第13章 滾動軸承

本章重點:

滾動軸承的類型及代號滾動軸承的壽命計算滾動軸承組合設(shè)計第13章滾動軸承13-1概述13-2

滾動軸承的主要類型及其代號13-3

滾動軸承類型的選擇13-4滾動軸承的工作情況13-5滾動軸承尺寸的選擇13-6軸承裝置的設(shè)計一、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,起動靈敏；2、潤滑簡便,易于更換,價格低；3、抗沖擊能力差,高速時出現(xiàn)噪音;壽命也比不上液體潤滑的滑動軸承；二、滾動軸承的特點三、滾動軸承的結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架外圈內(nèi)圈滾動體保持架保持架：避免滾動體直接接觸，減少摩擦和磨損材料：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料內(nèi)圈、外圈、滾動體：高硬度、高接觸疲勞強度、良好耐磨性和沖擊韌性材料：含鉻軸承鋼，硬度61~65HRC四、滾動軸承的材料軸承的選擇→┌類型的選擇└尺寸的選擇軸承組合設(shè)計→安裝、調(diào)整、潤滑與密封五、滾動軸承的設(shè)計的內(nèi)容特點按滾動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、滾動軸承的分類§13-2滾動軸承的主要類型及其代號1

按滾動體形狀分按滾動體形狀分：球軸承、滾子軸承又可細分為：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(徑向為主)FA＋FR(軸向為主)FＡ(軸向載荷)二、滾動軸承的基本類型和特點1

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

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

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→調(diào)心性能最好受力類型：Fr,不大的Fa(雙向)調(diào)心滾子軸承:2類→調(diào)心性能好、承載力較大受力類型：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，a＝15o、25o、40o受力類型：Fr,單向Fa圓錐滾子軸承：3類受力類型：Fr,單向Fa4

推力軸承(a=90o)推力球軸承:

5類受力類型：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基本代號后置代號尺寸系列代號分部件代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號密封與防塵代號公差等級代號。。。字母21345字母(+數(shù)字)三、滾動軸承的代號1類型代號2尺寸系列代號3內(nèi)徑尺寸代號1基本代號表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)1）類型代號基本代號左起第一位，用數(shù)字或字母表示代號為0（雙列角接觸球軸承），則省略具體見p309表13-1代號軸承類型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）尺寸系列代號直徑系列代號、寬度系列代號直徑系列代號：基本代號左起第三位數(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體，在外徑和寬度方面的變化系列系列代號：7、8、9、0、1、2、3、4、5，外徑尺寸依次遞增寬度系列代號：基本代號左起第二位數(shù)字，常與直徑系列代號同時使用，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：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)徑尺寸代號基本代號左起第四、五位數(shù)字內(nèi)徑d:（即軸的直徑）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~99——數(shù)字×5mm2前置代號用字母表示表示成套軸承分部件常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號公差等級(精度)代號：0、6x、6、5、4、2六級精度，逐漸增高表示成:/P0（普通級，可不標(biāo)）、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：如：C—a=15o、AC—a=25o、B—a=40o軸承徑向游隙系列代號：/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級公差，0組游隙(可不標(biāo))0級公差，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)球＞滾子調(diào)心＞非調(diào)心球＞滾子主要考慮如下幾個方面：§13-3滾動軸承類型的選擇1軸承的載荷大小：滾子軸承優(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:一定載荷和潤滑條件下，軸承的最大允許轉(zhuǎn)速。對高轉(zhuǎn)速的軸承：1)優(yōu)先選用球軸承（潤滑的阻力）2)輕系列軸承優(yōu)于中、重系列3)實體保持架優(yōu)于沖壓保持架（易形成油膜減小摩擦）4)提高公差等級、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過徑向反力平衡，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、價格等確定軸承類型其中，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+向心組合各滾動體受力不均勻各滾動體受力均勻當(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：滾動體滾過便受力，大小不變→

穩(wěn)定的脈動循環(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滾動體轉(zhuǎn)動圈三、軸向載荷對軸承元件載荷分布的影響

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

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

低速軸承的主要失效形式，接觸應(yīng)力過大(載荷過大或沖擊載荷)，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——使用維護不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效設(shè)計準(zhǔn)則：一般轉(zhuǎn)速的軸承—

進行壽命(額定動載荷)計算，防止疲勞點蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承

—按靜強度(額定靜載荷)計算，防止塑性變形軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)基本額定壽命：用L或Lh表示一組同一型號軸承在同一條件下運轉(zhuǎn)，其可靠度為90％時，能達到或超過的壽命。寓意：一批軸承中有90％的壽命將比其基本額定壽命長一個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)一套軸承進入運轉(zhuǎn)并且基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的最大載荷，用C表示即：在C的作用下，運轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，有10％的軸承出現(xiàn)點蝕，90％的軸承完好對于具體軸承，C為定值，按手冊查取對向心軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對推力軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動載荷越大軸承的承載能力越大三、基本額定動載荷壽命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、滾動軸承壽命的計算公式壽命計算的基本公式:作壽命計算,解決兩類問題:(1)已知軸承型號及載荷P,求壽命(2)已知軸承載荷P及預(yù)期壽命L'h,

選擇軸承型號考慮高溫(t＞100°)引入ft(溫度系數(shù))對于向心軸承，C為徑向載荷Cr對于推力軸承，C為軸向載荷Ca但軸承可能同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa為了與C在相同的條件下進行比較，引入當(dāng)量動載荷的概念當(dāng)量動載荷：一假想載荷，按確定基本額定動載荷的條件進行換算后的載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效。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)見表13-5FaFr五、滾動軸承的當(dāng)量動載荷(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,只計Fr→

Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計→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算步驟：1徑向載荷Fr的計算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V12六、徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算2軸向載荷Fa的計算(1)向心軸承Fa的計算兩端單向固定:Fa緊=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游動:Fa固定=FaeFa游動=0FaeFae向心推力軸承的派生軸向力Fd

(7類、3類)(2)向心推力軸承Fa的計算2軸向載荷Fa的計算派生軸向力Fd大小見表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的計算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fr1Fr2Fd1Fd2Fd1Fd2FaeFd1Fd2FaeFae正安裝反安裝2軸向載荷Fa的計算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驗證:F’d1驗證: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壽命低。已知：Fre

=3000N，F(xiàn)ae=500N一對6205軸承一對7205B軸承正安裝一對7205B軸承反安裝解：(一)求Fr(二)求Fa(1)一對6205軸承左端軸承壽命低1212一對7205B軸承正安裝一對7205B軸承反安裝(二)求Fa(2)一對7205B軸承正安裝左端軸承壽命低軸右移,1松2緊(2)一對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畫安裝簡圖,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(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)FA1212FA兩端固定→FA指向者受力一端固定、一端游動→固定端受力(2)角接觸軸承(3、7類)①畫安裝簡圖→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′軸承壽命計算步驟3求P1、P2:(當(dāng)量動載荷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→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軸承靜強度安全系數(shù)查表13—8七、滾動軸承的靜載荷1保證支承部分剛性

→以免滾動軸承提前破壞如：加大軸承座孔壁厚等2保證支承部分的同心度

→以免滾動軸承提前破壞一條軸的兩個支承用相同軸承,兩軸承孔一次鏜出§13-6軸承裝置的設(shè)計一、支承部分的剛性和同心度1支點固定型式(1)兩端固定(2)一端固定一端游動(3)兩端游動2軸承內(nèi)外圈的軸向固定二、軸承的固定（1）兩端固定每個支點固定一個方向→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,