《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì) （下冊） 第4版》 課件 第21章-滾動(dòng)軸承

第二十一章滾動(dòng)軸承第一節(jié)概述概述摩擦阻力小，起動(dòng)靈活，效率高；由專業(yè)廠家批量生產(chǎn)，類型、尺寸齊全，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，選用、更換方便。一、功用二、特點(diǎn)支承轉(zhuǎn)軸和心軸。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：抗沖擊能力較差；徑向尺寸較大；高速重載時(shí)，壽命較低、噪聲較大。適用范圍：回轉(zhuǎn)精度要求較高，回轉(zhuǎn)速度不太高的場合。1三、典型結(jié)構(gòu)概述滾道作用：限制滾動(dòng)體軸向移動(dòng)，降低其與套圈間接觸應(yīng)力。套圈相對運(yùn)動(dòng)形式：外圈不動(dòng)，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)（常見）；內(nèi)圈不動(dòng)，外圈轉(zhuǎn)動(dòng)；內(nèi)圈、外圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。外圈：與軸承座孔或機(jī)座孔配合（基軸制），其內(nèi)表面設(shè)有滾道；內(nèi)圈：與軸頸配合（基孔制），其外表面設(shè)有滾道；滾動(dòng)體：內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體沿滾道滾動(dòng)（滾動(dòng)摩擦）；保持架：均勻分隔滾動(dòng)體，避免其相互接觸，減小摩擦。2滾動(dòng)體形式：球圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針套圈及滾動(dòng)體：強(qiáng)度高、耐磨性好的專用鋼材（如高碳鉻軸承鋼等），淬火后硬度不低于

61~65HRC，滾動(dòng)體及滾道表面需磨削拋光。保持架：減磨性較好材料（如銅合金、鋁合金、低碳鋼、工程塑料等）。概述四、材料3第二節(jié)滾動(dòng)軸承的類型和選擇類型和選擇一、主要類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分類標(biāo)準(zhǔn)1.承受載荷方向：向心軸承、推力軸承；2.滾動(dòng)體的形狀：球軸承、滾子軸承；3.滾動(dòng)體的列數(shù)：單列軸承、雙列軸承；4.套圈能否分離：可分離軸承、不可分離軸承。公稱接觸角：

滾動(dòng)體與套圈接觸處的法線與軸承徑向平面間的夾角，其值越大則軸承的軸向承載能力越強(qiáng)。4向心軸承推力軸承徑向接觸向心角接觸推力角接觸軸向接觸類型和選擇常用滾動(dòng)軸承的類型和特點(diǎn)表21-2

5調(diào)心球軸承1類調(diào)心滾子軸承2類圓錐滾子軸承3類單向推力球軸承5類雙向推力球軸承5類類型和選擇6深溝球軸承6類角接觸球軸承7類圓柱滾子軸承N

類滾針軸承NA

類類型和選擇二、類型選擇依據(jù)：工作載荷的大小、方向與性質(zhì)；轉(zhuǎn)速高低及回轉(zhuǎn)精度要求；調(diào)心功能要求；安裝空間大小、裝拆方便程度及經(jīng)濟(jì)性等。71.載荷的大小、方向與性質(zhì)載荷大或存在振動(dòng)、沖擊，選用滾子軸承；否則選用球軸承；純徑向載荷，選用向心軸承（如60000、N0000、NU0000型）；純軸向載荷，選用推力軸承（如50000型）；徑向、軸向載荷兼有，考慮二者比值。若軸向載荷較小，選用深溝球軸承（60000型）、公稱接觸角較小的角接觸球軸承（70000C型）或圓錐滾子軸承（30000型）；若軸向載荷較大，選用公稱接觸角較大的角接觸球軸承（70000AC

型）或圓錐滾子軸承（30000B型）；若軸向載荷遠(yuǎn)大于徑向載荷，選用向心軸承與推力軸承的組合，分別承載。類型和選擇82.調(diào)心性能要求為適應(yīng)軸的撓曲，選用允許內(nèi)圈、外圈軸線相對偏斜較大的調(diào)心軸承。如：支點(diǎn)跨距大、軸剛度較差；兩軸承座孔的同軸度較低；多支點(diǎn)軸。注意：不宜與其它類型的軸承組合承載。軸承座孔同軸度低剛度較差內(nèi)、外圈軸線偏斜類型和選擇93.轉(zhuǎn)速高低軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，需考慮軸承的極限轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使軸承的工作轉(zhuǎn)速低于其極限轉(zhuǎn)速。一般地，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承；推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低于其它類型的軸承。高速下，可采用公稱接觸角大的角接觸球軸承代替推力球軸承；高速且軸向載荷較小時(shí)，采用深溝球軸承代替推力球軸承。類型、內(nèi)徑相同的軸承，外徑越大，極限轉(zhuǎn)速越低。類型和選擇4.裝拆方便要求如要求安裝、拆卸方便，選用套圈可分離軸承，如圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承等。105.安裝尺寸要求軸承內(nèi)徑由配合軸頸的尺寸確定，而外徑、寬度（高度）隨軸承類型、

直徑系列、寬度（高度）系列而變化。若徑向尺寸受限，可選用類型、內(nèi)徑相同，而外徑較小的型號(hào)。6.經(jīng)濟(jì)性公差等級(jí)越高，價(jià)格越高。公差等級(jí)相同時(shí)，球軸承較滾子軸承價(jià)廉。設(shè)計(jì)時(shí)，滿足基本要求即可。類型和選擇11第三節(jié)滾動(dòng)軸承的代號(hào)代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)軸承分部件軸承類型尺寸系列軸承內(nèi)徑內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封/防塵套圈變形軸承材料公差等級(jí)游隙配置其它1.基本代號(hào)ΟXXXX數(shù)字內(nèi)徑代號(hào)直徑系列代號(hào)寬度（高度）系列代號(hào)類型代號(hào)（數(shù)字或字母），個(gè)別可省略尺寸系列代號(hào)12代號(hào)04~96，d=20~480mm（代號(hào)乘以5）；

d=22、28、32mm，“/內(nèi)徑值”；代號(hào)00~03，d=10、12、15、17mm。(1)內(nèi)徑代號(hào)(2)直徑系列代號(hào)區(qū)分內(nèi)徑相同而外徑不同的軸承。向心軸承，代號(hào)7、8、9、0、1、2、3、4，外徑依次遞增；推力軸承，代號(hào)0、1、2、3、4、5，外徑依次遞增。(3)寬度（高度）系列代號(hào)區(qū)分內(nèi)、外徑相同而寬度（高度）不同的軸承。向心軸承，代號(hào)8、0、1、2、3、4、5、6，寬度依次遞增；推力軸承，代號(hào)7、9、1、2，高度依次遞增。表21-4（注意省略）代號(hào)132.后置代號(hào)代號(hào)補(bǔ)充代號(hào)，字母或字母-數(shù)字組合，表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封和防塵圈形狀、材料、公差等級(jí)等。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

字母，附基本代號(hào)后。如：角接觸球軸承，C、AC、B分別表示公稱接觸角為15

、25

和40

；E表示加強(qiáng)型軸承；D表示剖分式軸承。

公差等級(jí)字母-數(shù)字組合，共6級(jí)，表21-6。如：/P6，6級(jí)。

游隙徑向游隙，6個(gè)組別，1、2、0、3、4、5，依次遞增。0組省略，其余用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。

配置成對安裝軸承配置方式，/DB：背對背；/DF：面對面；/DT：串聯(lián)。14字母，表示軸承的分部件。如，K代表滾子軸承的滾子和保持架組件；L代表可分離軸承的可分離套圈等。

3.前置代號(hào)7

2

10

AC

內(nèi)徑d=10×5=50mm尺寸系列(0)2（寬度系列(0)省略，直徑系列2）角接觸球軸承公稱接觸角25

公差等級(jí)為0級(jí)，省略代號(hào)6

0/22/P4內(nèi)徑d=22mm尺寸系列(1)0（寬度系列(1)省略，直徑系列0）深溝球軸承公差等級(jí)為4級(jí)15載荷、失效和計(jì)算準(zhǔn)則第四節(jié)滾動(dòng)軸承的載荷、失效和計(jì)算準(zhǔn)則一、載荷分布1.只受徑向載荷作用若滾動(dòng)體與套圈非過盈，則最多半圈滾動(dòng)體承載，且承載區(qū)內(nèi)各滾動(dòng)體受力大小、方向均不相同。FR作用線方向滾動(dòng)體受力最大，且（球軸承）（滾子軸承）16載荷、失效和計(jì)算準(zhǔn)則2.只受軸向載荷作用中心軸向載荷，由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)，且3.徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用當(dāng)很小時(shí)，可忽略的作用當(dāng)較大時(shí)，必須計(jì)入的作用，且17二、失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則載荷、失效和計(jì)算準(zhǔn)則疲勞點(diǎn)蝕（脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力）塑性變形（過大的靜載荷或沖擊載荷）磨損（密封、潤滑；磨粒磨損、粘著磨損、膠合）失效形式正常工作條件：接觸疲勞壽命計(jì)算載荷變化大或有沖擊時(shí)：接觸疲勞壽命計(jì)算+靜強(qiáng)度校核轉(zhuǎn)速很低或緩慢擺動(dòng)：靜強(qiáng)度計(jì)算高速：接觸疲勞壽命計(jì)算+極限轉(zhuǎn)速校驗(yàn)計(jì)算準(zhǔn)則18第五節(jié)滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算壽命計(jì)算一、基本額定壽命與基本額定動(dòng)載荷

軸承的壽命

基本額定壽命在脈動(dòng)循環(huán)變化的接觸應(yīng)力作用下，軸承中任何一個(gè)元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕以前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)，或一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù)。一批相同的軸承在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90％的軸承在疲勞點(diǎn)蝕前能達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)

L10（單位:106r），或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù)L10h

（單位：小時(shí)）。

基本額定動(dòng)載荷基本額定壽命為106r時(shí)，軸承所能承受的最大載荷

C。徑向基本額定動(dòng)載荷Cr；軸向基本額定動(dòng)載荷Ca。19壽命計(jì)算二、當(dāng)量動(dòng)載荷軸向、徑向載荷聯(lián)合作用時(shí)，與實(shí)際載荷作用等效（軸承壽命相同）的假想載荷P

。表21-7FA/C0→e

（內(nèi)插法）

FA/FR≤e

?→X、YFR、FA－徑向、軸向載荷X、Y

－徑向、軸向動(dòng)載荷系數(shù)

fp－沖擊載荷系數(shù)（表21-8）三、基本額定壽命計(jì)算Q1

:P

≠C

，軸承壽命L10或L10h？Q2

:P、預(yù)期壽命已知，型號(hào)/C

？20壽命計(jì)算壽命指數(shù)ε

=3（球）或10/3（滾子）A1A2ε預(yù)期壽命，表21-10設(shè)計(jì)時(shí)，選用軸承的

C

≥CjC

與溫度有關(guān)，引入溫度系數(shù)

ft（表21-9）630521壽命計(jì)算四、向心角接觸軸承的軸向載荷計(jì)算1.內(nèi)部軸向力FS軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承7000C7000AC7000B30000FSeFR0.68FR1.14FRFR/(2Y)定義：因軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，伴隨徑向載荷產(chǎn)生的軸向力。方向：與軸承安裝方式有關(guān)，內(nèi)圈所受內(nèi)部軸向力總是指向內(nèi)圈與滾動(dòng)體相對外圈脫離的方向。注意：為避免軸在FS作用下產(chǎn)生軸向移動(dòng)，3、7類軸承應(yīng)成對使用，反向安裝，使兩軸承的FS方向相反。大?。?2壽命計(jì)算2.支反力作用點(diǎn)3、7類軸承的支點(diǎn)位置應(yīng)處于各滾動(dòng)體法向反力Fi的作用線與軸線的交點(diǎn)。O點(diǎn)與軸承遠(yuǎn)端面的距離a可根據(jù)軸承型號(hào)由手冊查出。3.軸向載荷FA計(jì)算O23壽命計(jì)算壓緊端軸承：除其自身內(nèi)部軸向力外，其余所有軸向力的代數(shù)和；放松端軸承：自身內(nèi)部軸向力。方法1（壓緊放松法）：方法2（公式歸納法）：對任一端軸承而言，其軸向載荷均應(yīng)為下列二者中的較大值：①該軸承自身內(nèi)部軸向力；②除其自身內(nèi)部軸向力外，其余所有軸向力的代數(shù)和。24壽命計(jì)算徑向載荷運(yùn)動(dòng)趨勢軸向載荷內(nèi)部軸向力外加軸向力+向心角接觸軸承軸向載荷計(jì)算流程：400N650N300N800N←500N軸向左竄動(dòng)（趨勢）；DB安裝（反安裝），軸承II被壓緊。水平、垂直面支反力正交合成；內(nèi)部軸向力方向；外加軸向力代數(shù)合成；軸的運(yùn)動(dòng)趨勢；軸承安裝方式；壓緊端。25五、同一支點(diǎn)成對安裝同型號(hào)向心角接觸軸承的計(jì)算特點(diǎn)適宜工況：較長軸，或較高工作溫度，或較大軸向載荷；支反力作用點(diǎn)：兩軸承中點(diǎn)（近似）；載荷系數(shù)：按雙列軸承選取X、Y；球軸承滾子軸承壽命計(jì)算六、不同可靠度的軸承壽命計(jì)算可靠度（%）909596979899a110.620.530.440.330.21LRh＝a1

L10h

26靜強(qiáng)度計(jì)算第六節(jié)滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算1.額定靜載荷承載區(qū)內(nèi)，受力最大的滾動(dòng)體與滾道接觸處的接觸應(yīng)力達(dá)到：球軸承：4200MPa（調(diào)心球軸承：4600MPa）滾子軸承：4000MPa該應(yīng)力所對應(yīng)的載荷C0

（設(shè)計(jì)手冊）。向心軸承－徑向載荷C0r；推力軸承－中心軸向載荷C0a。目的：防止?jié)L動(dòng)體、套圈滾道產(chǎn)生過大的塑性變形。2.當(dāng)量靜載荷（表21-12）3.靜強(qiáng)度條件C0/P0≥S0

（表21-13）若，取27極限轉(zhuǎn)速第七節(jié)滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速f1

載荷因數(shù)

（圖21-13）f2

載荷分布因數(shù)（圖21-14）軸承許用的最高轉(zhuǎn)速，與軸承類型、尺