第18章 滾動(dòng)軸承

第18章滾動(dòng)軸承18-1

概述18-2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、代號(hào)和選擇18-3

滾動(dòng)軸承的工作情況及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則18-4

滾動(dòng)軸承的計(jì)算18-5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)重點(diǎn):

滾動(dòng)軸承的代號(hào)、類(lèi)型、尺寸選擇滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)難點(diǎn):

角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向力計(jì)算滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架外圈內(nèi)圈滾動(dòng)體保持架§18-1概述滾動(dòng)軸承的材料保持架：避免滾動(dòng)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(dòng)體：高硬度、高接觸疲勞強(qiáng)度、良好耐磨性和沖擊韌性材料：含鉻軸承鋼，硬度61~65HRC1、摩擦阻力小,功率損耗少,起動(dòng)靈敏；2、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便,易于更換,價(jià)格低；3、抗沖擊能力差,高速時(shí)出現(xiàn)噪音;壽命也比不上液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承；滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)軸承的選擇→┌類(lèi)型的選擇└尺寸的選擇軸承組合設(shè)計(jì)→安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑與密封滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)的內(nèi)容§18-2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、代號(hào)和選擇一、滾動(dòng)軸承的分類(lèi)1按滾動(dòng)體形狀分2按受載方向分按滾動(dòng)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(dòng)軸承的分類(lèi)§18-2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、代號(hào)和選擇1

按滾動(dòng)體形狀分按滾動(dòng)體形狀分：球軸承、滾子軸承又可細(xì)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(chēng)接觸角分：滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線(xiàn)與垂直于軸承軸心線(xiàn)的平面之間的夾角

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?yàn)橹?FA＋FR(軸向?yàn)橹?FＡ(軸向載荷)注意：在徑向載荷作用下產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fs，其方向是使內(nèi)外圈分離，所以要成對(duì)使用內(nèi)部軸向力Fs的大小與α有關(guān)二、滾動(dòng)軸承的基本類(lèi)型和特點(diǎn)1

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

很大的Fr,不能承受軸向力Fa滾針軸承:NA類(lèi)→內(nèi)外圈可分離,徑向尺寸小受力類(lèi)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(lèi)→調(diào)心性能最好受力類(lèi)型：Fr,不大的Fa(雙向)調(diào)心滾子軸承:2(3)類(lèi)→調(diào)心性能好、承載力較大受力類(lèi)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(lèi)，a＝15o、25o、40o受力類(lèi)型：Fr,單向Fa圓錐滾子軸承：3類(lèi)受力類(lèi)型：Fr,單向Fa4

推力軸承(a=90o)推力球軸承:

5類(lèi)受力類(lèi)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(jià)格等確定軸承類(lèi)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+向心組合三、滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇2極限轉(zhuǎn)速:3調(diào)心性能:1承載能力:滾子＞球(線(xiàn)＞點(diǎn))球＞滾子調(diào)心＞非調(diào)心球＞滾子主要考慮如下幾個(gè)方面：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)軸承的載荷方向大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承方向：徑向Fr（6、1、N）軸向Fr

（5）Fr+Fa

（7、3、6）2.軸承的轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速nlim

：載荷P

0.1C，冷卻正常，0級(jí)公差時(shí)軸承的最大允許轉(zhuǎn)速。對(duì)高轉(zhuǎn)速的軸承：1)優(yōu)先選用球軸承（潤(rùn)滑的阻力）2)輕系列軸承優(yōu)于中、重系列（離心力）3)實(shí)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(jí)、改善潤(rùn)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(guò)大時(shí)無(wú)法通過(guò)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8~16’2~4’2~3

4.軸承的安裝與拆卸5.經(jīng)濟(jì)性四、滾動(dòng)軸承的代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)尺寸系列代號(hào)分部件代號(hào)類(lèi)型代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)直徑系列代號(hào)寬度系列代號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)密封與防塵代號(hào)公差等級(jí)代號(hào)。。。字母21345字母(+數(shù)字)1內(nèi)徑尺寸代號(hào)2尺寸系列代號(hào)3類(lèi)型代號(hào)1基本代號(hào)表示軸承的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號(hào)的基礎(chǔ)表明軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列、類(lèi)型1）類(lèi)型代號(hào)基本代號(hào)左起第一位，用數(shù)字或字母表示代號(hào)為0（雙列角接觸球軸承），則省略表18-2代號(hào)軸承類(lèi)型舊代號(hào)3圓錐滾子軸承75推力球軸承86深溝球軸承07角接觸球軸承6N圓柱滾子軸承2NA滾針軸承42）尺寸系列代號(hào)直徑系列代號(hào)、寬度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)：基本代號(hào)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(dòng)體，在外徑和寬度方面的變化系列0,1—特輕2—輕

3—中4—重寬度系列代號(hào)：基本代號(hào)左起第二位數(shù)字，常與直徑系列代號(hào)同時(shí)使用表示同一內(nèi)徑和外徑的軸承可以有不同的寬度多數(shù)正常系列可不標(biāo)表18-50,1特輕2輕5輕寬3中6中寬4重3）內(nèi)徑尺寸代號(hào)基本代號(hào)左起第四、五位數(shù)字內(nèi)徑d:（即軸的直徑）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~96——數(shù)字x5mm表18-4常用的幾類(lèi)滾動(dòng)軸承，一般無(wú)前置代號(hào)2前置代號(hào)用字母表示表示成套軸承分部件公差等級(jí)(精度)代號(hào)：表18-70、6x、6、5、4、2六級(jí)精度，逐漸增高表示成：/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)：表18-6如：C—a=15o、AC—a=25o、B—a=40o

軸承徑向游隙系列代號(hào)：/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(hào)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(jí)等例：7212AC

│││└││└│└└└深溝球軸承└直徑系列為3(中),寬度系列為0(不標(biāo))└內(nèi)徑d=25mm0級(jí)公差(不標(biāo))│角接觸球軸承直徑系列為2(輕),寬度系列為0(不標(biāo))內(nèi)徑d=60mm=25例：6305(/P0)│││└││└0級(jí)公差(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││││││││││例：7

211C/P55級(jí)精度接觸角15

直徑55mm正常寬度、輕系列角接觸球軸承失效形式：內(nèi)外圈運(yùn)動(dòng)疲勞點(diǎn)蝕——

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

低速軸承的主要失效形式，接觸應(yīng)力過(guò)大(載荷過(guò)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(hù)不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：一般轉(zhuǎn)速的軸承—

進(jìn)行壽命(額定動(dòng)載荷)計(jì)算，防止疲勞點(diǎn)蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動(dòng)的軸承

—按靜強(qiáng)度(額定靜載荷)計(jì)算，防止塑性變形§18-3滾動(dòng)軸承的工作情況及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1基本概念2壽命計(jì)算3當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算4角接觸向心軸承軸向載荷Fa的計(jì)算5滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算針對(duì)失效形式：疲勞點(diǎn)蝕*§18-4滾動(dòng)軸承的計(jì)算1

基本概念—壽命軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時(shí)數(shù)基本額定壽命：用L或Lh表示一組同一型號(hào)軸承在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其可靠度為90％時(shí)，能達(dá)到或超過(guò)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(zhǎng)一個(gè)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(yùn)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/(％)1

基本概念—基本額定動(dòng)載荷定義：當(dāng)一套軸承進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)并且基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的最大載荷，用C表示即：在C的作用下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時(shí)，有10％的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90％的軸承完好對(duì)于具體軸承，C為定值，按手冊(cè)查取對(duì)向心軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對(duì)推力軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動(dòng)載荷越大軸承的承載能力越大壽命L10(106r)載荷P(N)oC21534壽命L10=1載荷P=C載荷P=C壽命L10=1載荷P≠C壽命L10=?NσrNo

指數(shù)球軸承:滾子軸承:2

壽命計(jì)算壽命計(jì)算的基本公式:作壽命計(jì)算,解決兩類(lèi)問(wèn)題:(1)已知軸承型號(hào)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(hào)3

當(dāng)量動(dòng)載荷

P

的計(jì)算對(duì)于向心軸承，C為徑向載荷Cr對(duì)于推力軸承，C為軸向載荷Ca但軸承可能同時(shí)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(jìn)行比較，引入當(dāng)量動(dòng)載荷的概念當(dāng)量動(dòng)載荷：一假想載荷，與C同類(lèi)型，它對(duì)軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用P表示實(shí)際載荷的條件不同時(shí)，按確定基本額定動(dòng)載荷的條件進(jìn)行換算后的載荷——即為純徑向力Fr、純軸向力Fa計(jì)算式：X－徑向載荷系數(shù)Y－軸向載荷系數(shù)見(jiàn)表18-11FaFrFaFrCCrCaPPrPa相對(duì)應(yīng)X:徑向載荷系數(shù)Y:軸向載荷系數(shù)查表18-11(1)只受Fr的向心軸承：(2)只受Fa的推力軸承：(3)受Fr和Fa的向心軸承和向心推力軸承3.當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算X、Y－徑,軸向系數(shù)表(18-11)①查判斷系數(shù)e→Ｃ０r:軸承的額定靜載荷,查P319附錄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(jì),只計(jì)Fr→

Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計(jì)→即：X≠1,Y≠0Fa/Fr＞e按(Fa/C0r)查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-11→e=1.5tgα深溝球軸承－角接觸球軸承圓錐滾子軸承解：查得：C0r=29200ＮP319①查e：②求X、Y:③求Ｐ:Fa1/C0r=1635/29200=0.056→e1=0.26∵Fa1/Fr1=1635/3500=0.467＞e1∴X1=0.56,Y1=1.71∵Fa2=0X2=1,Y2=0P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.56×3500+1.71×1635=4756ＮP2=Fr2=2500Ｎ∵P1＞P2∴Ⅰ軸承危險(xiǎn)例：已知齒輪軸采用一對(duì)6211軸承，已知軸承載荷Fr1=3500Ｎ，F(xiàn)a1=1635Ｎ，F(xiàn)r2=2500Ｎ，F(xiàn)a2=0，試求P1、P2。已知某軸承，型號(hào)為6210，已求得軸承所受徑向載荷Fr=3000Ｎ，軸向載荷Fa=870Ｎ，求壽命L10

和P解：(1)求當(dāng)量動(dòng)載荷P方法：查手冊(cè),C=35000N,C0=23200N(2)求壽命L10若n=1500r/min壽命計(jì)算步驟：(1)徑向載荷Fr的計(jì)算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V124.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算(2)軸向載荷Fa的計(jì)算1)向心軸承Fa的計(jì)算兩端單向固定:Fa緊=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游動(dòng):Fa固定=FaeFa游動(dòng)=0FaeFae4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算向心推力軸承的內(nèi)部軸向力FS

(7類(lèi)、3類(lèi))2)向心推力軸承Fa的計(jì)算(2)軸向載荷Fa的計(jì)算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算派生軸向力Fs大小見(jiàn)表18-12FsFrFiFi’’Fi’O角接觸球軸承注意Fs

的方向α表18-12內(nèi)部軸向力Fs3000070000Ca=15o70000ACa=25o70000B

a=40oFs=Fr/(2Y)Fs=eFrFs=0.68FrFs=1.14Fr2)向心推力軸承Fa的計(jì)算Fr1Fr2FaeFS1FS2Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2FaeFS1FS2FaeFae正安裝反安裝(2)軸向載荷Fa的計(jì)算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算Fr1Fr2FaeFS1FS2FS1FS2Fae根據(jù)軸向受力平衡條件確定①若Fae+FS2>FS1

軸左移,1壓緊,2放松F'S1F'S12)向心推力軸承Fa的計(jì)算(2)軸向載荷Fa的計(jì)算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算FS1FS2FaeF'S2②若Fae+FS2<FS1

軸右移,1放松,2壓緊判別方法:①先確定軸上各軸向力(外加軸向力和內(nèi)部軸向力)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內(nèi)部軸向力;④壓緊端的軸向載荷等于除去它本身的內(nèi)部軸向力外,其余所有軸向力的代數(shù)和.2)向心推力軸承Fa的計(jì)算(2)軸向載荷Fa的計(jì)算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2反安裝①若Fae+FS1>FS2

軸左移,1放松,2壓緊FaeFae②若Fae+FS1<FS2

軸右移,1壓緊,2放松F'S2驗(yàn)證:F'S12)向心推力軸承Fa的計(jì)算(2)軸向載荷Fa的計(jì)算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計(jì)算驗(yàn)證:結(jié)論：軸承反裝時(shí)，可得到與正裝同樣的結(jié)論結(jié)論總結(jié)如下：根據(jù)排列方式判明派生軸向力Fs1、Fs2的方向判明軸向合力指向及軸可能移動(dòng)的方向，分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”“放松”端的軸向載荷等于自身的內(nèi)部軸向力“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身派生軸向力后其它軸向力的代數(shù)和對(duì)于能承受少量軸向力而a=0的向心軸承(如深溝球軸承)：FaFr1Fr2因?yàn)椋篴＝0,Fs1＝0，F(xiàn)s2＝0所以：F合力＝Fa圖中：Fa1＝0Fa2＝Fa例:如圖所示,標(biāo)明各軸向力,并求兩端軸承的軸向載荷。Fr1Fr221FS1FS2Fae若Fae+FS2>FS1

軸右移,1壓緊,2放松121212例:試判斷圖示三種情況下左右軸承哪個(gè)壽命低。已知：一對(duì)6205軸承一對(duì)7205B軸承正安裝一對(duì)7205B軸承反安裝解：(一)求Fr(二)求Fa(1)一對(duì)6205軸承左端軸承壽命低1212一對(duì)7205B軸承正安裝一對(duì)7205B軸承反安裝(二)求Fa(2)一對(duì)7205B軸承正安裝左端軸承壽命低軸右移,1松2緊(2)一對(duì)7205B軸承反安裝左端軸承壽命低軸左移,1松2緊例：一對(duì)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(huà)安裝簡(jiǎn)圖,Fs2與FA同向②求Fa1，F(xiàn)a2→

Fs1＝0.68Fr1＝0.68×5000＝3400NFs2＝0.68Fr2＝0.68×8000＝5440NFs2Fs11FA2Fr1Fr2∴Fa1＝Fs2＋FA＝7440N,Fa2＝Fs2＝5440N∵Fs2＋FA＝7440N＞Fs1＝3400N∴Ⅰ緊Ⅱ松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(lèi))FA1212FA└一端固定、一端游動(dòng)Fa1=FA,Fa2=0FA指向者受力Fa1=0,Fa2=FA┌兩端固定→→固定端受力(2)角接觸軸承(3、7類(lèi))安裝型式正安裝→Ｆs面對(duì)面反安裝→Ｆs背對(duì)背F1′F2′F1′F2′①畫(huà)安裝簡(jiǎn)圖→求Fs1、Fs2表(18-12)

②Fa=┌本身的內(nèi)部軸向力(放松端）└除本身的內(nèi)部軸向力外其余軸向力之和（緊端）軸承壽命計(jì)算步驟3求P1、P2:(當(dāng)量動(dòng)載荷Ｐ)P＝XFr＋YFa①查判斷系數(shù)e深溝球軸承－角接觸球軸承圓錐滾子軸承按Fa/C0r查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-12→e=1.5tgαp.299②判Fa/Fr

與e的關(guān)系→定X、Y┌Fa/Fr≤e

－軸向力較小,可忽略不計(jì),只計(jì)Fr→Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計(jì)→即：X1,Y0└Fa/Fr＞e4求Lh(C)例接上題,如果n＝960r/min,fP＝1.2,求軸承壽命解：查得7212AC軸承的C＝58200N，e＝0.68∵Fa1／Fr1＝7440／5000＝1.488＞e∴X1＝0.41

，Y1＝0.87P1＝X1Fr1＋Y1Fa1＝0.41×5000＋0.87×7440＝8523N∵Fa2／Fr2＝5440／8000＝0.68=eP2＝Fr2＝8000N∴X2＝1,Y2＝0∵P1＞P2∴Ⅰ軸承危險(xiǎn)(Fa1＝7440N,Fa2=5440N,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N)5軸承靜載荷計(jì)算失效形式：過(guò)大塑性變形對(duì)象：低速或受較大沖擊載荷作用的軸承目的：防止軸承元件發(fā)生塑性變形基本額定靜載荷C0

：限制塑性變形的極限載荷值，由手冊(cè)查取對(duì)向心軸承為C0r

－徑向基本額定靜載荷對(duì)推力軸承為C0a

－軸向基本額定靜載荷徑向軸承或角接觸軸承的當(dāng)量靜載荷P0:實(shí)際選用：推力軸承的當(dāng)量靜載荷：靜強(qiáng)度校核公式：X0、Y0分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)(表18-13)S0為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，P301一軸承的固定

二軸承組合的調(diào)整

三軸承的配合

四軸承的裝拆§18-5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)(一)軸承的固定1.支點(diǎn)固定型式(1)兩端