13-5)P321①查判斷系數(shù)e→Ｃ０:軸承的額定靜載荷②判Fa/Fr與e的關(guān)系→定X、YFa/Fr≤e

－軸向力較小,可忽略不計(jì),只計(jì)Fr→

Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計(jì)→即：X≠1,Y≠0Fa/Fr＞e按(Fa/C0)查e┌α＝15°→按Fa/C0查e└

α＝25°e=0.68、α＝40°e=1.14→e=1.5tgααp280深溝球軸承－角接觸球軸承圓錐滾子軸承壽命計(jì)算步驟：1徑向載荷Fr的計(jì)算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V12六、徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算2軸向載荷Fa的計(jì)算(1)向心軸承Fa的計(jì)算兩端單向固定:Fa緊=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游動(dòng):Fa固定=FaeFa游動(dòng)=0FaeFae向心推力軸承的派生軸向力Fd

(7類(lèi)、3類(lèi))(2)向心推力軸承Fa的計(jì)算2軸向載荷Fa的計(jì)算派生軸向力Fd大小見(jiàn)表13-7FdFrFiFi’’Fi’O角接觸球軸承注意Fd

的方向α表13-7派生軸向力Fd3000070000Ca=15o70000ACa=25o70000B

a=40oFd=Fr/(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr(2)向心推力軸承Fa的計(jì)算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fr1Fr2Fd1Fd2Fd1Fd2FaeFd1Fd2FaeFae正安裝反安裝2軸向載荷Fa的計(jì)算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fd1Fd2Fae根據(jù)軸向受力平衡條件確定①若Fae+Fd2>Fd1

軸左移,1壓緊,2放松F’d1F‘d1②若Fae+Fd2<Fd1

軸右移,1放松,2壓緊正安裝Fd1+Fd1′=Fae+Fd2

Fa2=Fd2

Fa1=Fd1′+Fd1=Fae+Fd2

Fd1=Fae+Fd2+Fd2′Fa1=Fd1

Fa2=Fd2′+Fd2=Fd1-Fae

Fd1Fd2FaeF’d2Fr1Fr2Fd1Fd2Fd1Fd2反安裝①若Fae+Fd1>Fd2

軸左移,1放松,2壓緊FaeFae②若Fae+Fd1<Fd2

軸右移,1壓緊,2放松F’d2驗(yàn)證:F’d1驗(yàn)證:Fa1=Fd1

Fa2=Fd2′+Fd2=Fd1+Fae

Fd2′+Fd2=Fd1+Fae

Fa2=Fd2

Fd1′+Fd1+Fae=Fd2

Fa1=Fd2

-Fae

結(jié)論：判別方法:①先確定軸上各軸向力(外加軸向力和派生軸向力)的方向;②判斷哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”;③放松端的軸向載荷等于它本身的派生軸向力;④壓緊端的軸向載荷等于除去它本身的派生軸向力外,其余

所有軸向力的代數(shù)和。121212例:試判斷圖示三種情況下左右軸承哪個(gè)壽命低。已知：Fre

=3000N，F(xiàn)ae=500N一對(duì)6205軸承一對(duì)7205B軸承正安裝一對(duì)7205B軸承反安裝解：(一)求Fr(二)求Fa(1)一對(duì)6205軸承左端軸承壽命低1212一對(duì)7205B軸承正安裝一對(duì)7205B軸承反安裝(二)求Fa(2)一對(duì)7205B軸承正安裝左端軸承壽命低軸右移,1松2緊(2)一對(duì)7205B軸承反安裝左端軸承壽命低軸左移,1松2緊Fd1＝1.14Fr1＝1.14×2000＝2280NFd2＝1.14Fr2＝1.14×1000＝1140NFae+Fd2=500+1140=1640＜Fd1=2280Fae+Fd1=500+2280=2780＞Fd2=1140Fd1＝1.14Fr1＝1.14×2000＝2280NFd2＝1.14Fr2＝1.14×1000＝1140NFa1=Fd1=2280NFa2=Fd1-Fae=2280-500=1780NFa2=Fd1+Fae=2280+500=2780NFa1=Fd1=2280NFd1Fd2Fd1Fd2例：一對(duì)反裝7312AC軸承,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N，F(xiàn)A＝2000N，由1軸承指向2軸承，求Fa1、Fa2。解:①畫(huà)安裝簡(jiǎn)圖,Fd2與FA同向②求Fa1，F(xiàn)a2→

Fd1＝0.68Fr1＝0.68×5000＝3400NFd2＝0.68Fr2＝0.68×8000＝5440NFd2Fd11FA2Fr1Fr2∴Fa1＝Fd2＋FA＝7440N,Fa2＝Fd2＝5440N∵Fd2＋FA＝7440N＞Fd1＝3400N∴Ⅰ緊Ⅱ松例接上題,如果n＝960r/min,fP＝1.2,ft＝1，求軸承壽命解：∵Fa1／Fr1＝7440／5000＝1.488＞e∴X1＝0.41

，Y1＝0.87P1＝fp(X1Fr1＋Y1Fa1)＝1.2×(0.41×5000＋0.87×7440)

＝10227.36N∵Fa2／Fr2＝5440／8000＝0.68=eP2＝Fr2＝9600N∴X2＝1,Y2＝0∵P1＞P2∴Ⅰ軸承危險(xiǎn)(Fa1＝7440N,Fa2=5440N,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N)(查得7212AC軸承的C＝58200N，e＝0.68)1、求Fr1、Fr2:(徑向載荷)→求支反力2、求Fa1、Fa2:(1)徑向接觸軸承(6、1、2類(lèi))FA1212FA兩端固定→FA指向者受力一端固定、一端游動(dòng)→固定端受力(2)角接觸軸承(3、7類(lèi))①畫(huà)安裝簡(jiǎn)圖→求Fd1、Fd2②Fa=放松端:本身的派生軸向力壓緊端:除本身的派生軸向力外其余軸向力之和F1′F2′F1′F2′軸承壽命計(jì)算步驟3求P1、P2:(當(dāng)量動(dòng)載荷Ｐ＝fp(XFr＋YFa)①查判斷系數(shù)e→表13-5深溝球軸承－按Fa/C0

查e角接觸球軸承

α＝15°→按Fa/C0

查eα＝25°、α＝40°圓錐滾子軸承→e=1.5tgα②判Fa/Fr

與e的關(guān)系→定X、Y

Fa/Fr≤e：X=1,Y=0Fa/Fr＞e－軸向力較大,要計(jì)→即：X≠1,Y≠04求Lh(C)當(dāng)量靜載荷：P0=X0Fr+Y0Fa按軸承靜載能力選擇軸承C0≥

S0P0S0軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)查表13—8七、滾動(dòng)軸承的靜載荷1保證支承部分剛性

→以免滾動(dòng)軸承提前破壞如：加大軸承座孔壁厚等2保證支承部分的同心度

→以免滾動(dòng)軸承提前破壞一條軸的兩個(gè)支承用相同軸承,兩軸承孔一次鏜出§13-6軸承裝置的設(shè)計(jì)一、支承部分的剛性和同心度1支點(diǎn)固定型式(1)兩端固定(2)一端固定一端游動(dòng)(3)兩端游動(dòng)2軸承內(nèi)外圈的軸向固定二、軸承的固定（1）兩端固定每個(gè)支點(diǎn)固定一個(gè)方向→雙向均固定C在不受Fa端留間隙

C=0.2~0.3mm應(yīng)用:跨距短,