機(jī)械設(shè)計(jì)第十五章滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)

作業(yè)：

P30315.1，15.3，15.4第十五章滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)§15-1滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類型和選擇各零件的作用：外圈：與機(jī)座的孔配合；保持架:將滾動(dòng)體分開。內(nèi)圈：與軸頸配合；滾動(dòng)體：滑動(dòng)滾動(dòng)；滾動(dòng)軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架。內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿著滾道滾動(dòng)。滾動(dòng)副的材料要求：一、滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承的裝配保持架：低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。硬度和接觸疲勞強(qiáng)度↑

、耐磨性和沖擊韌性↑

用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達(dá)：61~65HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便、和易于互換等。缺點(diǎn)：抗沖擊能力差、高速時(shí)出現(xiàn)噪音。滾動(dòng)軸承按其承受載荷的方向（接觸角）和滾動(dòng)體的形狀分類。滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)化;并由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)。設(shè)計(jì)人員的主要任務(wù)是:熟悉標(biāo)準(zhǔn)，正確選用。軸承類型按承受載荷方向或接觸角分向心軸承推力軸承二、分類α=0?表16-1各類軸承的公稱接觸角軸承類型公稱接觸角向心軸承主要承受徑向載荷推力軸承主要承受軸向載荷徑向接觸角接觸軸向接觸角接觸0?<α<45?αα=90?α45?<α<90?α接觸角：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之間的夾角稱為公稱接觸角。軸承類型按載荷方向分按滾動(dòng)體形狀分向心軸承推力軸承圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針球軸承滾子軸承二、分類表16-2滾動(dòng)軸承的主要類型和特性軸承名稱、類型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用調(diào)心球軸承10000中2?~3?

主要承受徑向載荷，同時(shí)也能承受少量軸向載荷。因?yàn)橥鉂L道表面是以軸承中點(diǎn)為中心的球面，故能調(diào)心。調(diào)心滾子軸承20000C低0.5?~2?

比10000小能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大，具有調(diào)性能。圓錐滾子軸承30000中2’能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對(duì)使用。推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。a)單向表16-2滾動(dòng)軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。b)雙向深溝球軸承60000高8’~16’能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對(duì)使用。角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)較高2’~10’能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。α大，承載能力越大，有三種規(guī)格。成對(duì)使用。表16-2滾動(dòng)軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用表16-2滾動(dòng)軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應(yīng)用推力圓柱滾子軸承80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。圓柱滾子軸承N0000較高2’~4’能承受較大的徑向。因線性接觸，內(nèi)外圈只允許有小的相對(duì)偏轉(zhuǎn)。除N結(jié)構(gòu)外，還有內(nèi)圈無(wú)擋邊(NU)、外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等型式滾針軸承a)NA0000b)RNA0000低只能承受徑向載荷。承載能力大，徑向尺寸特小。一般無(wú)保持架，因而滾針間有摩擦，極限轉(zhuǎn)速低。不允許a)b)1.承載能力承受徑向載荷為主；幾點(diǎn)說(shuō)明：由于結(jié)構(gòu)不同，各類軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說(shuō)明如下。滾子軸承≈(1.5~3)球軸承2.極限轉(zhuǎn)速當(dāng)d≤20mm時(shí)，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。0?<α<45?→45?<α<90?→承受軸向載荷為主；α=0?→α=90?→滾動(dòng)體為滾子，則只能承受徑向載荷；若滾動(dòng)體為球，可承受一定的軸向載荷。只能承受軸向載荷。轉(zhuǎn)速過高→ 溫度↑→

潤(rùn)滑失效

→

滾動(dòng)體回火或膠合破壞。極限轉(zhuǎn)速----滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤(rùn)滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。大載荷采用滾子軸承在同樣的外形尺寸下。3.角偏差影響軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。角偏差↑→

可采用調(diào)心軸承。滾針軸承對(duì)軸線傾斜最敏感，應(yīng)盡可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會(huì)引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對(duì)傾斜。其傾斜角稱為角偏差。調(diào)心軸承θ三、軸承類型的選擇工作載荷、轉(zhuǎn)速、支承剛性、安裝精度、成本

n高，載荷小，旋轉(zhuǎn)精度高→球軸承n低，載荷大，或沖擊載荷→滾子軸承

主要受Fr→向心軸承主要受Fa，n不高時(shí)→推力軸承2）載荷1）轉(zhuǎn)速——角接觸球軸承7類（n較高時(shí)）同時(shí)受Fr和Fa均較大時(shí)——圓錐滾子軸承3類（n較低時(shí)）Fr較大，F(xiàn)a較小時(shí)Fa較大，F(xiàn)r較小時(shí)——深溝球軸承——深溝球軸承+推力球軸承推力角接觸軸承4）成本

優(yōu)先考慮用普通公差等級(jí)的深溝球軸承，旋轉(zhuǎn)精度較高時(shí)——較高的公差等級(jí)和較小的游隙3）軸的剛性、軸承孔同心度軸的剛性較差，軸承孔不同心——調(diào)心軸承

兩軸承座孔軸線不對(duì)中或由于加工、安裝誤差和軸撓曲變形大等原因使軸承內(nèi)、外圈傾斜角較大

滾動(dòng)軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級(jí)、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào)，§15-2滾動(dòng)軸承的代號(hào)寬(高)度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)共5位后置代號(hào)表16-3滾動(dòng)軸承代號(hào)的排列順序類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)注：代表字母；代表數(shù)字或加2.基本代號(hào)：表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。類型代號(hào)----左起第一位，為0（雙列角接觸球軸承）則省略。是軸承代號(hào)的基礎(chǔ)，有三項(xiàng)成套軸承分部件代號(hào)1.前置代號(hào)----成套軸承分部件代號(hào)。0調(diào)心滾子軸承20000C圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向b)雙向深溝球軸承60000角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000調(diào)心球軸承10000省略寬度代號(hào)為0內(nèi)徑相同，而直徑系列代號(hào)不同的四種軸承的比較。000300400200尺寸系列代號(hào)----左起第二、三位。特輕輕中重寬(高)度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)

后置代號(hào)表16-3滾動(dòng)軸承代號(hào)的排列順序（）類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號(hào)表16-4向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號(hào)直徑系列代號(hào)推力軸承向心軸承01(0)0(0)1101120211011234特輕輕中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常寬正常尺寸系列代號(hào)寬度系列代號(hào)高度系列代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)----基本代號(hào)左起第四、五位。表16-5軸承的內(nèi)徑代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)軸承內(nèi)徑尺寸mm001001020304~99數(shù)字

5121517寬(高)度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)

后置代號(hào)表16-3滾動(dòng)軸承代號(hào)的排列順序（）類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號(hào)3.后置代號(hào)----用字母（或加數(shù)字）表示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)表16-6軸承后置代號(hào)排列順序后置代號(hào)組含義1密封與防塵套圈變形238保持架及材料游隙軸承材料公差等級(jí)配置其它7456寬(高)度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)

后置代號(hào)表16-3滾動(dòng)軸承代號(hào)的排列順序（）類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號(hào)注：公差等級(jí)中0級(jí)最低，向右依次增高，2級(jí)最高。表16-7軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用代號(hào)軸承類型代號(hào)含義示例

Bα=40?7210B

角接觸球軸承Cα=15?7210C

ACα=25?7210AC圓錐滾子軸承B接觸角α加大32310BE

加強(qiáng)型

N207E表16-8公差等級(jí)代號(hào)代號(hào)省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等級(jí)符合標(biāo)準(zhǔn)的0級(jí)6級(jí)6x級(jí)5級(jí)4級(jí)2級(jí)示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2實(shí)例：說(shuō)明滾動(dòng)軸承62203和7312AC/P6的含義622037(0)312AC/P6軸承內(nèi)徑d=17mm直徑系列代號(hào)，2(輕)系列寬度系列代號(hào)，2(寬)系列深溝球軸承公稱接觸角α=25?軸承內(nèi)徑d=12×5=60mm直徑系列代號(hào)，3(中)系列寬度系列代號(hào)，0(窄)系列，代號(hào)為0，不標(biāo)出角接觸球軸承公差等級(jí)6級(jí)§15-3滾動(dòng)軸承的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則Fr一、滾動(dòng)體的受力分析受純徑向載荷Fr時(shí)，上半圈滾動(dòng)體不受力；下半圈各滾動(dòng)體受力大小方向均不同?？梢詫?dǎo)出：

z為滾動(dòng)體的總數(shù)。所有水平分力相互抵銷，鉛垂分力與外載荷平衡。受純軸向載荷時(shí)，各滾動(dòng)體受力相同；徑向載荷的分布Fmaxδ0固定套圈——穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力

滾動(dòng)體——不穩(wěn)定脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力二、滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

主要失效形式：

1）疲勞點(diǎn)蝕

安裝潤(rùn)滑和維護(hù)良好2）塑性變形

轉(zhuǎn)速很低或作間歇擺動(dòng)

3）磨損、膠合潤(rùn)滑不良、密封不嚴(yán)、多塵條件

計(jì)算準(zhǔn)則：一般軸承——疲勞壽命計(jì)算（針對(duì)點(diǎn)蝕）靜強(qiáng)度計(jì)算；低速或擺動(dòng)軸承——只進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算；高速軸承——進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算、校驗(yàn)極限轉(zhuǎn)速。與主要失效形式相對(duì)應(yīng)，滾動(dòng)軸承具有三個(gè)基本性能參數(shù)：滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動(dòng)載荷Cr（徑向）或Ca（軸向），滿足一定靜強(qiáng)度要求的基本額定靜載荷C0r（徑向）或C0a（軸向）和控制軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速N0。各種軸承的性能指標(biāo)值等可查附錄或有關(guān)手冊(cè)。對(duì)一組同一型號(hào)的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機(jī)因素的影響，即使在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對(duì)一個(gè)具體的軸承，很難預(yù)知其確切的壽命。實(shí)驗(yàn)表明：壽命與可靠性有關(guān)。如圖一、軸承壽命定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞破壞之前的工作小時(shí)數(shù)。可靠度：一組相同軸承能達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分比.對(duì)于單個(gè)軸承而言，其損壞的可能性只有90%單位為百萬(wàn)轉(zhuǎn)106r，或小時(shí).壽命為1百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí).可靠度為90%，壽命為5百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí).可靠度只有50%，2051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×106r)軸承壽命§15-4滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算基本額定壽命：一組同一型號(hào)軸承，在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時(shí)，能達(dá)到的壽命L(Lh)在到達(dá)額定壽命時(shí)，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%?；绢~定動(dòng)載荷：當(dāng)一套軸承運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷C。向心軸承記為：Cr可查表推力軸承記為：Ca大量試驗(yàn)得如下關(guān)系：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時(shí)表示：P---當(dāng)量動(dòng)載荷

當(dāng)t>100℃時(shí)，→C↓引進(jìn)溫度系數(shù)ft進(jìn)行修正。310/3ε=一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下，滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用下的壽命。表16-9溫度系數(shù)軸承工作溫度℃溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60表16-10載荷系數(shù)

載荷性質(zhì)無(wú)沖擊或輕微沖擊中等沖擊強(qiáng)烈沖擊fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0修正結(jié)果：工作中沖擊振動(dòng)→C↓引進(jìn)載荷系數(shù)fP

進(jìn)行修正。表16-11軸承預(yù)期壽命Lh的參考值使用場(chǎng)合不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備500Lh/h

短時(shí)間或間斷使用，中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果4000~8000間斷使用，中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重后果8000~12000每天8h工作的機(jī)械12000~20000每天24h連續(xù)工作的機(jī)械