第二十一章滾動軸承機

第二十一章 滾動軸承（Rolling-ContactBearings）§21-1§21-2§21-3§21-4§21-5§21-6§21-7§21-8概述滾動軸承的類型和特點滾動軸承的代號和類型選擇滾動軸承的載荷、失效和計算準則滾動軸承的壽命計算滾動軸承的靜強度計算滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速

滾動軸承的潤滑和密封（滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計）軸承總成滾動體(ball

or

roller)內(nèi)圈(inner

ring)外圈(outer

ring)保持架(separator)§21-1

概述滾動軸承的構(gòu)造§21-1

概述適用范圍：回轉(zhuǎn)精度要求較高，回轉(zhuǎn)速度不太高的場合。優(yōu)點：摩擦阻力小，起動靈活，效率高，標準化程度高。缺點：抗沖擊能力較差，徑向尺寸較大，高速重載時壽命低、噪音大。按承受的

載荷方向向心軸承推力軸承徑向接觸軸承向心角接觸軸承軸向接觸軸承推力角接觸軸承0?

<α<45?α45?

<α<90?αα=

0?α=

90?公稱接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線同垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角。α§21-2

滾動軸承的類型和特點按滾動體的列數(shù)球軸承按滾動體形狀滾子軸承按內(nèi)、外圈能否分離單列軸承雙列軸承

可分離軸承不可分離軸承§21-2滾動軸承的類型和特點§21-2調(diào)心球軸承

(self-aligning)10000高2?

~

3?主要承受徑向載荷，同時也能承受少量雙向軸向載荷。因為外滾道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心。潘存云教授研制滾動軸承的類型和特點表21-2

常用滾動軸承的類型和特點軸承名稱、類型代號結(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)心滾子軸承(self

aligning)20000低0.5?

~2?比1小能承受很大的徑向載荷和少量雙向軸向載荷。承載能力大，可自動調(diào)心。圓錐滾子軸承(steep-angletapered

roller)30000中2’能同時承受較大的徑向載荷和單向軸向載荷。因線接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對使用。潘存云教授研制推力球軸承

(thrust)50000低只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單雙向不允許

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)速不高的場合。潘存云教授研制(a)單向表21-2常用滾動軸承的類型和特點（續(xù)）軸承名稱、類型代號結(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潘存云教授研制推力球軸承

(thrust)50000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)速不高的場合。潘存云教授研制潘存云教授研制(b)雙向深溝球軸承

(deep

groove)60000高8’~16’能承受較大的徑向載荷和少量雙向軸向載荷。高速時可代替推力球軸承。價格低，應用廣。潘存云教授研制角接觸球軸承(angular

contact)70000C(α=15?

)70000AC(α=25?

)70000B(α=40?

)較高潘存云教授研制2’~10’能同時承受較大的徑向載荷和單向軸向載荷。α越大，軸向承載能力越大，成對使用。高速時可代替推力球軸承。表21-2常用滾動軸承的類型和特點（續(xù)）軸承名稱、類型代號結(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表21-2

常用滾動軸承的類型和特點（續(xù)）軸承名稱、類型代號結(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(straight

rollerthrust)80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。圓柱滾子軸承(straight

roller)N0000較高2’~4’只能承受徑向載荷，承載能力高。外圈無擋邊，內(nèi)外圈可分離。還有內(nèi)圈無擋邊

(NU)、外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等型式潘存云教授研制滾針軸承

(needle)NA0000低只能承受徑向載荷。承載能力大，徑向尺寸小。一般無保持架，因而滾針間有摩擦，極限轉(zhuǎn)速低。不允許軸承類型代號軸承類型代號雙列角接觸球軸承0角接觸球軸承7調(diào)心球軸承1推力滾子軸承8調(diào)心滾子軸承2推力圓錐滾子軸承9推力調(diào)心滾子軸承29圓柱滾子軸承N圓錐滾子軸承3滾針軸承NA雙列深溝潘存云球教授軸研制承4外球面球軸承U推力球軸承5直線軸承L深溝球軸承6滾動軸承主要類型代號表寬(高)度系列代號

8,

0,

1～6(7,

9,

1,

2)直徑系列代號7,

8,

9,

0,1~

5類型代號用數(shù)字或字母表示1,

2,

3,

5,

6,7,

8,

N,

NA尺寸系列代號用兩位數(shù)字表示成套軸承分部件代號用字母表示如：K代表滾子軸承的滾子和保持架組建§21-3

滾動軸承的代號和類型選擇內(nèi)徑代號用兩位數(shù)字表示00,

01,

02,

03,04~96(5進位),/22,

/28,

/32內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號公差等級代號游隙代號配置代號……前置代號基本代號后置代號一、滾動軸承的代號滾動軸承代號的組成和排列順序組合代號注：1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

例如：C,

AC,

B分別表示α=

15?,

25?,

40?；D表示剖分式軸承2、公差等級代號

/P0,

/P6,

/P6x,

/P5,

/P4,

/P2分別表示

0級，6級，….2級軸承3、游隙代號

/C1,

/C2,

/C3,

/C4,

/C5分別表示1,

2,

0,

3,

4,

5個游隙組別4、配置代號

DB,

DF,

DT分別表示背對背、面對面、串連安裝方式滾動軸承代號示例6

2

2

03公差等級為0級；游隙組為0組軸承內(nèi)徑d=17

mm直徑系列代號，2(輕)系列寬度系列代號，2(寬)系列深溝球軸承7

(0)

3

12

AC /P6

游隙組為0組公差等級6級；公稱接觸角α=25?軸承內(nèi)徑

d=12×5=60

mm直徑系列代號，3(中)系列寬度系列代號，0(窄)系列，可省略角接觸球軸承N

1 05/P5

游隙組為0組公差等級5級軸承內(nèi)徑

d=25

mm直徑系列代號，1(特輕)系列圓柱滾子軸承3

0

2

13

公差等級為0級；游隙組為0組軸承內(nèi)徑

d=65

mm直徑系列代號，2(輕)系列寬度系列代號，0(窄)系列圓錐滾子軸承滾動軸承代號示例二.滾動軸承類型的選擇1.

滾動軸承選擇的一般過程根據(jù)載荷性質(zhì)選擇軸承的類型和直徑系列按軸徑確定軸承內(nèi)徑

N合格嗎？YEND校核承載能力Y有嚴格要求嗎？不進行承載能力驗算N潘存云教授研制潘存云教授研制1）軸承的載荷2.

滾動軸承選擇應考慮的問題(1)載荷方向向心軸承用于受徑向力Fr潘存云教授研制潘存云教授研制(1)載荷方向向心軸承用于受徑向力向心推力軸承用于承受徑向力和軸向力聯(lián)合作用Fa

Fr1）軸承的載荷2.

滾動軸承選擇應考慮的問題潘存云教授研制推力軸承向心軸承用于受徑向力向心推力軸承用于承受徑向力和周向力聯(lián)合作用推力軸承用于受軸向力Fa（2）載荷大小1）軸承的載荷（1）載荷方向0?

<α<45?

45?

<α<90?

α=

90?

承受徑向載荷為主；承受軸向載荷為主；只能承受軸向載荷。α=0?

滾動體為滾子時，只能承受徑向載荷；滾動體為球體時，可承受一定的軸向載荷。在同樣的外形尺寸下，滾子軸承的承載能力大于球軸承。（3）載荷性質(zhì)有沖擊載荷時宜選用滾子軸承。2.

滾動軸承選擇應考慮的問題轉(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——在一定載荷與潤滑條件下，滾動軸承允許的最高轉(zhuǎn)速。（可查閱設(shè)計手冊）選用原則：球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高；在高速時，宜選用輕系列的軸承；推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，在軸向載荷不太大時，宜選用角 接觸球軸承，當工作轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速時，可以用提高公差等級、適當增 大游隙、選用循環(huán)冷卻等方法提高極限轉(zhuǎn)速。2.

滾動軸承選擇應考慮的問題2）軸承的轉(zhuǎn)速調(diào)心軸承影響軸承正常運轉(zhuǎn)。角偏差↑潘存云教授研制。3）軸承的調(diào)心性能角偏差：軸承內(nèi)、外圈中心線的相對傾斜角。θ軸承座孔不對中，軸撓曲變形都會引起角偏差可采用調(diào)心軸承。4）軸承的經(jīng)濟型球軸承比滾子軸承便宜?；剞D(zhuǎn)精度球軸承比滾子軸承回轉(zhuǎn)精度高。安裝空間滾針軸承徑向尺寸最小。2.

滾動軸承選擇應考慮的問題潘存云教授研制潘存云教授研制FR§21-4

滾動軸承的載荷、失效和計算準則受純徑向載荷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。maxz可以導出F?

5

FR徑向載荷的分布F

max滾動體的應力變化情況：潘存云教授研制滾動體、動圈上確定點的應力變化σHFNitoσHFNit固定圈上確定點的應力變化o有載荷無載荷δ0maxz（滾子軸承F?

4.6

FR

）一、滾動軸承的載荷分布1.只受徑向載荷的情況aF=

FA和相同的徑向力zAr

aFzcot

aF

=

F

cota

=2.

只受軸向載荷的情況載荷由各滾動體平均承擔每個滾動體受相同的軸向力3.

徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用的情況RFF當

AA很小時，可忽略

F

的作用RFF當

AA較大時，必須計入

F

的作用，此時maxRzzcot

aF

=

5

F+

FAFmax

與FR、FA

及a

均有關(guān)系一、滾動軸承的載荷分布——最常見疲勞點蝕塑性變形磨損膠合維護保養(yǎng)不當而造成。失效形式二、滾動軸承的失效形式及計算準則正常工作的軸承—接觸疲勞壽命計算載荷變化大或有沖擊時—疲勞壽命＋靜強度校核轉(zhuǎn)速很低或擺動軸承—只作靜強度計算高速軸承—壽命計算＋極限轉(zhuǎn)速校驗計算準則可靠度：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L10(L10h)?；绢~定動載荷：基本額定壽命為106r時軸承所能承受的最大載荷為C（Cr或Ca

）?！?1-5

滾動軸承的壽命計算潘存云教授研潘制存云教授研制20510軸承壽命：在脈動循環(huán)應力下，軸承中

任何一個零件出現(xiàn)疲勞點蝕前能達到的15總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時數(shù)。501000R/(%)軸承的壽命曲線L/(1×106

r)一、基本概念對于只受純徑向載荷FR

的向心軸承：P

=

FRP

=

FR對于只受純軸向載荷FA

的推力軸承：P

=

FAP

=

FA二、當量動載荷當量動載荷P：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。對于同時受徑向載荷FR和軸向載荷FA

的軸承：P

=

XFR

+YFAP

=

XXFR

+YYFA軸向載荷系數(shù)徑向載荷系數(shù)P

=

f

p

FRP

=

f

p

FRP

=

f

p

FAP

=

f

p

FAP

=

f

p

(

XFR

+YFA

)(

X+YP

=

f

p

XFR

YFA

)表21－7沖擊載荷因數(shù)表21－8L

=

(

C

)e10

P10PL

=

(

C

)e三、基本額定壽命計算106

CeL10h

=

60n

(

P

)10h106

C60n

P)eL

=

(考慮溫度（高于120°）對軸承壽命的影響后：106

f

Ct

eL10h

=

(

)60n

P10h60n

P(

t

)e6L

=

10

f

CL

=(

ftC

)e10

PL

=(

ftC

)e10P6208軸承的載荷P—壽命L10曲線。曲線上對應于

L10=106

的載荷為C＝29.5

kN。（壽命指數(shù)）——球軸承——滾子軸承310/3ε=0

1

2

3

4

5

10

15

L10

(106)29.5252015105P

KNe

eP L10

=C

·1＝常數(shù)10Pe

L

=Ce

·1＝常數(shù)eP L10

=常數(shù)10Pe

L

=常數(shù)溫度因數(shù)1四、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷FA的計算1.

支反力作用點（查手冊）a1a2O12O22.

內(nèi)部軸向力Fs（表21－11）12O2FQiFsiFriFs

=

FsiFs

=

Fsi（由外圈的寬邊指向窄邊）Fr內(nèi)部軸向力O角接觸軸承一般成對使用。3.

軸向載荷FA的計算Fr1FxFs2Fr221Fs1a.

當Fs1

+

Fx

>

Fs

2Fs1

+

Fx

>

Fs

2FA1

=

Fs1FA1

=

Fs1'FA2

=

Fs

2

+

Fs

2F

=

F

+

F

'A2

s

2

s

2=Fx

+

Fs1Fx

+

Fs1正裝F’s21

2b.當Fs1

+

Fx

<

Fs

2Fs1

+

Fx

<

Fs

2FA2

=

Fs

2FA2

=

Fs

2'FA1

=

Fs1

+

Fs1F

=

F

+

F

'A1

s1

s1=Fs2

-

FxFs2

-

Fx1FxFr1Fs2Fr2

2Fs1F’s1結(jié)論：放松端軸承的軸向載荷=內(nèi)部軸向力壓緊端軸承的軸向載荷=除本身以外的其余軸向力的代數(shù)和反裝FxFr1

1Fs12

Fr2Fs2a.

當Fs

2

+

Fx

>

Fs1Fs

2

+

Fx

>

Fs1FA2

=

Fs

2FA2

=

Fs

2'FA1

=

Fs1

+

Fs1F

=

F

+

F

'A1

s1

s1=Fx

+

Fs

2Fx

+

Fs

2b.當Fs

2

+

Fx

<

Fs1Fs

2

+

Fx

<

Fs1FA1

=

Fs1FA1

=

Fs1'FA

2

=

Fs

2

+

Fs

2F

=

F

+

F

'A

2

s

2

s

2=Fs1

-

FxFs1

-

Fx1

2結(jié)論同前P0

=

X

0

FR

+Y0

FAP0

=

X

0

FR

+Y0

FA當

P0

<

FR

時，

取P0

=

FRP0

=

FR靜強度條件為：C0

?

S0

P0C0

?

S0

P0§21-6

滾動軸承的靜強度計算額定靜載荷：滾動軸承受載后,使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處的接觸應力達到一定值的載荷C0(如,調(diào)心球軸承為4600MPa)。當量靜載荷：軸向靜載荷系數(shù)徑向靜載荷系數(shù)靜強度條件：同一支點成對安裝同型號向心角接觸軸承的計算特點不同可靠度的軸承壽命計算C

=1.71C（r

滾子軸承C

=1.71C（r滾子軸承）C0

=

2C00C

=

2C0C

=1.62C（球軸承rC

=1.62C（r

球軸承）壽命修正因數(shù)（表21－12）LRh

=

a1L10hLRh

=

a1L10hnmax

=

f1

f2

nlimnmax

=

f1

f2