機械設計10-滾動軸承設計

第十章滾動軸承設計§20-1滾動軸承的主要類型及代號及選擇

§20-3滾動軸承的壽命計算§20-2滾動軸承的主要失效形式及計算準則

§20-4滾動軸承裝置的設計內圈——裝在軸頸上，隨軸轉動外圈內圈滾動體保持架球圓柱滾子滾針常用的滾動體形狀

球面滾子圓錐滾子一.滾動軸承的構造外圈——裝在軸承座孔內，一般不轉動滾動體——滾動軸承的核心元件保持架——將滾動體均勻隔開，避免摩擦由四種元件組成§20-1滾動軸承主要類型及代號及選擇

缺點：抗沖擊能力較差，高速時噪聲大，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承，徑向尺寸比滑動軸承大。二.滾動軸承的特點①摩擦系數(shù)小，啟動力矩小，效率高；②軸向尺寸（寬度）較??；③某些滾動軸承能同時承受徑向和軸向載荷，因此可使機器結構簡化、緊湊；④徑向間隙小，還可預緊方法消除間隙，因此運轉精度高；⑤潤滑簡單，耗油量少，維護保養(yǎng)簡便；⑥標準件，易于互換等優(yōu)點，所以獲得廣泛應用。優(yōu)點：3．滾動軸承部件組合設計（包括軸承內外圈固定、間隙調整、軸承配合、軸承裝拆、潤滑與密封等）——

重點型號（尺寸）選擇——軸承壽命計算——

重點類型選擇三.本章的主要內容：2．滾動軸承選擇難點：角接觸軸承軸向載荷FA的確定1．滾動軸承的類型及代號——重點四．滾動軸承的尺寸及性能參數(shù)軸承內徑d——軸承內圈孔徑，它與軸頸直徑相同，是軸承公稱直徑；Dd軸承寬度B——

軸承兩端面之間的軸向距離。

一）滾動軸承的主要尺寸軸承外徑D——

軸承外圈外徑，它與軸承座孔直徑相同；B二）滾動軸承的主要性能參數(shù)

軸承的公稱接觸角α——滾動體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面之間的夾角。反映軸承承受軸向載荷的能力，α越大，軸承承受軸向載荷的能力越強。軸承的極限轉速nlim

>

軸承的工作轉速nα軸承內外圈軸線相對偏斜角θ——反映軸承自動調心的能力。調心軸承簡圖調心球軸承θ按軸承所能受的載荷方向或公稱接觸角的不同可分為以下幾種

五．滾動軸承分類ααα軸承類型公稱接觸角α向心軸承(主要承受徑向負荷FR)推力軸承(主要承受軸向負荷FA)徑向接觸向心角接觸推力角接觸軸向接觸α=0000<α≤450450<α<900α=900圖例六．滾動軸承的主要類型和特點類型代號：（10000）承載類型——主承徑向負荷FR也能承受少量的雙向軸向負荷FA，F(xiàn)RFAFAFRFAFA1.調心球軸承承載類型——主承徑向負荷FR

，也能承受少量的雙向軸向負荷FA特點——具有調心性能，θ=20~302.調心滾子軸承特點——具有調心性能，θ=0.50~20

類型代號：（20000）承載類型——能承受較大的徑向負荷FR

和單向的軸向負荷FA。FRFA結構特點：內外圈可分離,公稱接觸角有

120，260,α越大，承軸向載荷的能力就越大。3.推力調心滾子軸承類型代號：（29000）承載類型——可承很大的軸向負荷FA

和一定徑向負荷FR特點——具有調心性能，θ=20~304.圓錐滾子軸承使用要求：成對使用類型代號：（30000）FAFRFRα正裝（面對面安裝）圓錐滾子軸承安裝形式一：正裝簡圖反裝（背對背安裝）圓錐滾子軸承安裝形式二：反裝簡圖松圈松圈5.推力球軸承51000——單向推力球軸承，只能受單向FA類型代號：（50000）52000——雙向推力球軸承，能受雙向FAFA5100052000緊圈結構特點：由緊圈（內孔較小，裝在軸上）松圈（內孔較大，裝在機座上）和滾動體組成，套圈與滾動體可分離。承載類型——只能受軸向負荷FA松圈緊圈滾動體FAFA極限轉速——低6.深溝球軸承

承載類型——能同時承受徑向負荷FR與單向軸向負荷FAFRFAFAFRFA承載類型——主要承受徑向負荷FR，也可同時承受少量雙向軸向負荷FA類型代號：（60000）極限轉速——高7.角接觸球軸承類型代號：（70000）結構特點：公稱接觸角有150，250，400α越大，承軸向載荷的能力就越大。使用要求：成對使用α正裝（面對面安裝）角接觸軸承安裝形式一：正裝簡圖反裝（背對背安裝）角接觸軸承安裝形式二：反裝簡圖8.圓柱滾子軸承FR（N0000）（NN0000）承載類型——只能承受徑向負荷FR，不能承受軸向負荷。結構特點：內外圈可分離類型代號：外圈無擋邊圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承FRN0000NN0000FRNA00009.滾針軸承類型代號：（NA0000）結構特點：內外圈可分離，可以沒有保持架承載類型——只能承受徑向負荷FR，不能承受軸向負荷。一）軸承代號組成——由基本代號、前置代號構成。七.滾動軸承的代號軸承代號前置代號

后置代號

×××××

類型代號尺寸系列代號內徑代號向心軸承推力軸承直徑系列代號寬度系列代號高度系列代號結構形狀、尺寸公差技術要求

成套分軸承部件基本代號

×××××

類型代號尺寸系列代號內徑代號向心軸承推力軸承直徑系列代號寬度系列代號高度系列代號二.基本代號

圓錐滾子軸承:3推力球軸承:5深溝球軸承:6角接觸球軸承:7圓柱滾子軸承:N窄:0正常:1寬:2特低：7低：9正常：1（單向）正常：2（雙向）輕：2中：3重：4特寬：3特寬：4特寬：5特寬：6d<20mm的軸承d=10mm代號：00d=12mm代號：01d=15mm代號：02d=17mm代號：03d=20mm～480mm的軸承d為：22、28、32及d>500mm以上軸承代號：/內徑毫米表示特輕：0特輕：1調心球軸承

:1調心滾子軸承:2推力調心滾子軸承

:29滾針軸承:NA尺寸系列代號表示方法

直徑系列代號尺寸系列代號向心軸承寬度系列代號推力軸承高度系列代號0（窄）1（正常）2（寬）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）2（輕）3（中）4（重）021222031323041424729212227393132374941424向心軸承中直徑系列正常寬度系列如：尺寸系列代號為：13雙向推力軸承輕直徑系列正常高度系列如：尺寸系列代號為：222213d02031324DDDBBBB表示同一公稱內徑d的軸承，其外徑D和寬度B的變化情況軸承尺寸系列的含義輕窄系列中窄系列中寬系列重寬系列三）后置代號后置代號12345678內部結構

密封與防塵套圈變型

保持架及材料

軸承材料

公差等級

游隙

配置其他C：

角接觸球軸承，α=150

AC：角接觸球軸承，α=250

B：

角接觸球軸承，α=400

B：

圓錐滾子軸承，接觸角加大E：

加強型/P0：0級（省略不標）/P6：6級/P6X：6X級/P5：5級/P4：4級/P2：2級6（0）2

06

（/P0）3

32

15

E（/P0）公差等級為0級加強型軸承內徑d=75mm尺寸系列32,為特寬輕系列圓錐滾子軸承解答：軸承內徑d=30mm尺寸系列（0）2,為窄輕系列深溝球軸承公差等級為0級例10-1

試說明軸承代號6206、33215E、7312C及52412/P6的含義。7（0）3

12

C（/P0）5

14

10

/P6公差等級為6級軸承內徑d=50mm尺寸系列14,為正常高度、重系列單向推力求軸承軸承內徑d=60mm尺寸系列（0）3,為窄中系列角接觸球軸承公差等級為0級α=150八.滾動軸承類型的選擇承輕、中及較小波動載荷的場合——選球軸承承重及較大波動的載荷的場合——選滾子軸承一）根據(jù)軸承所受的載荷選載荷的大小、性質載荷的方向深溝軸承（6類）圓柱滾子軸承（N類）及滾針軸承（NA類）純徑向負荷可選用純軸向負荷——可選用推力軸承（5類）同時受徑向負荷和軸向負荷時徑向負荷為主——可用深溝球軸承（6類）徑向負荷，軸向負荷都很大角接觸球軸承（7類）圓錐滾子軸承（3類）可用推力調心滾子軸承（29類）也可用圓柱滾子N類（或深溝球軸承6類）與推力軸承（5類）聯(lián)合使用。軸向負荷很大徑向負荷較小一）根據(jù)軸承所受的載荷選一）根據(jù)軸承所受的載荷選轉速較高、負荷較小或要求旋轉精度較高時——宜選用球軸承轉速較低、負荷較大或有沖擊載荷時——宜選用滾子軸承二）軸承的轉速極限轉速nlim：載荷P0.1C，冷卻正常，0級公差時軸承的最大允許轉速。對高轉速的軸承：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（離心力）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、改善潤滑條件等當兩軸承座孔同心度難以保證，或軸受載后撓曲變形較大時，應選用調心球軸承或調心滾子軸承。三）調心性能的要求8′~16′2′~4′2~3°四）安裝和拆卸方便一般，球軸承價格最低，滾子軸承比球軸承價格高。軸承精度愈高，則價格愈高，選擇軸承時，在滿足工作要求的前提下，應使成本最低。當軸承座不是剖分式而必須沿軸向安裝和拆卸軸承時，應優(yōu)先選用內外圈可分離的軸承五）考慮經(jīng)濟性§10-3滾動軸承的主要失效形式及計算準則

一．滾動軸承的受力及應力分析（以深溝球軸承為例）δFR當深溝球軸承承受徑向力FR時，由于各接觸點存在著彈性變形，使內圈沿FR方向下移一距離δ。只有下半圈滾動體受載，上半圈動體不受載。沿FR作用線上滾動體受載最大（FQ），而鄰近的滾動體受載逐漸減?。‵Q>FQ1>FQ2)FQ2FQFQ1FQ1FQ2

一）受力分析R向心軸承：在載荷R的作用下，假設下半圈滾動體受力；根據(jù)變形關系，中間滾動體受力最大，向兩邊逐漸減小。受力最大滾動體受載為R二）軸承工作時元件上應力的變化滾動體——當滾動體進入承載區(qū)后，所受負荷就由零逐漸增大到最大，然后，再逐漸減小到直至零。因此，對滾動體某一點而言，它的應力是周期性不穩(wěn)定變化的。

轉動的內圈——其上各點的受載情況類似于滾動體。因此，旋轉圈上任一點的應力是周期性不穩(wěn)定變化的。

固定的外圈——各點所受應力隨位置不同而大小不同，對位于承載區(qū)內的任一點，當每個滾動體滾過一次便受載一次，而所受負荷和應力的最大值是不變的，承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)應力。滾動軸承工作時，一般是內圈轉動，外圈固定。σHt0σHt0σHt0通過承載區(qū)時間通過非承載區(qū)時間通過承載區(qū)時間通過非承載區(qū)時間滾動體應力的變化內圈應力的變化外圈應力的變化1．疲勞點蝕滾動軸承工作時，由于它的內圈、外圈和滾動體上任意點的接觸應力都是變化的，工作一定時間后，其接觸表面就可能發(fā)生疲勞點蝕。點蝕發(fā)生后，噪聲和振動加劇，發(fā)熱嚴重，致使軸承失效。一般在安裝、潤滑和密封正常的情況下，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。二.滾動軸承的失效形式及計算準則一）失效形式2．塑性變形轉速很低或間歇往復擺動的軸承，一般不會發(fā)生疲勞點蝕，但在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使套圈滾道和滾動體接觸處的局部應力超過材料的屈服極限，以致表面出現(xiàn)塑性變形（凹坑），運轉精度降低，并會出現(xiàn)振動和噪聲而不能正常工作

3．磨損在潤滑不良和密封不嚴的情況下，軸承工作時易發(fā)生磨損。轉速愈高，磨損愈嚴重。軸承磨損后會降低旋轉精度，甚至失效。

對一般工作條件下的回轉滾動軸承——經(jīng)常發(fā)生點蝕，主要進行壽命計算，必要時進行靜強度校核；對于不轉動、擺動或轉速低（n≦10r/min）的軸承，要求控制塑性變形，只需進行靜強度計算；對于高速軸承——由于發(fā)熱而造成的粘著磨損、燒傷常常是突出的矛盾，除進行壽命計算外，還需校驗極限轉速。二）計算準則§20-3滾動軸承的壽命計算對一組同一型號的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機因素的影響，即使在相同條件下運轉，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對一個具體的軸承，很難預知其確切的壽命。實驗表明：壽命與可靠性有關。如圖定義：軸承在一定轉速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴展跡象之前的工作小時數(shù)稱為：軸承壽命

2051015501000R(%)

軸承的壽命曲線L/(1×10-6r)對于單個軸承而言，其損壞的可能性只有90%可靠度：一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分比.滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷1.基本額定壽命：一批相同的軸承中90％的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數(shù)（以106為單位）或小時數(shù)?；绢~額定壽命用

L10或L10h

來表示?；绢~定壽命在到達額定壽命時，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%。滾動軸承的基本額定動載荷

軸承的基本額定動載荷為使軸承的基本額定壽命等于106次的載荷值，用符號C表示。對于向心軸承，基本額定動載荷指純徑向載荷Cr，對于深溝球軸承、角接觸球軸承或圓錐滾子軸承徑向基本額定動載荷Cr對推力軸承軸向基本額定動載荷CaCr、Ca可從手冊中查出通過試驗得出如圖所示6208軸承的載荷—壽命曲線。載荷--壽命曲線的公式：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時表示：310/3ε=基本額定動載荷：P---當量動載荷

L’h--預期壽命一、軸承壽命計算基本公式曲線上對應于Lh=106

的載荷為:29.5KN。當t>120℃

時，→C↓

引進溫度系數(shù)ft

進行修正。表20-8溫度系數(shù)

軸承工作溫度℃

溫度系數(shù)ft12025020015012530010.950.900.700.800.60Ct=ftC修正后的計算公式：表20-9軸承預期壽命Lh的參考值

使用場合不經(jīng)常使用的儀器和設備

500Lh/h

短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果4000~8000間斷使用，中斷時會引起嚴重后果8000~12000

每天8h工作的機械12000~20000

每天24h連續(xù)工作的機械40000~60000二、當量動載荷的計算滾動軸承的基本動載荷是在一定的實驗條件下確定的。對于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對于推力軸承是指承受中心軸向載荷。實際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須將實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷后，才能和基本額定動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱為當量載荷。含義：當量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響，經(jīng)換算后的假想載荷。其效果與某一個基本額定動載荷相當。計算公式：P=fP（X

Fr+Y

Fa

）X----徑向動載荷系數(shù)；Y----軸向動載荷系數(shù)。見下頁

向心軸承：P=Fr推力軸承：P=Fa理由：基本額定動載荷是單向載荷（徑向或軸向）試驗條件下得出的。實際情況可能受到雙重載荷作用。很顯然，單向載荷與雙向載荷作用下，軸承的壽命是不一樣的。fP----沖擊載荷系數(shù)

表10-10向心軸承當量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深溝球軸承0.1720.192.312.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15?1.430.470.441.1910………………角接觸球軸承α=25?----0.680.410.8710α=40?----1.140.350.5710圓錐滾子軸承(單列)----1.5tgα0.40.4ctgα10調心球軸承(雙列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(單列)表20-11沖擊載荷系數(shù)

載荷性質無沖擊或輕微沖擊中等沖擊強烈沖擊fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0三、向心推力軸承（3，7類）的軸向力計算1、角接觸球軸承或圓錐滾子軸承內部軸向力的計算當角接觸球軸承或圓錐滾子軸承承受徑向載荷Fr時，由于存在接觸角α,滾動軸承受載情況如右圖示----派生軸向力FNi=Fsi+FriFs=∑Fsi=∑Fritgβ第i個滾動體當角接觸球軸承或圓錐滾子軸承承受徑向載荷Fr時，由于存在接觸角α

，第i個滾動體所受力為FNi?？煞纸鉃閮蓚€軸向和徑向兩個分力：所有滾動體軸向力之和：其中：Fsi=Fritgβ角接觸球軸承或圓錐滾子軸承內部軸向力的計算βFaFaeFrαFNiFs將迫使內圈和軸徑向右移動?？砂聪卤韥碛嬎鉌s

Fs=1.1FrFs=0.7FrFs=0.5FrFs=Fr／(2Y)70000B(a=40o)70000AC(a=25o)70000C(a=15o)角接觸球軸承圓錐滾子軸承由于產(chǎn)生了派生軸向力，此時軸承所承受的實際軸向力不再等于外部軸向力，即：Fa≠Fae假設作用在軸上的軸向外載荷為：Fae

F’riFsi角接觸軸承的內部軸向力，其方向視正、反裝情況而定正裝（面對面）反裝（背對背）FrFaFaFrFR1FR2FS1FS2徑向力Fr、

R1、R2的計算由受力平衡條件求出2、軸承的受力簡圖FaFS1FS2FaFS1FS2FFR1FR2FS1FS2根據(jù)Fs1、Fs2及外加軸向載荷Fa“判斷”：3、角接觸軸承的軸向載荷FaFS1FS2Fa軸承2被壓緊，軸承1被放松軸承1被壓緊，軸承2被放松若若根據(jù)Fs1、Fs2及外加軸向載荷Fa“判斷”：角接觸軸承“背靠背”軸承1被壓緊，軸承2被放松軸承2被壓緊，軸承1被放松若若FaFS1FS2

總結：軸承軸向力Fa的確定：1、確定軸承的內部軸向力Fs的大小及方向，2、確定軸系所受外部軸向力FA的大小及方向，3、根據(jù)力的平衡條件確定哪個軸承被壓緊，哪個軸承放松4、“放松”軸承的軸向力等于其內部軸向力；

“壓緊”軸承的軸向力等于外部軸向力的代數(shù)和。例題：圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承30205，軸上徑向載荷Fr=3000N,軸向載荷FA=500N,求軸承的軸向載荷。1.計算徑向力

Fr1=Fr2=

1500N5050Fr1Fr2Fr

FA2.計算內部軸