第18章 滾動軸承

1、第第18章章 滾動軸承滾動軸承 18-1 概述 18-2 滾動軸承的類型、代號和選擇 18-3 滾動軸承的工作情況及設計準則 18-4 滾動軸承的計算 18-5 滾動軸承的組合設計重點重點: 滾動軸承的代號、類型、尺寸選擇滾動軸承的代號、類型、尺寸選擇 滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命計算 滾動軸承組合設計滾動軸承組合設計難點難點: 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向力計算角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向力計算滾動軸承滾動軸承的的結構結構 組成：組成：內圈、外圈、內圈、外圈、滾動體滾動體、保持架、保持架外圈外圈內圈內圈滾動體滾動體保持架保持架18-1 概概 述述滾動軸承的材料滾動軸承的材料 保持架：

2、保持架：避免滾動體直接接觸，減少摩擦和磨損避免滾動體直接接觸，減少摩擦和磨損 材料：材料：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料低碳鋼；銅、鋁、工程塑料 內圈、外圈、滾動體：內圈、外圈、滾動體：高硬度、高接觸高硬度、高接觸疲勞強度、良好耐磨性和沖擊韌性疲勞強度、良好耐磨性和沖擊韌性 材料：材料：含鉻軸承鋼，硬度含鉻軸承鋼，硬度6165 HRC1 1、摩擦阻力小、摩擦阻力小, , 功率損耗少功率損耗少, , 起動靈敏；起動靈敏；2 2、潤滑簡便、潤滑簡便, , 易于更換易于更換, , 價格低；價格低； 3 3、抗沖擊能力差、抗沖擊能力差, , 高速時出現(xiàn)噪音高速時出現(xiàn)噪音; ; 壽命也比不上壽命也比不上 液體

3、潤滑的滑動軸承；液體潤滑的滑動軸承；滾動軸承的特點滾動軸承的特點軸承的選擇軸承的選擇類型的選擇類型的選擇 尺寸的選擇尺寸的選擇軸承組合設計軸承組合設計安裝、調整、潤滑與密封安裝、調整、潤滑與密封滾動軸承設計的內容滾動軸承設計的內容18-2 滾動軸承的類型、代號和選擇滾動軸承的類型、代號和選擇一、滾動軸承的分類一、滾動軸承的分類1 按滾動體形狀分2 按受載方向分 按滾動體形狀分按滾動體形狀分 按受載性質分按受載性質分球軸承球軸承滾子軸承滾子軸承向心軸承向心軸承向心推力軸承向心推力軸承推力軸承推力軸承一、滾動軸承的分類一、滾動軸承的分類18-2 滾動軸承的類型、代號和選擇滾動軸承的類型、代號和選擇

4、1 按滾動體形狀分 按滾動體形狀分：按滾動體形狀分： 球軸承、滾子軸承球軸承、滾子軸承又可細分為：又可細分為： 球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸球軸承、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：按受載方向和公稱接觸角分：滾動體與外圈接觸處的滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角線的平面之間的夾角 向心軸承向心軸承: =0向心推力軸承：向心推力軸承： 0 90 向心角接觸軸承向心角接觸軸承: 0 45 推力角接觸軸承推力角接觸軸承: 45 90 推力軸承推力軸承: =909000

5、以以FR(徑向載荷徑向載荷)為主為主FF(徑向為主徑向為主)FAFR(軸向為主軸向為主) F(軸向載荷軸向載荷)注意：注意：在徑向載荷作用下產生內部軸向力在徑向載荷作用下產生內部軸向力Fs，其方向是使內外圈分，其方向是使內外圈分離，所以要成對使用離，所以要成對使用內部軸向力內部軸向力Fs的大小與的大小與有關有關二、滾動軸承的基本類型和特點二、滾動軸承的基本類型和特點1 向心軸承(a=0)深溝球軸承深溝球軸承: 6類類 nlim最高、價廉最高、價廉, 優(yōu)先采用優(yōu)先采用 受力類型受力類型: Fr, 不大的不大的Fa(雙向雙向)圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承: N類類承載力較大承載力較大 受力類型受力類型

6、: 很大的很大的Fr, 不能承受軸向力不能承受軸向力Fa滾針軸承滾針軸承: NA類類 內外圈可分離內外圈可分離, 徑向尺寸小徑向尺寸小 受力類型受力類型: 很大的很大的Fr, 不能承受軸向力不能承受軸向力Fa2 調心軸承 (a=0)調心球軸承調心球軸承: 1類類調心性能最好調心性能最好 受力類型：受力類型：Fr, 不大的不大的Fa(雙向雙向)調心滾子軸承調心滾子軸承: 2(3)類類調心性能好、承載力較大調心性能好、承載力較大 受力類型：受力類型：Fr, 不大的不大的Fa(雙向雙向)3 向心推力軸承 (0徑向載荷：徑向載荷：推力推力+向心組合向心組合三、滾動軸承的類型選擇三、滾動軸承的類型選擇2

7、 極限轉速極限轉速:3 調心性能調心性能:1 承載能力承載能力:滾子球滾子球(線點線點)球滾子球滾子調心非調心調心非調心球滾子球滾子主要考慮如下幾個方面：主要考慮如下幾個方面：1 .軸承的載荷軸承的載荷 大?。捍笮。簼L子軸承優(yōu)于球軸承滾子軸承優(yōu)于球軸承 方向：方向：徑向徑向Fr(6、1、N)，軸向，軸向Fa(5), Fr+Fa (7、3、6)軸承的載荷方向軸承的載荷方向 大?。捍笮。簼L子軸承優(yōu)于球軸承滾子軸承優(yōu)于球軸承 方向：方向：徑向徑向Fr（6、1、N）軸向）軸向Fr （5） Fr + Fa （7、3、6）2 .軸承的轉速軸承的轉速 極限轉速極限轉速nlim ：載荷：載荷P 0.1C，冷卻

8、正常，冷卻正常，0級公差時軸承的級公差時軸承的最大允許轉速。最大允許轉速。 對高轉速的軸承：對高轉速的軸承： 1)優(yōu)先選用球軸承優(yōu)先選用球軸承（潤滑的阻力）（潤滑的阻力） 2)輕系列軸承優(yōu)于中、重系列輕系列軸承優(yōu)于中、重系列（離心力）（離心力） 3)實體保持架優(yōu)于沖壓保持架實體保持架優(yōu)于沖壓保持架（易形成油膜減小摩擦）（易形成油膜減小摩擦） 4)提高公差等級、改善潤滑條件等提高公差等級、改善潤滑條件等 推力軸承的主要承載能力表現(xiàn)在軸向，離心力過大時無法通推力軸承的主要承載能力表現(xiàn)在軸向，離心力過大時無法通過徑向反力平衡，將引起較大的反力，發(fā)熱大，極限轉速較過徑向反力平衡，將引起較大的反力，發(fā)熱

9、大，極限轉速較低低3 .軸承的調心性能軸承的調心性能 81624234 .軸承的安裝與拆卸軸承的安裝與拆卸5 .經(jīng)濟性經(jīng)濟性四、滾動軸承的代號四、滾動軸承的代號前置代號前置代號 基基 本本 代代 號號 后置代號后置代號 尺寸系列尺寸系列代代 號號 分分部部件件代代號號 類類型型代代號號內內徑徑代代號號直徑直徑系列系列代號代號 寬度寬度系列系列代號代號 內內部部結結構構代代號號 密密封封與與防防塵塵代代號號 公公差差等等級級代代號號 。 字母字母 2 1 3 4 5 字母字母(+數(shù)字數(shù)字) 1 內徑尺寸代號2 尺寸系列代號3 類型代號1 基本代號 表示軸承的基本類型、結構和尺寸，是軸承代號表示軸

10、承的基本類型、結構和尺寸，是軸承代號的基礎的基礎 表明軸承的內徑、直徑系列、寬度系列、類型表明軸承的內徑、直徑系列、寬度系列、類型1）類型代號類型代號 基本代號左起第一位，用數(shù)字或字母表示基本代號左起第一位，用數(shù)字或字母表示 代號為代號為0（雙列角接觸球軸承），則省略（雙列角接觸球軸承），則省略 表表18-2代號代號軸承類型軸承類型舊代號舊代號3圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承75推力球軸承推力球軸承86深溝球軸承深溝球軸承07角接觸球軸承角接觸球軸承6N圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承2NA滾針軸承滾針軸承42 ）尺寸系列代號）尺寸系列代號 直徑系列代號、寬度系列代號直徑系列代號、寬度系列代號 直徑系列代號

11、：基本代號左起直徑系列代號：基本代號左起第三位數(shù)字第三位數(shù)字 指結構相同、內徑相同的軸承指結構相同、內徑相同的軸承使用不同直徑的滾動體，在外使用不同直徑的滾動體，在外徑和寬度方面的變化系列徑和寬度方面的變化系列 0,1特輕特輕 2輕輕 3中中 4重重 寬度系列代號：基本代號左寬度系列代號：基本代號左起起第二位數(shù)字，常與直徑系第二位數(shù)字，常與直徑系列代號同時使用列代號同時使用 表示同一內徑和外徑的軸承表示同一內徑和外徑的軸承可以有不同的寬度可以有不同的寬度 多數(shù)正常系列可不標多數(shù)正常系列可不標 表表18-50,1特輕特輕2輕輕5輕寬輕寬3中中6中寬中寬4重重3）內徑尺寸代號）內徑尺寸代號 基本代

12、號左起第四、五位數(shù)字基本代號左起第四、五位數(shù)字 內徑內徑d: （即軸的直徑）（即軸的直徑） 0010mm 0112mm 0215mm 0317mm 0496數(shù)字數(shù)字x 5 mm 表表18-4 常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號2 前置代號 用字母表示用字母表示 表示成套軸承分部件表示成套軸承分部件公差等級公差等級(精度精度)代號：表代號：表18-7 0 、6x 、6、5、4、2六級精度，逐漸增高六級精度，逐漸增高 表示成：表示成：/P0 、/P6x 、/P6、/P5、/P4、/P2內部結構代號：表內部結構代號：表18-6 如：如：C =15、AC =25、B

13、=40 軸承徑向游隙系列代號：軸承徑向游隙系列代號： /C1、 /C2、/C0、 /C3、/C4、/C5六組游隙，由小到大六組游隙，由小到大 0組組( /C0)）游隙常用，可省略）游隙常用，可省略3 后置代號 用字母（用字母（+數(shù)字）表示數(shù)字）表示 表示軸承內部結構、密封與防塵、保持架及其材料、軸承表示軸承內部結構、密封與防塵、保持架及其材料、軸承材料及公差等級等材料及公差等級等例：例：7 2 12 AC 深溝球軸承深溝球軸承直徑系列為直徑系列為3(3(中中),),寬度系列為寬度系列為0(0(不標不標) )內徑內徑d=25mmd=25mm 0 0級公差級公差( (不標不標) )角接觸球軸承角接

14、觸球軸承直徑系列為直徑系列為2(2(輕輕),),寬度系列為寬度系列為0(0(不標不標) ) 內徑內徑d =60mmd =60mm=25=25例：例：6 3 05 (/P0) 0 0級公差級公差( (不標不標) ) 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承 寬度系列為寬度系列為0 0直徑系列為直徑系列為4(4(重重) )內徑內徑=45mm=45mm例例:3 0 4 09:3 0 4 09 例：例：7 211C/P55級精度級精度接觸角接觸角15 直徑直徑55mm正常寬度、輕系列正常寬度、輕系列角接觸球軸承角接觸球軸承失效形式：失效形式：內外圈運動內外圈運動 疲勞點蝕疲勞點蝕 最主要的失效形式，滾動最主要的失效形

15、式，滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕 過大塑性變形過大塑性變形 低速軸承的主要失效形低速軸承的主要失效形式，接觸應力過大式，接觸應力過大(載荷過大或沖擊載荷載荷過大或沖擊載荷)，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形元件表面出現(xiàn)較大塑性變形 磨損、膠合、內外圈和保持架破損等磨損、膠合、內外圈和保持架破損等使用維護不當而引起的，屬于非正常失效使用維護不當而引起的，屬于非正常失效設計準則：設計準則：一般轉速的軸承一般轉速的軸承 進行壽命進行壽命(額定動載荷額定動載荷)計算，防止計算，防止疲疲勞勞點蝕破壞點蝕破壞轉速極低或僅作緩慢擺動的軸承轉速極低或僅作緩慢擺動的軸承 按靜強度按靜

16、強度(額定靜載荷額定靜載荷)計算，防止塑計算，防止塑性變形性變形18-3 滾動軸承的工作情況及設計準則滾動軸承的工作情況及設計準則1 基本概念2 壽命計算3 當量動載荷 P 的計算4 角接觸向心軸承軸向載荷 Fa 的計算5 滾動軸承的靜載荷計算 針對失效形式：疲勞針對失效形式：疲勞點蝕點蝕*18-4 滾動軸承的計算滾動軸承的計算1 基本概念壽命 軸承壽命：軸承壽命：( 106 r 或或 h ) 軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前，所經(jīng)歷的總轉數(shù)或總工作小時數(shù)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前，所經(jīng)歷的總轉數(shù)或總工作小時數(shù) 基本額定壽命：基本額定壽命：用用 L或或Lh表示表示 一組同一型號軸承在同一條件下運

17、轉，其可靠度為一組同一型號軸承在同一條件下運轉，其可靠度為90時，能達到或超時，能達到或超過的壽命。過的壽命。 寓意：寓意： 一批軸承中有一批軸承中有90的壽命將比其基本額定壽命長的壽命將比其基本額定壽命長 一個軸承在基本額定壽命期內正常工作的概率有一個軸承在基本額定壽命期內正常工作的概率有90，失效率為，失效率為10 注意：注意：額定壽命隨運轉條件而變化額定壽命隨運轉條件而變化 比如：外載荷增大，額定壽命降低比如：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因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力9010完好完好/(1106r)R/()1 基本概念 基本額定

18、動載荷 定義：定義： 當一套軸承進入運轉并且當一套軸承進入運轉并且 基本額定壽命基本額定壽命 為為106轉時，軸承所轉時，軸承所能承受的最大載荷，用能承受的最大載荷，用 C 表示表示 即：在即：在C 的作用下，運轉的作用下，運轉 106 轉時，有轉時，有10的軸承出現(xiàn)點蝕，的軸承出現(xiàn)點蝕，90的軸承完好的軸承完好 對于具體軸承，對于具體軸承，C 為定值，按手冊查取為定值，按手冊查取 對向心軸承對向心軸承(0 45 )，C為純徑向載荷為純徑向載荷Cr 對推力軸承對推力軸承(45 FS1 軸左移軸左移,1壓緊壓緊,2放松放松FS1FS1S1S1aeS2F+ F= F + Fa2S2F= Fa1S1

19、S1F= F+ FaeS2= F + F2) 向心推力軸承向心推力軸承Fa的計算的計算(2) 軸向載荷軸向載荷Fa的計算的計算FS1FS2FaeFS2若若Fae+FS2FS2 軸左移軸左移,1放松放松,2壓緊壓緊11aSF = F21aSaeF= F+ FFaeFae若若Fae+FS1FS1 軸右移軸右移,1壓緊壓緊,2放松放松a2S2F= F1aaeS2FF + FreFaeF12l2lreFaeF12l2lreFaeF12l2l例例: 試判斷圖示三種情況下左右軸承哪個壽命低。已知：試判斷圖示三種情況下左右軸承哪個壽命低。已知：(1)(3)(2)一對一對6205軸承軸承一對一對7205B軸承

20、正安裝軸承正安裝一對一對7205B軸承反安裝軸承反安裝1rF2rF1rF2rF1rF2rF解：解：(一一)求求Fr230rreFlFl 230001000 ()33rerFFN3000,500,1.2raPFN FN f12300010002000 ()rrerFFFN(二二)求求Fa(1)一對一對6205軸承軸承1500 ()aaeFFN20aF121212,rraaFFFFPP左端軸承壽命低左端軸承壽命低reFaeF12l2lreFaeF12l2l(3)(2)一對一對7205B軸承正安裝軸承正安裝一對一對7205B軸承反安裝軸承反安裝1rF2rF1rF2rF1SF2SF1SF2SF(二二)

21、求求Fa(2)一對一對7205B軸承正安裝軸承正安裝112280 ()aSFFN2122805001780 ()aSaeFFFN12PP左端軸承壽命低左端軸承壽命低111.141.1420002280 ()SrFFN221.141.14 10001140 ()SrFFN21500114016402280aeSSFFF軸右移軸右移,1松松2緊緊(2)一對一對7205B軸承反安裝軸承反安裝112280 ()aSFFN2122805002780 ()aSaeFFFN12PP左端軸承壽命低左端軸承壽命低111.141.1420002280 ()SrFFN221.141.14 10001140 ()Sr

22、FFN12500228027801140aeSSFFF軸左移軸左移,1松松2緊緊例：一對反裝例：一對反裝7312AC軸承軸承,Fr15000N,Fr28000N，F(xiàn)A2000N，由由1軸承指向軸承指向2軸承，求軸承，求Fa1、Fa2。解解:畫安裝簡圖畫安裝簡圖, Fs2與與FA同向同向求求Fa1，F(xiàn)a2 Fs10.68Fr10.6850003400NFs20.68Fr20.6880005440NFs2Fs11FA2Fr1Fr2Fa1Fs2FA7440N ,Fa2Fs25440NFs2FA7440NFs13400N緊松1 1、求、求F Fr1r1、F Fr2r2: :( (徑向載荷徑向載荷) )

23、求支反力求支反力2 2、求、求F Fa1a1、F Fa2a2: :(1)(1)徑向接觸軸承徑向接觸軸承(6(6、1 1、2 2類類) )F FA A1 12 21 12 2F FA A 一端固定、一端游動一端固定、一端游動 F Fa1a1=F=FA A ,F,Fa2a2=0=0F FA A指向者受力指向者受力F Fa1a1=0 , F=0 , Fa2a2=F=FA A 兩端固定兩端固定固定端受力固定端受力(2)(2)角接觸軸承角接觸軸承(3(3、7 7類類) )安裝型式安裝型式正安裝正安裝s s面對面面對面反安裝反安裝s s背對背背對背F F1 1F F2 2F F1 1F F2 2畫安裝簡圖

24、畫安裝簡圖求求F Fs1s1、F Fs2s2表表(18-12)(18-12) F Fa a= =本身的內部軸向力本身的內部軸向力( (放松端）放松端） 除本身的內部軸向力外其余軸向力之和（緊端）除本身的內部軸向力外其余軸向力之和（緊端）軸承壽命計算步驟軸承壽命計算步驟3 3 求求P P1 1、P P2 2: :( (當量動載荷當量動載荷) )P PXFXFr rYFYFa a查判斷系數(shù)查判斷系數(shù)e e深溝球軸承深溝球軸承角接觸球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承按按F Fa a/C/C0r 0r 查查e e 1515按按 F Fa a/C/C0r 0r 查查e e 2525、4040表表

25、18-1218-12e=1.5tg p.299e=1.5tg p.299判判 F Fa a/F/Fr r 與與 e e 的關系的關系定定X X、Y Y F Fa a/F/Fr ree 軸向力較小軸向力較小, ,可忽略不計可忽略不計, ,只計只計F Fr r F Fr r即：即：X=1 , Y=0X=1 , Y=0 軸向力較大軸向力較大, ,要計要計即：即：X 1,Y 0X 1,Y 0F Fa a/F/Fr re e4 4 求求L Lh h(C)(C)661060)(6010htPPthnLfPfCPfCfnL例例 接上題接上題, ,如果如果n n960r/min,f960r/min,fP P1

26、.2, 1.2, 求軸承壽命求軸承壽命解解：查得：查得7212AC7212AC軸承的軸承的C C58200N58200N，e e0.680.68FFa1a1F Fr1r174407440500050001.4881.488e eX X1 10.410.41 ， Y Y1 10.870.87P P1 1X X1 1F Fr1r1Y Y1 1F Fa1a10.410.41500050000.870.87744074408523N8523NFFa2a2F Fr2r254405440800080000.68= e0.68= eP P2 2F Fr2r28000N8000NX X2 21, Y1, Y2

27、 20 0 P P1 1P P2 2 軸承危險軸承危險(F(Fa1a17440N, F7440N, Fa2a2=5440N,F=5440N,Fr1r15000N,F5000N,Fr2r28000N)8000N)hPfCfnLPrth3200)8 .85222 . 158200(9606010)(601036165 軸承靜載荷計算 失效形式：失效形式：過大塑性變形過大塑性變形 對象：對象：低速或受較大沖擊載荷作用的軸承低速或受較大沖擊載荷作用的軸承 目的：目的：防止軸承元件發(fā)生塑性變形防止軸承元件發(fā)生塑性變形 基本額定靜載荷基本額定靜載荷C0 ：限制塑性變形的極限載荷值，由手冊查取限制塑性變形的

28、極限載荷值，由手冊查取 對向心軸承為對向心軸承為 C0r 徑向基本額定靜載荷徑向基本額定靜載荷 對推力軸承為對推力軸承為 C0a 軸向基本額定靜載荷軸向基本額定靜載荷 徑向軸承或角接觸軸承的當量靜載荷徑向軸承或角接觸軸承的當量靜載荷P0: 實際選用：實際選用： 推力軸承的當量靜載荷：推力軸承的當量靜載荷： 靜強度校核公式：靜強度校核公式：000raPX FY F000max(,)rarPX FY FFaaFP 0000CPSX0、Y0分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)(表表18-13)S0為靜強度安全系數(shù)，為靜強度安全系數(shù)，P301一一 軸承的固定軸承的固定二二 軸承組合的調

29、整軸承組合的調整三三 軸承的配合軸承的配合四四 軸承的裝拆軸承的裝拆18-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計( (一一) )軸承的固定軸承的固定1. 支點固定型式支點固定型式 (1)兩端固定兩端固定 (2)一端固定一端游動一端固定一端游動 (3)兩端游動兩端游動2. 軸承內外圈的軸向固定軸承內外圈的軸向固定1 兩端固定每個支點固定一個方向每個支點固定一個方向雙向均固定雙向均固定C在不受在不受Fa端留間隙端留間隙 C=0.20.3mm應用應用: : 跨距短跨距短, , 溫差小處溫差小處2 一端固定、一端游動應用應用: : 跨距長跨距長, , 溫差大溫差大不能承受軸向載荷不能承受軸向載荷軸肩軸肩彈性擋圈彈性擋圈圓螺母圓螺母軸承端蓋軸承端蓋2.軸承內外圈的軸向固定二、軸承組合的調整二、軸承組合的調整1 軸承間隙調整靠加減墊片厚度調整靠加減墊片厚度調整利用螺釘利用螺釘2 軸承的預緊預緊的目的：提高旋轉精度、增加軸承裝置的剛性等預緊的目的：提高旋轉精度、增加軸承裝置的剛性等預緊原理：安裝時用一定的方法在軸承中產生一軸向力預緊原理：安裝時用一定的方法在軸承中產生一軸向力金屬墊片窄磨套圈3 軸承組合位置的調整目的：使軸上的零件有準確的工作位置調整錐齒輪軸的軸向位置調整軸承游隙1 以軸承為基準件軸承與軸軸承與軸: 基孔制基孔制50k6(m6)軸