第12章滾動軸承

本章教學(xué)內(nèi)容第12章——滾動軸承§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型§12-2滾動軸承的代號§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算§12-4滾動軸承的組合設(shè)計§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型因滾動軸承是標準件，主要掌握正確選擇類型和尺寸合理使用：摩擦阻力小，啟動力矩小，效率高。是標準件，選用方便、維護簡單。軸承的作用：支撐軸及軸上零件，減小轉(zhuǎn)動副的摩擦和磨損。滾動軸承滑動軸承：精度高，可承受沖擊載荷。一、滾動軸承的結(jié)構(gòu)保持架4：滾動體3：外圈1：內(nèi)圈2：裝在軸上裝在軸承座孔中在兩套圈之間滾動并傳遞載荷將滾動體均勻隔開

滾動體分為球滾子：圓柱形、圓錐形、滾針、鼓形等各類滾動體多數(shù)情況下，外圈不轉(zhuǎn)動，內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動。當內(nèi)外圈之間相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體沿著滾道滾動。保持架的材料：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料內(nèi)圈、外圈、滾動體用軸承鋼制造§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型構(gòu)造和類型2二、滾動軸承的類型球軸承：滾子軸承：運轉(zhuǎn)靈活，允許的轉(zhuǎn)速高，便宜，但承載能力低。承載能力高，但運轉(zhuǎn)不如球軸承靈活。

剛性軸承：調(diào)心軸承：允許內(nèi)外圈偏轉(zhuǎn)角很小的軸承。允許內(nèi)外圈偏轉(zhuǎn)角較大的軸承。內(nèi)、外圈可以分離的軸承，稱為可分離型軸承◆按可承受的載荷方向不同，滾動軸承分為三類：徑向接觸軸承（向心軸承）向心角接觸軸承（向心推力軸承）軸向接觸軸承（推力軸承）主要用來承受徑向力承受軸向力能同時承受徑向力和較大的軸向力§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型構(gòu)造和類型4深溝球軸承（6）圓柱滾子軸承（N、NU）推力球軸承（5）角接觸球軸承（7）圓錐滾子軸承（3）調(diào)心球軸承（1）徑向接觸軸承類型代號向心角接觸軸承軸向接觸軸承α：接觸角，越大軸向承載能力越大§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型構(gòu)造和類型3－接觸角徑向接觸軸承向心角接觸軸承軸向接觸軸承接觸角α：滾動體的載荷方向線與軸承徑向平面之間的夾角。α↑，承受軸向力的能力↑。與軸頸裝配在一起的套圈稱為軸圈，與軸承座裝配在一起的套圈稱為座圈?！?2-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型常用滾動軸承的類型和特性（表8-3）軸承名稱類型代號結(jié)構(gòu)簡圖與承載方向極限轉(zhuǎn)速主要特性調(diào)心球軸承1中主要承受徑向載荷，也能承受少量的雙向軸向載荷，能自動調(diào)心，允許內(nèi)、外圈軸線相對偏斜2°~3°調(diào)心滾子軸承2低能承受較大的徑向載荷和少量的軸向載荷，能自動調(diào)心，允許內(nèi)、外圈軸線相對偏斜2°~3°圓錐滾子軸承3中能同時承受較大的徑向和軸向載荷，允許內(nèi)、外圈軸線相對偏斜不超過2′。承載能力大于“7”類軸承，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對使用推力球軸承5低只能承受軸向載荷，且作用線必須與軸線相重合，不允許左右兩圈軸線相對偏斜。有承受單向推力的單列軸承（上圖）和承受雙向推力的雙列軸承（下圖）兩類。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處深溝球軸承6高主要承受徑向載荷，也可承受不大的雙向軸向載荷，承受沖擊載荷的能力差，允許內(nèi)外圈軸線相對偏斜2′~10′。當轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。價格低，應(yīng)用廣?！?2-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型角接觸球軸承7較高能同時承受徑向載荷和單向軸向載荷，允許內(nèi)外圈軸線相對偏斜2′~10′，公稱接觸角α有15°、25°、40°三種，因一個軸承只能承受單向軸向力，故一般成對使用圓柱滾子軸承N較高能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷。內(nèi)外圈只允許2′~4′的相對偏斜。除圖示外圈無擋邊（N）、內(nèi)圈無擋邊（NU）結(jié)構(gòu)外，還有外圈單擋邊（NF）、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等結(jié)構(gòu)型式，參見相關(guān)設(shè)計手冊NU滾針軸承NA低只能承受徑向載荷，承載能力大，徑向尺寸小，不允許內(nèi)外圈軸線相對偏斜。除左圖結(jié)構(gòu)外，還有其他結(jié)構(gòu)型式§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型滾動軸承是標準件，由專業(yè)軸承廠生產(chǎn)。因此，對于機械設(shè)計人員，只需根據(jù)工作要求合理地選擇滾動軸承的類型、尺寸；對所選出的軸承進行校核計算；考慮軸承的裝拆、調(diào)整、潤滑和密封等問題，進行滾動軸承的組合設(shè)計。在選擇滾動軸承類型時主要考慮如下幾方面因素：1）載荷方向當FA較小時，可選6類。只受FR時，選徑向接觸軸承（1、2、6、N）。只受FA時，選軸向接觸軸承（5）。同時受FR和

FA時，選向心角接觸軸承（7、3）。載荷大小載荷大或有沖擊振動時，宜選滾子軸承。三、滾動軸承類型的選擇§12-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型2）轉(zhuǎn)速高低

轉(zhuǎn)速高或要求旋轉(zhuǎn)精度高時，宜選球軸承。3）調(diào)心要求

軸的剛度低、跨度大、軸承座孔的同軸度低或多支點軸，選調(diào)心軸承。1或2類4）安裝和拆卸要求裝拆方便時，選用可分離型軸承。N或3類5）經(jīng)濟性球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜?！?2-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)與類型（一）、基本代號前置代號基本代號后置代號成套軸承部件代號第1位第2位第3位第4位第5位內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號公差等級代號游隙代號類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號寬/高度系列代號直徑系列代號用代號表示軸承的類型、尺寸、精度等，并打印在軸承上。1.內(nèi)徑代號：代號0001020304～96內(nèi)徑d10121517代號×5用數(shù)字或字母表示§12-2滾動軸承的代號代號23.類型代號：常用軸承有：6、7、3、5、N、1、2等類型，詳見表12-4。1.公差等級代號：分為/P0、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五級。低級

高級

2.尺寸系列代號：尺寸系列：指內(nèi)徑相同時，軸承有不同的外徑（直徑系列）和不同的寬度（寬度系列）或高度。0級省略

(二)、后置代號（見表12-4）2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；軸向接觸軸承為高度系列直徑系列代號：對于同一內(nèi)徑可制成不同外徑和寬度寬/高度系列代號：表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)。只用于圓錐滾子軸承

§12-2滾動軸承的代號對于同一內(nèi)徑可制成不同的寬度舉例6217公差等級為0級（省略）軸承內(nèi)徑d=17×5mm=85mm尺寸系列代號（0）2，其中寬度系列為0（省略），直徑系列為2類型代號，深溝球軸承§12-2滾動軸承的代號30220/P6X公差等級為6X級軸承內(nèi)徑d＝5x20＝100mm尺寸系列，寬度系列為0（不能省略），直徑系列為2類型代號，圓錐滾子軸承公差等級為4級軸承內(nèi)徑d=14×5=70mm尺寸系列代號（0）3其中寬度系列為0（省略），直徑系列為3類型代號，角接觸球軸承7314AC/P4公稱接觸角α=25°§12-2滾動軸承的代號§8-3滾動軸承的計算§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算1）疲勞點蝕內(nèi)、外圈滾道和滾動體表面上受到脈動循環(huán)的接觸應(yīng)力，引起疲勞點蝕點蝕使軸承產(chǎn)生振動和噪音，旋轉(zhuǎn)不靈活。2）塑性變形對于轉(zhuǎn)速很低（n<10r/min)或間歇擺動的軸承，因過大的靜載荷或沖擊載荷作用，使?jié)L動體，內(nèi)、外圈滾道或保持架產(chǎn)生塑性變形，形成不均勻的凹坑。此外，還可能出現(xiàn)保持架破壞、套圈斷裂、滾動體破碎等失效。一、滾動軸承的失效形式計算準則（1）正常工作條件下做回轉(zhuǎn)運動的滾動軸承，主要發(fā)生疲勞點蝕，故應(yīng)進行接觸疲勞壽命計算；當載荷變化較大或有較大沖擊載荷時，還應(yīng)增加靜強度校核。（2）轉(zhuǎn)速很低或擺動的軸承，只需作靜強度計算。3）基本額定動載荷：基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時軸承所能承受的載荷，以C表示。它表征了軸承的承載特性，具體值查軸承標準。對徑向接觸軸承，C

是純徑向載荷。對軸向接觸軸承，C是純軸向載荷。2）基本額定壽命：指一批同型號的軸承，在相同工作條件下運轉(zhuǎn)，其中有10％的軸承產(chǎn)生疲勞點蝕時轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)L10，或一定轉(zhuǎn)速下的小時數(shù)Lh10。顯然，軸承在基本額定動載荷C作用下，運轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞點蝕的可靠度為90%。1）滾動軸承的壽命：是指軸承中任何一個滾動體或內(nèi)、外圈滾道上出現(xiàn)疲勞點蝕前軸承轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下總的工作小時數(shù)。軸承壽命的差別是很大的二、軸承壽命與壽命計算1.基本概念4）當量動載荷：是一個假想載荷。在這個載荷作用下，軸承的壽命與實際載荷作用時的壽命相同，用FP表示。向心角接觸軸承的C是所受載荷的徑向分量。§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算當量動載荷三、當量動載荷的計算式中：FR

、FA

—分別為軸承承受的徑向載荷和軸向載荷；X、Y—軸承的徑向載荷系數(shù)與軸向載荷系數(shù),表12-8當量動載荷式中：FP－當量動載荷；n－軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）；－壽命指數(shù)，球軸承：

＝3；滾子軸承：

＝10/3常以設(shè)備的中修期或大修期作為軸承的設(shè)計壽命。2.軸承壽命計算ft－溫度系數(shù)，見表12-6。fP－載荷系數(shù)，見表12-7?！?2-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算用小時表示內(nèi)部軸向力四、向心角接觸軸承軸向載荷的計算1.內(nèi)部軸向力Fs在徑向力FR作用下，各受載滾動體的軸向分力Fsi之和，即為軸承的內(nèi)部軸向力Fs。內(nèi)部軸向力表12-9300007000C7000AC7000BFs=FR／(2Y)Fs≈0.4FRFs＝0.68FRFs＝1.14FRFRFni方向：外圈的寬邊→窄邊,使內(nèi)外圈有分離的趨勢。成對使用反向安裝§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算正裝（面對面）反裝（背靠背）成對使用的向心角接觸軸承通常有兩種安裝方法：§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算如果Fa+SⅡ>SⅠ,則軸左移,左端軸承被壓緊(稱為緊端),右端稱為松端:FaⅠ=Fa+SⅡ,FaⅡ

=SⅡ如果Fa+SⅡ<SⅠ,則軸右移,右端軸承被壓緊(稱為緊端),左端稱為松端:FaⅡ=SⅠ-Fa,FaⅠ=SⅠ2.軸向載荷計算如果Fa+SⅡ=SⅠ,則:FaⅡ=SⅡ,FaⅠ=SⅠ§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算結(jié)論:松端軸承所受軸向力為其自身的派生軸向力，緊端軸承所受軸向力為外加軸向力和松端派生軸向力的代數(shù)和3.軸向載荷計算§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算內(nèi)部軸向力四、向心角接觸軸承軸向載荷的計算3.載荷作用中心滾動體的載荷方向線與軸線的交點o即為軸承的載荷作用中心（支反力的作用點）。距離a可查軸承手冊。aFRFni§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算§13-5滾動軸承的靜強度計算轉(zhuǎn)速很低或緩慢擺動的軸承，為防止塑性變形失效，需計算靜強度。當量靜載荷FP0FP0=X0FR+Y0FA式中：X0、Y0－為靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷系數(shù)，查表12－10。

基本額定靜載荷C0－使軸承中受載最大滾動體的接觸應(yīng)力達到下列規(guī)定值(球軸承：4200MPa；調(diào)心軸承：4600MPa；滾子軸承：4000MPa)的載荷。徑向接觸軸承的C0

是徑向載荷。向心角接觸軸承的C0

是所受載荷的徑向分量。軸向接觸軸承的C0

是中心軸向載荷。注：如計算的FP0＜FR，取FP0＝FR。靜強度條件為：式中：S0－靜強度安全系數(shù)，查表12－11。FP0≤五、滾動軸承的靜載荷計算§12-3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算§12-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計

軸承的組合設(shè)計實際上就是如何在機器中合理的使用軸承。組合設(shè)計主要考慮滾動軸承軸系的固定、軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整、軸承的配合、潤滑和密封、裝拆等問題。一端軸承的固定只限制軸沿一個方向的竄動，兩端軸承的固定合起來限制軸的雙向竄動?！?2-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計一、軸系的固定1.兩端固定特點：結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整容易，適用于溫度變化不大的短軸對于深溝球軸承，應(yīng)留熱補償間隙，常取Δ＝0.25-0.4mm．可調(diào)間隙的軸承安裝時在軸承內(nèi)留軸向間隙．①要求軸、軸承及軸上零件相對于機架具有準確的位置，軸及軸上零件不能沿軸向竄動以將載荷傳遞到機架上。②軸受熱膨脹后，軸能自由伸縮，不能將軸承卡死。組合設(shè)計22.一端固定一端游動左端軸承固定（內(nèi)外圈在軸向都固定）并限制軸的雙向竄動；右端軸承為游動支承，可隨軸的伸縮在軸承座孔中沿軸向游動。對不可分離型軸承，只需固定內(nèi)圈，其外圈在軸承座孔內(nèi)可以軸向游動。特點：軸的工作穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適用于溫度變化大的長軸。一端固定一端游動§12-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計組合設(shè)計31.軸承間隙的調(diào)整間隙的大小直接影響軸的旋轉(zhuǎn)精度、軸承的載荷分布、噪聲、壽命等。徑向接觸軸承的間隙是在制造時保證的（出廠后不能調(diào)整）調(diào)整方法有：1）增減墊片2）調(diào)整螺釘向心角接觸軸承（7、3類）的游隙是在安裝時通過調(diào)整來保證二、滾動軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整§12-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計

2.軸系軸向位置的調(diào)整目的：使軸上零件在安裝時有準確的工作位置。例如：蝸輪的中間平面應(yīng)通過蝸桿軸線；兩個錐齒輪的錐頂要重合方法：用墊片調(diào)整§12-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計三、滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。轉(zhuǎn)動套圈的配合應(yīng)緊一些，不動套圈的配合應(yīng)松一些。轉(zhuǎn)速高、載荷大、振動強烈時，配合應(yīng)緊；由于滾動軸承是標準件，故內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，只標注軸；如：n6、m6、k6、js6。如：J7、J6、H7、G7外圈與軸承座孔的配合采用基軸制，只標注孔。§12-4滾動軸承部件的組合設(shè)計四、滾動軸承的安裝與拆卸在裝拆過程中不能損壞軸承,不能通過滾動體來傳力，以免造成滾道或滾動體的損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時以使用專門的工具為宜。配合過盈量小的中、小型軸承可用手錘打入或壓力機壓入；配合過盈量大的軸承常用溫差法裝配。為了拆卸，給滾動軸承定位的軸肩高不應(yīng)超過軸承內(nèi)圈的高度?！?2-4滾動軸承部件的組合設(shè)計滾動軸承的潤滑與密封五、滾動軸承的潤滑1．潤滑的主要作用降低摩擦，減少磨損；油潤滑可以到起散熱、冷卻作用；滾動體與滾道之間形成的油膜，可以起緩沖、吸振作用；軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以起防銹作用。式中：d－軸承內(nèi)徑（mm)；2．潤滑方式的選擇常用的潤滑方式脂潤滑油潤滑

dn＜（2～3)×105mm·r/min

dn≥(2～3)×105mm·r/minn－軸承的轉(zhuǎn)速（r/min)。脂潤滑：阻力大，但不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運轉(zhuǎn)較長時間,但為避免軸承過熱，填充量不宜過多。油潤滑：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán)境下使用。要選擇油的種類及粘度，潤滑方式（常有噴油或浸油兩種）。--高速高溫時§12-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計潤滑與密封2密封方法：1）接觸式密封軸與密封件接觸，軸轉(zhuǎn)速高時不宜。如：氈圈、皮碗密封等氈圈密封皮碗式密封防塵為主防漏為主六、滾動軸承的密封2）防止?jié)櫥瑒┝魇В缐m－－防漏1）阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進入軸承氈圈密封：將矩形毛氈圈塞在梯形槽中，并與軸接觸。結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但摩擦損失較大，主要用于速度較低、脂潤滑的場合。皮碗密封：工作條件使用范圍廣，在機械設(shè)備上應(yīng)用廣泛?！?2-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計潤滑與密封2密封方法：1）接觸式密封2）非接觸式密封如：間隙密封、迷宮式密封、封油盤密封3）組合密封：將各種密封方法組合使用提高密封效果。如：迷宮+氈圈間隙密封迷宮式密封（徑向曲路），還有軸向曲路非接觸式密封：不受工作速度的限制，基本上不存在摩擦磨損，但密封介質(zhì)的泄漏量比接觸式大。封油盤密封封油盤密封：用于軸承脂潤滑而齒輪油潤滑?！?2-4

滾動軸承部件的組合設(shè)計小結(jié)滾動軸承的類型和代號，如：6209滾動軸承的類型選擇滾動軸承的失效形式及設(shè)計準則掌握軸承壽命計算軸承壽命的計算式為5.當量動載荷的計算6.向心角接觸軸承軸向力的計算，注意要考慮內(nèi)部軸向力7.滾動軸承的組合設(shè)計，包括：軸系的固定、軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整、軸承的配合、潤滑和密封、裝拆等第12章——滾動軸承補充題1.一軸用一對角接觸球軸承7212AC支承，面對面（外圈窄邊相對）安裝，軸上受力情況如圖所示，軸上外載荷FX=2500N，兩個軸承所受徑向載荷分別為：FR1=4000N，F(xiàn)R2=3000N，載荷平穩(wěn)，試求軸承1和軸承2的：(1)、軸向載荷FA1、FA2(2)、當量動載荷FP1、FP2(3)、哪個軸承的計算壽命低？為什么？

注：內(nèi)部軸向力Fs=0.68FR，當FA/FR≤e時，X=1，Y=0；當FA/FR>e時，X=0.41，Y=0.87