機械設計基礎(chǔ)-第12章滾動軸承1

第12章滾動軸承§12.1滾動軸承的基本類型和特點§12.2滾動軸承的代號§12.3滾動軸承的選擇計算§12.4滾動軸承的潤滑和密封§12.5滾動軸承的組合設計§12.6滾動軸承的公差與配合§12-1滾動軸承的基本類型和特點各零件的作用：外圈：支撐零件或軸系；保持架:將滾動體分開。內(nèi)圈：支撐軸；滾動體：滑動滾動；硬度和接觸疲勞強度↑、耐磨性和沖擊韌性↑。用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：61~65HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體（必不可少）、保持架。滾動副的材料要求：優(yōu)點：摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、易于互換等。缺點：抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音。滾動軸承標準化。

設計人員的主要任務是:熟悉標準，正確選用。*接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。接觸角

↑→

軸向承載能力

↑α保持架：低碳鋼，高速軸承：有色金屬或塑料。α=0?表12-1各類軸承的公稱接觸角

軸承類型公稱接觸角向心軸承主要承受徑向載荷推力軸承主要承受軸向載荷徑向接觸角接觸軸向接觸角接觸0?<α<45?αα=90?α45?<α<90?α軸承類型按載荷方向分按滾動體形狀分向心軸承推力軸承圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針球軸承滾子軸承分類：表12-2滾動軸承的主要類型和特性調(diào)心滾子軸承20000（舊3類）低0.5?~2?

能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大，具有調(diào)心性能。圓錐滾子軸承30000（舊7類）中2’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對使用。調(diào)心球軸承10000（舊1類）中2?~3?

主要承受徑向載荷，同時也能承受少量軸向載荷。因為外圈滾道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心。軸承名稱類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用推力球軸承50000（舊8類）低不允許

只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。a)單向表12-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用低不允許

只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。b)雙向角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)（舊6類）較高2’~10’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。α越大，承載能力越大，有三種規(guī)格。成對使用。深溝球軸承60000（舊0類）高8’~16’能同時承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。允許極限轉(zhuǎn)速高，應用廣泛。表12-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用推力圓柱滾子軸承80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。圓柱滾子軸承N0000（舊2類）較高2’~4’能承受較大的徑向載荷。因線接觸，內(nèi)外圈只允許有小的相對偏轉(zhuǎn)。外圈可分離。除U結(jié)構(gòu)外，還有內(nèi)圈無擋邊(NU)、外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等型式。滾針軸承NA0000RNA0000（舊4類）低只能承受徑向載荷。承載能力大，徑向尺寸特小。一般無保持架，因而滾針間有摩擦，極限轉(zhuǎn)速低。不允許

a)b)表12-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用調(diào)心球軸承10000

調(diào)心滾子軸承20000

圓錐滾子軸承30000

推力球軸承50000

深溝球軸承60000

角接觸球軸承70000

推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000

1.承載能力承受徑向載荷為主；幾點說明：滾子軸承≈(1.5~3)球軸承,2.極限轉(zhuǎn)速當d≤20mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。0?<α<45?→45?<α<90?→承受軸向載荷為主；α=0?→α=90?→滾動體為滾子，則只能承受徑向載荷；若滾動體為球，可承受一定的軸向載荷。只能承受軸向載荷。轉(zhuǎn)速過高

→

溫度↑→

潤滑失效

→

滾動體回火或膠合破壞。極限轉(zhuǎn)速——滾動軸承在一定載荷與潤滑條件下允許的最高轉(zhuǎn)速。重載荷采用滾子軸承。3.角偏差影響軸承正常運轉(zhuǎn)。角偏差

↑→

可采用調(diào)心軸承。滾針軸承對軸線傾斜最敏感，應盡可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。軸承由于安裝誤差或軸的變形等引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜，其傾斜角稱為角偏差。調(diào)心軸承θ滾動軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動軸承的代號，§12.2滾動軸承的代號寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表12-2滾動軸承代號的排列順序類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加2.基本代號：表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。類型代號：左起第一位，為0（雙列角接觸球軸承）則省略。成套軸承分部件代號1.前置代號：成套軸承分部件代號。0調(diào)心滾子軸承20000C圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向b)雙向深溝球軸承60000角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000調(diào)心球軸承10000尺寸系列代號：左起第二、三位,

又稱為組合代號。寬(高)度系列代號直徑系列代號類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號前置代號基本代號

后置代號表12-2滾動軸承代號的排列順序左起第二位：寬（高）度系列代號向心軸承——寬度系列代號常用：0（窄）、1（正常）和2（寬）推力軸承——高度系列代號，常用：1（單列軸承正常高度）

2（雙列軸承正常高度）000300400200常用直徑系列：

新國標舊國標

特輕系列000(100)100

輕系列200200

中系列300300

重系列400400左起第三位：直徑系列代號表12-4向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號直徑系列代號推力軸承向心軸承01(0)0(0)1101120211011234特輕輕中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常寬正常尺寸系列代號寬度系列代號高度系列代號內(nèi)徑代號：基本代號左起第四、五位。表12-3軸承的內(nèi)徑代號

內(nèi)徑代號軸承內(nèi)徑尺寸mm001001020304~99數(shù)字5121517寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表12-2滾動軸承代號的排列順序類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號3.后置代號：用字母（或加數(shù)字）表示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)軸承后置代號排列順序后置代號組含義1密封與防塵套圈變形238保持架及材料游隙軸承材料公差等級配置其它7456寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表12-2滾動軸承代號的排列順序類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用代號軸承類型代號含義示例B(66)α=40?7210B

角接觸球軸承C(26)α=15?7210C

AC(46)α=25?7210AC圓錐滾子軸承B接觸角α加大32310BE

加強型N207E后置代號E表示改進了結(jié)構(gòu)，增加了承載能力。對于N類（圓柱滾子軸承）和7類（角接觸球軸承）現(xiàn)在較為常見。注：公差等級中0級最低，向右依次增高，2級最高。新國標代號/P0省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等級

0級6級6x級5級4級2級示例

62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2公差等級代號

舊國標代號G省略EExDCB實例：說明滾動軸承

6203和

7312AC/P6

的含義6(0)203軸承內(nèi)徑

d=17mm直徑系列代號，2(輕)系列

寬度系列代號，0(窄)系列，不標

深溝球軸承按照舊國標，此軸承的代號為：2037(0)312AC/P6公稱接觸角

α=25?軸承內(nèi)徑

d=12×5=60mm直徑系列代號，3(中)系列

寬度系列代號，0(窄)系列，不標出角接觸球軸承公差等級6級

按照舊國標，此軸承的代號為：E46312§12-3滾動軸承的選擇計算一、滾動體的受力分析受純徑向載荷Fr時，上半圈滾動體不受力；下半圈各滾動體受力大小方向均不同。可以導出：Fr徑向載荷的分布Fmaxδ受純軸向載荷時，各滾動體受力相同；二、失效形式疲勞破壞永久變形早期磨損膠合內(nèi)外圈和保持架破裂維護保養(yǎng)不當而造成。2051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×10-6r)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(zhuǎn)，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(guān)。如圖三、軸承壽命定義：軸承在一定轉(zhuǎn)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：可靠度：一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分比?；绢~定壽命：一組同一型號軸承，在同一運轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時，能達到或超過的壽命L(Lh)。在到達額定壽命時，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%。對于單個軸承而言，其損壞的可能性只有90%單位為百萬轉(zhuǎn)106r，或小時.換句話說基本額定動載荷：當一套軸承運轉(zhuǎn)達到一百萬轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷C。.向心軸承記為：Cr，可查表推力軸承記為：Ca壽命為1百萬轉(zhuǎn)時.可靠度為90%，壽命為5百萬轉(zhuǎn)時.可靠度只有50%，軸承壽命大量試驗得如下關(guān)系：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時表示：F---當量動載荷

當t>100℃

時，→C↓；

引進溫度系數(shù)ft

進行修正。310/3ε=一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下，滾動軸承具有與實際載荷作用下的壽命。表12-4溫度系數(shù)軸承工作溫度℃

溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60表12-5載荷系數(shù)

載荷性質(zhì)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修正結(jié)果：工作中沖擊振動→C↓；引進載荷系數(shù)fP

進行修正。表12-6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40000~60000四、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=XFr+Y

FaX——徑向動載荷系數(shù)；Y——軸向動載荷系數(shù)。向心軸承只受徑向力：P=Fr；推力軸承只受軸向力：P=Fa表12-12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(diào)心球軸承(雙列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(單列)五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算受力分析：FrQi=Ri+SiSiRiαS總軸向力S=∑Si為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應:成對使用，對稱安裝。下面分兩個軸承面對面或背對背安裝兩種情況進行詳細分析Qi表12-13角接觸向心球軸承

軸承類型角接觸向心球軸承SeFr

0.68Fr1.14Fr圓錐滾子軸承α=15?α=25?α=40?Fr/(2Y)Y是的軸向系數(shù)>eFrFa——內(nèi)部軸向力第i個滾動體上的法向力1.若KA+S2>S1壓緊端：Fa1=KA+S2

放松端：Fa2=S2

2.若KA+S2<S1放松端：Fa1=S1

壓緊端：Fa2=S1-KA結(jié)論：放松端軸承的軸向載荷=自身內(nèi)部軸向力壓緊端軸承的軸向載荷=其余軸向力的代數(shù)和本身除外S2Fr2S1Fr1a1a2外圈窄邊相對安裝(正裝)12O2KA外載荷O1壓力中心軸向力的確定KAS2Fr2S1Fr1反裝時選左邊的軸承為1，右邊的軸承為2。1.若

KA+S2>S1

則有：簡單確定方法：壓緊端：Fa1=KA+S2

放松端：Fa2=S2

2.若KA+S2<S1

,則有：放松端：Fa1=S1

壓緊端：Fa2=S1-KAa2a1O1O212外圈寬邊相對安裝(反裝)同向取“+”，異向取“—”。一、滾動承的潤滑潤滑劑潤滑目的--減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪?！?2-4滾動軸承的潤滑和密封密封目的--防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А櫥瑵櫥凸腆w潤滑劑用于特殊場合用速度因素dn

值作為選擇潤滑劑的條件:---常用---高速、高溫當dn<(1.5~2)×105

mm·r/min時，采用脂潤滑，否則用油潤滑。

脂潤滑優(yōu)點：不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運轉(zhuǎn)較長時間。油潤滑優(yōu)點：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán)境下使用。dn間接反映了軸頸的圓周速度。二、滾動承的密封潤滑油的選擇：潤滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作溫度t來確定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

潤滑油粘度的選擇5cSt(40℃時)102065110250400滾動承的密封方式的選擇與潤滑的種類、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。分類接觸式非接觸式組合式密封毛氈圈密封密封圈密封間隙密封迷宮式密封---毛氈迷宮式密封例如：dn=100000，t=90℃

可用110號潤滑油110毛氈圈密封適用場合：脂潤滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓周軸速度v<4~5

m/s，工作溫度不超過90℃。矩形斷面的毛氈圈被安裝在梯形槽內(nèi)，它對軸產(chǎn)生一定的壓力而起到密封作用。適用場合：脂或油潤滑，軸頸圓周速度v<4~5m/s，工作溫度:-40~100℃。(a)(b)防漏油防灰塵密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡膠制成，有的具有金屬骨架，有的沒有，制成標準件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰塵、雜質(zhì)接觸式密封：適用場合：脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。

靠軸與端蓋之間的細小環(huán)形間隙密封，間隙愈小愈長，效果愈好，間隙取0.1~0.3mm。間隙封圈(a)(b)δ=0.1~0.3mmδ非接觸式密封：δ適用場合：脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封用脂的滴點。密封效果可靠。

圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會變長，間隙取δ=1.5~2mm。迷宮式封圈δ=0.1~0.2mm(a)(b)δ