機械設(shè)計基礎(chǔ)（第5版）課件：滾動軸承

1滾動軸承2第六節(jié)滾動軸承的類型、特點和選擇一、滾動軸承的學(xué)習(xí)重點1.掌握滾動軸承的類型、特點及應(yīng)用，合理選用軸承；2.掌握軸承壽命計算；3.正確進行軸承組合設(shè)計。3二、滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型圖12-19滾動軸承的結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)1)外圈

裝在機座或軸承孔內(nèi),一般不轉(zhuǎn)動。2)內(nèi)圈

裝在軸頸上，隨軸轉(zhuǎn)動。3)滾動體

即自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，是形成滾動摩擦的主要元件。4)保持架均勻分隔滾動體，避免滾動體間產(chǎn)生摩擦和偏集。

42.滾動體的形狀球滾子滾動體形狀圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針

53.滾動軸承的分類（按承受的載荷方向分）1）向心軸承

用于承受徑向載荷或主要承受徑向載荷的軸承。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，有些向心軸承也能承受一定量的軸向載荷。如：深溝球軸承。2）推力軸承

只能承受軸向載荷的軸承。3）向心推力軸承（角接觸軸承）

能同時承受徑向和軸向載荷，一般以承受徑向載荷為主。4）推力向心軸承主要承受軸向載荷，也承受一定的徑向載荷。64.常用滾動軸承的類型、結(jié)構(gòu)特點和主要性能見P207表12-61）允許偏斜角軸承內(nèi)、外圈軸線相對偏斜的允許角度。2）接觸角αα是角接觸軸承的滾動體與外圈滾道接觸點處的法線與軸承半徑方向的夾角。α角越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。3）極限轉(zhuǎn)速

極限轉(zhuǎn)速是指當(dāng)量動載荷P≤0.1C,冷卻條件正常，0級公差軸承的最大允許轉(zhuǎn)速。（C—基本額定動載荷）7三、滾動軸承的代號

為便于設(shè)計、生產(chǎn)和使用，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軸承的代號。代號打印在軸承的端面上。滾動軸承代號的構(gòu)成81.內(nèi)徑代號

軸承的內(nèi)徑代號用基本代號右起第一、二兩位數(shù)字表示，對常用內(nèi)徑d=20~480mm的軸承，d=內(nèi)徑代號×5，如：04表示d=4×5=20mm。內(nèi)徑為10mm~20mm以下軸承的代號為：內(nèi)徑代號10mm12mm15mm17mm00010203

對于d<10mm及d>480mm軸承的代號，國標(biāo)另有規(guī)定。92.直徑系列代號用基本代號右起第三位數(shù)字表示。

表示內(nèi)徑相同的同類軸承有幾種不同的外徑、寬度和滾動體。代號：7、8、9、0、1、2、3、4、5

內(nèi)徑相同，外徑和寬度依次遞增。直徑系列對比103.寬度系列代號用基本代號右起第四位數(shù)字表示。

表示結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑和直徑系列都相同的軸承其寬度的變化。

正常寬度系列的代號為“0”，多數(shù)軸承在代號中不必標(biāo)出。但對于調(diào)心滾子軸承（10000型）和圓錐滾子軸承（30000型）“0”必須標(biāo)出。114.軸承類型代號用基本代號右起第五位數(shù)字或字母表示。詳見表12-6。5.內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號（后置代號）表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：角接觸球軸承70000Cα=150

70000ACα=250

70000Bα=400

125.軸承的公差等級（后置代號）

軸承的公差等級用后置代號中的字母和數(shù)字表示。

按精度由高到低排列為：等級代號24566x0/P2/P4/P5/P6/P6x/P0“0級”為普通級，在代號中省略?！?x級”僅適用于圓錐滾子軸承。136.游隙代號（后置代號）

常用軸承的徑向游隙系列按徑向間隙由小到大分為：組別代號120345/C1/C2/C0/C3/C4/C5“0”組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標(biāo)出。其余代號均須標(biāo)出。軸承代號舉例：1)6

2

04

（60204/P0

/C0

）內(nèi)徑d=4×5=20mm直徑系列2

深溝球軸承省略：

正常寬度系列0；“0級”公差；“0組”游隙。14

2)7

2

11

C/P55級公差接觸角α=150

內(nèi)徑d=11×5=55mm直徑系列2角接觸球軸承70211C/P5/C0

省略：0組游隙正常寬度系列0153）3

0

3

12

B/P6x/C55組游隙6x級公差接觸角α=270~300內(nèi)徑d=12×5=60mm直徑系列3寬度系列0（必須標(biāo)出）圓錐滾子軸承16四、滾動軸承的類型選擇1.考慮載荷的大小和性質(zhì)載荷大且有沖擊振動時，宜選用滾子軸承；載荷小且平穩(wěn)時，可選用球軸承。2.軸承轉(zhuǎn)速軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速。

球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，宜選用球軸承。

同類軸承中，直徑系列小的（外徑?。┹S承宜用于高速，反之用于低速。173.載荷方向1）承受純徑向載荷60000—深溝球軸承N0000—圓柱滾子軸承2）承受純軸向載荷單向：51000—單向推力球軸承雙向：52000—雙向推力球軸承3）同時承受徑向和軸向載荷30000、70000C、30000B、70000AC、70000B、6000圓錐滾子軸承角接觸球軸承深溝球軸承184.調(diào)心性能

主要用于軸的彎曲變形大、跨距大、軸承座的剛度低、多支點等場合。10000—調(diào)心球軸承

20000—調(diào)心滾子軸承5.裝拆要求

對需要經(jīng)常裝拆，或支承長軸的軸承，為便于裝拆，應(yīng)選用內(nèi)、外圈可分離的軸承。30000—圓錐滾子軸承

N0000—圓柱滾子軸承196.結(jié)構(gòu)尺寸要求

當(dāng)徑向尺寸受到限制時，可選用滾針軸承(NA0000)，如：曲柄銷及萬向聯(lián)軸器中的軸承。7.經(jīng)濟性要求1）特殊結(jié)構(gòu)軸承較一般結(jié)構(gòu)軸承的價格高；2）滾子軸承較球軸承價格高；3）公差等級不同，價格相差懸殊。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用0級公差軸承。8.當(dāng)徑向載荷與軸向載荷均較大時可將徑向軸承和推力軸承組合使用。20第七節(jié)滾動軸承的失效形式和選擇計算

軸承工作時只有下半圈滾動體受載，滾動體作行星運動，受周期性不穩(wěn)定變應(yīng)力作用。

轉(zhuǎn)動圈滾道上各點的受力情況與滾動體相同。

固定圈在承載區(qū)內(nèi)的各接觸點，處在不同位置，接觸應(yīng)力大小不同。對某一具體的點，只有與滾動體接觸時才受載，載荷大小不變。故為脈動循環(huán)應(yīng)力。滾動體、內(nèi)圈和外圈工作時均受變載荷作用。21二、失效形式1.滾動體與內(nèi)、外圈滾道的表面發(fā)生疲勞點蝕；2.對轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動軸承，在過大靜載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承元件在接觸處產(chǎn)生局部塑性變形。3.磨損5.元件破損內(nèi)、外圈及保持架破裂。

在安裝、潤滑、維護良好條件下工作的軸承，其主要失效形式是疲勞點蝕。4.膠合（高速、潤滑不良）22三、設(shè)計準(zhǔn)則1.一般工作條件下的軸承，主要失效形式是疲勞點蝕，應(yīng)進行壽命計算。2.對于擺動或轉(zhuǎn)速極低的軸承，主要失效形式是塑性變形，應(yīng)進行靜強度計算。3.高速轉(zhuǎn)動軸承會產(chǎn)生膠合破壞，除需作壽命計算外，還應(yīng)校核極限轉(zhuǎn)速。23四、滾動軸承的壽命計算1.滾動軸承的壽命（疲勞壽命）

軸承在其任一元件出現(xiàn)第一個疲勞點蝕坑前所經(jīng)歷的運轉(zhuǎn)總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的總小時數(shù)，稱為軸承壽命。

受材質(zhì)和熱處理的不均勻性及制造誤差等因素影響，既使完全相同的軸承在相同的條件下工作，各軸承的壽命差異很大，故很難預(yù)知一個軸承的壽命。

故計算軸承時，以在概率條件下的軸承基本額定壽命為依據(jù)。242.軸承的基本額定壽命1）軸承的壽命分布曲線

該圖由實驗得出，表明軸承的壽命與可靠度間的關(guān)系。

要求軸承的可靠度越高，則軸承的壽命就越低。2）基本額定壽命

軸承可靠度—一組相同軸承能夠達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率稱為軸承壽命的可靠度R。

基本額定壽命—90%的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前所能達(dá)到的壽命。以L10表示。軸承壽命分布曲線253.基本額定動載荷疲勞壽命取決于應(yīng)力的大小和應(yīng)力作用的次數(shù)。

為了比較軸承抵抗疲勞點蝕破壞的承載能力，規(guī)定軸承在一定的條件下：即壽命為106轉(zhuǎn)，可靠度為90%時，所能承受的載荷為基本額定動載荷。

基本額定動載荷—軸承的基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時所能承受的載荷。

基本額定動載荷C表征了不同型號軸承的抗疲勞點蝕失效的能力，是選擇軸承型號的主要依據(jù)。26基本額定動載荷的確定條件：1）軸承材料為高質(zhì)量的淬硬鋼；2）軸承的可靠度為90%；3）基本額定壽命為：L10=106r；4)對向心軸承，受大小、方向恒定的純徑向載荷，軸承內(nèi)、外圈之間只產(chǎn)生純徑向位移；5)對推力軸承，受大小、方向恒定的純軸向載荷，軸承內(nèi)、外圈之間只產(chǎn)生純軸向位移；6）工作溫度t≤1200。274.軸承的壽命計算

右圖為滾動軸承的疲勞曲線，表明軸承的載荷與壽命間的關(guān)系。曲線方程：（12-7）當(dāng)L=1(106轉(zhuǎn))時，P=C(12-8)ε—壽命指數(shù)球軸承：ε=3滾子軸承：ε=10/3

滾動軸承的疲勞曲線28當(dāng)軸承的壽命以小時（h）表示時；（h）(12-9)使用上述計算式時還應(yīng)考慮兩個修正系數(shù)：1）載荷系數(shù)fP

軸承的基本額定動載荷C是在穩(wěn)定載荷條件下確定的，當(dāng)軸承受非穩(wěn)定載荷時，會使軸承壽命相應(yīng)降低。應(yīng)引入fP

修正C值,fP由P212表12-10查取。2）溫度系數(shù)ft

軸承的基本額定動載荷C是在軸承工作溫度t≤1200時確定的，當(dāng)t>1200時，也將影響軸承的承載能力，應(yīng)引入ft修正C值。ft由P212表12-9查取。29

在考慮載荷系數(shù)和溫度系數(shù)后，軸承壽命計算式為：（12-10）（12-11）或：—軸承的預(yù)期壽命，由P213表12-11確定。305.滾動軸承的當(dāng)量動載荷P

軸承的基本額定動載荷C是在特定條件下確定的，軸承的工作條件一般與特定條件不同，故計算軸承壽命時，需將實際載荷轉(zhuǎn)換成與確定基本額定動載荷C時的條件相一致的假想載荷，在其作用下的軸承壽命與實際載荷作用下的壽命相同，這一假想載荷稱為當(dāng)量動載荷P。當(dāng)量動載荷的計算1）當(dāng)軸承同時受徑向和軸向載荷作用時2）當(dāng)軸承只受純徑向載荷作用時3）當(dāng)軸承只受純軸向載荷作用時31

X—徑向載荷系數(shù)

Y—軸向載荷系數(shù)X、Y由P213表12-12根據(jù)Fa/Fr與e的關(guān)系確定。

e—軸向載荷Fa對當(dāng)量動載荷P的影響程度系數(shù)。當(dāng)Fa/Fr≤e時不計Fa的影響，當(dāng)Fa/Fr>e時應(yīng)計入。

對深溝球軸承（60000）及角接觸球軸承（70000C)應(yīng)先計算相對軸向載荷，再由表12-12查出e。中間值用內(nèi)插法計算。326.角接觸軸承的軸向載荷計算1）內(nèi)部軸向力S

承載區(qū)內(nèi)的滾動體受法向載荷Fi，各滾動體的徑向分力之和∑Fri=∑Ficosα與外載荷Fr平衡。各滾動體的軸向分力之和為內(nèi)部軸向力,S=∑Fai=∑Fisinα。當(dāng)半圈滾動體受載時，S≈1.25Frtanα。S的近似計算公式見P215表12-13。角接觸軸承的內(nèi)部軸向力a）角接觸球軸承b）圓錐滾子軸承332)角接觸軸承的裝配形式

角接觸向心軸承（30000、70000）通常成對使用，并反向安裝。a)正裝（面對面安裝）

正裝可縮短軸的支承跨距。

兩軸承的內(nèi)部軸向力相對。34正裝：便于軸承間隙調(diào)整。調(diào)整墊片35b)反裝（背靠背安裝）

反裝會加大軸的跨距，常用于支承外伸梁，以減小懸臂長度。

兩軸承的內(nèi)部軸向力相背。36反裝：軸承間隙調(diào)整不便。373）成對安裝角接觸軸承軸向載荷的計算正裝：a)當(dāng)S2+Fa>S1時III

軸有向左移動趨勢，為保持平衡需對軸承I施加一個向右的平衡力。軸承I被壓緊

軸承II被放松38

被壓緊軸承所受的軸向力等于除本身內(nèi)部軸向力以外的所有軸向力的代數(shù)和。被放松軸承所受的軸向力就是其內(nèi)部軸向力。39b)當(dāng)S2+Fa<S1

時：

軸有向右移動趨勢，為保持平衡需對軸承II施加一個向左的平衡力。軸承II被壓緊：

軸承I被放松：III40

被壓緊軸承所受的軸向力等于除本身內(nèi)部軸向力以外的所有軸向力的代數(shù)和。被放松軸承所受的軸向力就是其內(nèi)部軸向力。a)、b)兩種情況的結(jié)論相同。軸承采用反裝的受力分析請自己推導(dǎo)。41角接觸軸承軸向載荷的計算方法歸納如下：1.根據(jù)軸承的類型和布置方式計算軸承的內(nèi)部軸向力，并確定其指向。（正裝相對、反裝相背）2.判斷軸向合力指向，確定哪個軸承被壓緊，哪個軸承被放松。

a)正裝：軸向合力指向的軸承被壓緊，背向的軸承被放松。

b)反裝：軸向合力指向的軸承被放松，背向的軸承被壓緊。3.計算軸向力

被壓緊軸承所受的軸向力等于除本身內(nèi)部軸向力以外的所有軸向力的代數(shù)和。被放松軸承所受的軸向力就是其內(nèi)部軸向力。427.滾動軸承的靜強度計算

滾動軸承靜強度計算的目的是限制軸承在靜載荷或沖擊載荷作用下產(chǎn)生過大的塑性變形。靜強度條件：C0—軸承的基本額定靜載荷。

在GB/T4662-1993中規(guī)定，使受載最大滾動體與滾道接觸中心處的計算接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時的靜載荷。43P0—當(dāng)量靜載荷，是作用在軸承上的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa折合成的假想載荷。X0—徑向載荷系數(shù)Y0—軸向載荷系數(shù)

S0—靜強度安全系數(shù)，根據(jù)使用條件由216表12-14確定。44例1：

圖示軸由一對6210深溝球軸承支承，支承尺寸如圖示。作用在齒輪上的圓周力Ft=5000N，徑向力Fr=3000N，軸的工作轉(zhuǎn)速n=500r/min，軸承的基本額定動載荷C=35KN，載荷平穩(wěn)、常溫下工作，計算該對軸承的壽命。II600400FtFrIFtFH1FH2H:解：1.計算軸承支反力45FV2V:FV1Fr462.計算當(dāng)量動載荷3.計算軸承壽命載荷平穩(wěn)，取fP=1；

常溫下工作，取ft=1；軸承轉(zhuǎn)速n=500r/min；深溝球軸承，ε=3（年）47

例2：

圖示軸由一對7214AC軸承支承，采用正裝。兩軸承的徑向支反力分別為：Fr1=3500N，F(xiàn)r2=1200N，外部軸向力Fa=800N，方向如圖所示。載荷平穩(wěn)、在常溫下工作，軸承轉(zhuǎn)速n=800r/min，軸承的基本額定動載荷C=69.2KN。計算該對軸承的壽命。FaIIIFr1Fr248FaIIIFr1Fr2解：1.計算軸承的內(nèi)部軸向力7214AC軸承：表12-13S1S22.軸承所受的軸向力II軸承被壓緊，I軸承被放松。493.計算當(dāng)量動載荷70000AC軸承:e=0.68表12-12軸承I：｛表12-12

軸承II：｛504.計算軸承壽命載荷平穩(wěn)，取fP=1；常溫下工作，取ft=1；70000軸承，ε=3；n=800r/min，C=69.2KN；P1>P2,按P1計算軸承壽命。51第八節(jié)滾動軸承的組合設(shè)計

軸承的組合設(shè)計內(nèi)容包括：軸承的布置、固定、間隙調(diào)整、預(yù)緊、配合、裝拆、潤滑和密封等。一、滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)形式1.兩端固定支承（雙支點單向固定）

每個支點限制軸的單向移動。熱補償間隙：C=0.2~0.4mm

適用于工作溫度不高的短軸。深溝球軸承兩端固定的支承結(jié)構(gòu)522.一端固定另一端游動支承（單支點雙向固定）此種支承形式適用于工作溫度較高，跨距較大的軸。方案1：一端固定一端游動支承（軸承的外圈在機座孔內(nèi)沿軸向游動）53方案2：一端固定一端游動支承（軸承內(nèi)圈沿軸向游動）543.兩端游動支承

用于人字齒輪傳動中支承小齒輪，以便調(diào)整小齒輪的軸向位置，保證良好嚙合。兩端游動支承55

二、滾動軸承的軸向定位和固定a)擋肩高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈厚度，以便于拆卸軸承。

b)彈性擋圈結(jié)構(gòu)緊湊、裝拆方便，用于軸向載荷較小，轉(zhuǎn)速不高的場合。c)軸端擋圈用于承受中等軸向載荷。

d)圓螺母與止動墊圈用于軸向載荷大，轉(zhuǎn)速高的場合。1.內(nèi)圈固定內(nèi)圈的軸向固定裝置a）軸肩b）彈性擋圈c）軸端擋圈d)圓螺母與止動墊圈562.外圈固定擋肩和軸承蓋承受軸向載荷的能力大。外圈的軸向固定裝置a）擋肩b）軸承蓋c）孔用彈性擋圈57三、滾動軸承的配合滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，選擇配合時應(yīng)以軸承為基準(zhǔn)。

軸承內(nèi)圈與軸徑的配合采用基孔制，而軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。

一般情況下，軸承內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動，應(yīng)選用較緊的配合，外圈固定，應(yīng)選用較松的配合。選取配合時需綜合考慮軸承所受載荷的大小、方向、性質(zhì)，軸承類型，轉(zhuǎn)速及使用條件等。58四、滾動軸承的預(yù)緊

軸承的預(yù)緊是使?jié)L動體與內(nèi)、外圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形，消除游隙。預(yù)緊目的：

增加支承剛性，提高旋轉(zhuǎn)精度，減小震動和噪音。預(yù)緊方法：1.彈簧預(yù)緊；2.磨窄外圈；3.利用長短不等的套筒。滾動軸承的預(yù)緊裝置a）彈簧預(yù)緊b）磨窄外圈c）長度不等的套筒59五、滾動軸承的裝拆

裝拆軸承時，不允許通過滾動體傳遞裝拆力。

對大型軸承可采用熱裝，即在裝配前先將軸承浸入t<1000C的油中預(yù)熱，然后再進行裝配。滾動軸承的裝拆a)用手錘將軸承裝配到軸上b)將軸承壓裝在殼體孔中c)用壓力機拆卸軸承d）用拆卸器拆卸軸承60六、滾動軸承的潤滑1.潤滑的目的：減磨、散熱、防銹、吸振、減小接觸應(yīng)力。2.潤滑劑1）潤滑脂a)類型潤滑脂是由潤滑油