機械設(shè)計基礎(chǔ)第16章-滾動軸承課件

第十六章滾動軸承概述§16-1滾動軸承的基本類型和特點§16-2滾動軸承的代號§16-3滾動軸承的選擇計算§16-4滾動軸承的潤滑和密封§16-5滾動軸承組合設(shè)計第十六章滾動軸承概述1概述一、組成：內(nèi)圈外圈滾動體保持架二、材料：

保持架：避免滾動體直接接觸，減少發(fā)熱和磨損——低碳鋼；銅、鋁、工程塑料內(nèi)圈、外圈、滾動體：高硬度、高接觸疲勞強度、良好耐磨性和沖擊韌性——含鉻軸承鋼，硬度60~65HRC概述一、組成：二、材料：保持架：內(nèi)圈、外圈、滾動2三、特點(與滑動軸承比較）:優(yōu)點：1）起動力矩小，可在負載下起動；2）徑向游隙較小，運動精度高；3）軸向?qū)挾容^?。?）可同時承受徑向、軸向載荷,軸承組合較簡單;5）便于密封、易于維護；6）不需有色金屬，標準件，成本低。缺點：1）承受沖擊載荷能力差；2）振動、噪音較大；3）徑向尺寸較大；4）有的場合無法使用；三、特點(與滑動軸承比較）:優(yōu)點：1）起動力矩小，可在負載下3一、分類：（1）按受載方向分（2）按滾動體形狀分

(1)按受載方向（公稱接觸角）：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=90o§16-1滾動軸承的基本類型和特點一、分類：(1)按受載方向（公稱接觸角）：滾動體與套圈接觸處4球軸承

滾子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)按滾動體形狀分：球軸承圓柱滾子軸承(2)按滾動體形狀分：5二、各類軸承的使用性能：1、承載能力：一般：滾子軸承≈(1.5~3)球軸承——但當(dāng)d≤20mm時，宜采用球軸承（兩者承載能力接近，球軸承便宜）——大載荷宜采用滾子軸承在同樣的外形尺寸下，滾子軸承的承載能力大于球軸承。二、各類軸承的使用性能：1、承載能力：一般：滾子軸承≈(1.6承受徑向載荷為主；0?<α<45?（向心角接觸軸承）:

45?<α<90?（推力角接觸軸承）：承受軸向載荷為主；α=0?（向心軸承）：α=90?（推力軸承）：

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。2、承載方向承受徑向載荷為主；0?<α<45?（向心角接觸軸承）:73、極限轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速過高→ 溫度↑→

潤滑失效→

滾動體回火膠合破壞極限轉(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。具體可查閱設(shè)計手冊或軸承樣本。選用原則：1.球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承；2.在高速時，以選用超輕、特輕及輕系列的軸承；3.保持架的材料對軸承轉(zhuǎn)速影響極大，實體保持架比沖壓保持架允許有更高一些的轉(zhuǎn)速；4.推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時，若軸向載荷不是十分大，可以采用角接觸球軸承來承受純軸向力；5.若工作轉(zhuǎn)速超過了軸承樣本，可以用提高公差等級、適當(dāng)增大游隙、選用循環(huán)冷卻等方法。3、極限轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速過高→ 溫度↑→潤滑失效84、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(yīng)緊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都會引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角稱為角偏差。θ4、角偏差影響軸承正常運轉(zhuǎn)。角偏差↑→可采用調(diào)心軸承。9表16-2滾動軸承的主要類型和特性軸承名稱、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(yīng)用調(diào)心球軸承10000中2?~3?

主要承受徑向載荷，同時也能承受少量軸向載荷。因為外滾道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心。表16-2滾動軸承的主要類型和特性軸承名稱、結(jié)構(gòu)簡圖承載10調(diào)心滾子軸承20000C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)性能。圓錐滾子軸承30000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，稱對使用。推力球軸承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)速不高之處。a)單向表16-2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(yīng)用調(diào)心滾低0.5?~2?能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷11推力球軸承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)速不高之處。b)雙向深溝球軸承60000高8’~16’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，稱對使用。角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)較高2’~10’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。α大，承載能力越大，有三種規(guī)格。稱對使用。表16-2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(yīng)用推力球軸承低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合12表13-2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(yīng)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較高2’~4’能承受較大的徑向。因線性接觸，內(nèi)外圈只允許有小的相對偏轉(zhuǎn)。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a)NA0000b)RNA0000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13-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、結(jié)13滾動軸承為標準件：GB/T272-1993前置代號基本代號后置代號尺寸系列代號分部件代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號密封與防塵代號保持架及材料代號

公差等級代號字母2位數(shù)字1位數(shù)1位數(shù)1位數(shù)字母(+數(shù)字)§16-2滾動軸承的代號游隙代號滾動軸承為標準件：GB/T272-1993前置代號基本14基本代號1、內(nèi)徑代號——表示內(nèi)徑00—10mm，01——12mm，02—15mm，03——17mm04~96——數(shù)字x5mm對于內(nèi)徑(500mm，以及22mm、28mm、32mm的軸承，用公稱內(nèi)徑數(shù)值直接表示，但在與尺寸系列代號之間用“/”分開尺寸系列代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號基本代號1、內(nèi)徑代號——表示內(nèi)徑00—10mm，01——12152、尺寸系列代號直徑系列代號：指結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承，使用不同直徑的滾動體，在外徑和寬度方面的變化系列寬度系列代號：

表示同一內(nèi)徑和外徑的軸承，可以有不同的寬度。

0,1特輕2輕5輕寬3中6中寬4重尺寸系列代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號8特窄0窄1正常2寬3、4、5、6特寬可省，但2、3類軸承應(yīng)標出2-調(diào)心滾子軸承3-圓錐滾子軸承2、尺寸系列代號直徑系列代號：寬度系列代號：0,12163、類型代號用數(shù)字或字母表示代號為0，省略具體見表16-2尺寸系列代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號潘存云教授研制6深溝球軸承L直線軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型3、類型代號用數(shù)字或字母表示具體見表16-2尺寸系列類型內(nèi)17代號為0可省略尺寸系列代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號代號為0可省略，2、3類軸承除外630560305深溝球軸承寬度系列為0(不標)內(nèi)徑d=25mm直徑系列為3(中),06305雙列角接觸球軸承寬度系列為6(特寬)內(nèi)徑d=25mm直徑系列為3(中),（正確）代號為0可省略尺寸系列類型內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號18常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號前置代號用字母表示表示成套軸承分部件常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號前置代號用字母表示19內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：如：C[a=15o]、AC[a=25o]、B[a=40o]公差等級(精度)代號：表示成：/P0(可省)、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2(精度逐漸增高)軸承徑向游隙系列代號：表示成：/C1、/C2、/C0(可省)、/C3、/C4、/C5(游隙由小到大)后置代號用字母（+數(shù)字）表示，空半個漢字距離，或用—，/分隔表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封與防塵、保持架及其材料、公差等級、游隙代號（按此順序）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：后置代號用字母（+數(shù)字）表示，空半個漢字距離，20一、失效形式：

受力狀況：16-3滾動軸承的失效形式及選擇計算σHt內(nèi)圈或滾動體上某一點σH的變化規(guī)律。外圈上某一點σH的變化規(guī)律。σHt均為脈動循環(huán)。FrFNi一、失效形式：16-3滾動軸承的失效形式及選擇計算σHt內(nèi)21失效形式：疲勞點蝕——最主要的失效形式，滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕過大塑性變形——低速軸承的主要失效形式，接觸應(yīng)力過大(載荷過大或沖擊載荷)，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——使用維護不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效失效形式：22設(shè)計準則：一般轉(zhuǎn)速的軸承—進行壽命(額定動載荷)計算，防止疲勞點蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承

—按靜強度(額定靜載荷)計算，防止塑性變形設(shè)計準則：231、基本概念軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)二、軸承壽命計算針對失效形式：疲勞點蝕基本額定壽命：用L10表示一批相同的軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)。11.222.233.544.24.85（106）1、基本概念軸承壽命：(106r或h)二、軸24基本額定動載荷

規(guī)定軸承在基本額定壽命L10為106轉(zhuǎn)時，所能承受的最大載荷，用C表示。對于具體軸承，C為定值，按手冊查取對向心角接觸軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對推力角接觸軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動載荷越大軸承的承載能力越大基本額定動載荷規(guī)定軸承在基本額定壽命L10252、壽命計算實驗表明：L10、C|、P（當(dāng)量動載荷）的關(guān)系為：（e為壽命指數(shù)，球軸承e=3，滾子軸承e=10/3）或當(dāng)t>100℃時→C↓，引進溫度系數(shù)ft進行修正：Ct=ftC溫度系數(shù)見表13-4工作中沖擊振動→C↓，引進載荷系數(shù)fP進行修正：PP=fPP

或2、壽命計算實驗表明：L10、C|、P（當(dāng)量動263、當(dāng)量動載荷P的計算軸承可能同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa基本額定動載荷是在純載荷作用下得出的：向心軸承為徑向載荷Cr推力軸承為軸向載荷Ca為了與C在相同的條件下進行比較，引入當(dāng)量動載荷的概念：當(dāng)量動載荷（P）：一假想載荷，與C同類型，與實際載荷對軸承的作用效果相等。FaFrX－徑向載荷系數(shù)Y－軸向載荷系數(shù)見表16-113、當(dāng)量動載荷P的計算軸承可能同時承受徑向載荷Fr和27表16-11向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深溝球軸承0.1720.192.3Fa

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)表16-11向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深28例１：已知某軸采用一對6211軸承，已知軸承載荷:Fr1=3500Ｎ，F(xiàn)a1=1606Ｎ，F(xiàn)r2=2500Ｎ，F(xiàn)a2=０ft＝1,fP＝1。試求壽命。分析：6211——60211深溝球軸承、正常寬度、輕系列、內(nèi)徑55mm求壽命，用壽命公式：Fa1Fr1Fa2Fr2或C查手冊，P通過計算：例１：已知某軸采用一對6211軸承，已知軸承載荷:分析：6229表16-11向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深溝球軸承0.1720.192.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………C0r查手冊→Fa/C0r→e→根據(jù)Fa/Fr

→X,Y表16-11向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深30解：對6211：Cr=43200Ｎ，C0r=29200Ｎ1）查e：2）求X、Y:3）求Ｐ:Fa1/C0r=1606/29200=0.8085線性插值：e1=0.27Fa1/Fr

1=1606/3500=0.459＞e

X1=0.56,Y1=1.7

P1=X1R1+Y1Fa1=0.56×3500+1.7×1606=4690N4)求L10:解：對6211：Cr=43200Ｎ，C0r=29200Ｎ31例16-3：已知某深溝球軸承:d=35mm,n=2900r/min,Fr=2300Ｎ，F(xiàn)a=540Ｎ,要求壽命[Lh]=5000h。選型號。解法一分析：1）可根據(jù)已知條件定出型號6207FaFr3）6207的C查手冊，P通過計算：【深溝球軸承(6)、正常寬度(0)、輕系列(2)、內(nèi)徑35mm(07)】如不滿足，重新定型號：正常寬度(0)、中系列(3)：6307例16-3：已知某深溝球軸承:d=35mm,n=2900r32解法二（書上）分析：現(xiàn)在，型號未知→C0r未知→Fa/C0r未知→e未知→X,Y未知C0r查手冊→Fa/C0r→e→根據(jù)Fa/Fr

→X,Y辦法：假設(shè)e【e假】→X,Y3）求出具體型號→獲得真實的e【e真】,當(dāng)e假e真→重新假設(shè)→如e假>e真,即假設(shè)值大了，第二次就假設(shè)小一點，直到e假接近e真解法二（書上）分析：現(xiàn)在，型號未知→C0r未知→Fa/334、角接觸向心軸承軸向載荷的計算Fr、Fa是軸承的徑向、軸向力，不是軸上的徑向、軸向力?，F(xiàn)在的問題是：如何求出每個軸承的徑向力、軸向力？而通常，是知道軸上的徑向力FR、軸向力FA每個軸承的軸向力

Fa較難求每個軸承的徑向力Fr好求——平面力系的平衡條件FRFAL1L2——包括FA，及因徑向載荷Fr產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力FS（針對角接觸向心軸承），具體值由平衡條件定出。4、角接觸向心軸承軸向載荷的計算Fr、F34角接觸向心軸承的內(nèi)部軸向力FS：

（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）——受純徑向載荷作用后，會產(chǎn)生內(nèi)部軸向力FS

FrαFiFriFsi顯然：Fsi=FsFs=1.14FrFs=0.68FrFs=eFrFs=Fr／(2Y)70000B(a=40o)70000AC(a=25o)70000C(a=15o)角接觸球軸承圓錐滾子軸承FsFs公式見表16-12角接觸向心軸承的內(nèi)部軸向力FS：

（角接觸球軸承、圓35FS使得軸承軸向移動。FsFsFsFsFs

為使FS得到平衡，角接觸軸承必須成對使用。正裝

：面對面（軸承外圈窄邊相對）——正裝時跨距短，軸剛度大FRFr1Fr2FS1FS2反裝

－背靠背（軸承外圈寬邊相對）——反裝時跨距長，軸剛度小FRFr2Fr1FS1FS2aa由手冊查，為簡化，支點在中點。FS使得軸承軸向移動。FsFsFsFsFs36簡化符號：下面研究這類軸承的軸向力（以向心角接觸球軸承為例）簡化符號：下面研究這類軸承的軸向力（以向心角接觸球軸承為例）37軸承正裝時：若FS1+FA>FS2——軸有向右移動的趨勢：2被壓緊，1被放松2被壓緊：1被放松：Fr1Fr2FS1FS2FAFR若FS1+FA<FS2——軸有向左移動的趨勢：1被壓緊，2被放松1被壓緊：2被放松：軸承正裝時：若FS1+FA>FS22被壓緊：1被放38軸承反裝時：若FS2+FA>FS1——軸有向右移動的趨勢：1被壓緊，2被放松1被壓緊：2被放松：Fr1FS1Fr2FS2FAFR若FS2+FA<FS1——軸有向左移動的趨勢：2被壓緊，1被放松2被壓緊：1被放松：軸承反裝時：若FS2+FA>FS11被壓緊：2被放39五、滾動軸承靜載荷校核轉(zhuǎn)速很低時，不會發(fā)生疲勞點蝕。未防止產(chǎn)生過大塑性變形，進行靜強度校核?；绢~定靜載荷C0：受載最大的滾動體與內(nèi)外圈接觸處的接觸應(yīng)力達到某一定值時的載荷（由手冊查?。?/p>

當(dāng)量靜載荷P0:

既受徑向力又受軸向力時，可將其折合成當(dāng)量靜載荷：X0、

Y0徑向、軸向靜載荷系數(shù)S0靜強度安全系數(shù)五、滾動軸承靜載荷校核轉(zhuǎn)速很低時，不會發(fā)生疲4012例16-4：工程機械采用一對角接觸球軸承（暫定7208AC，=25°）。已知:Fr1=1000Ｎ，F(xiàn)r2=2060Ｎ，F(xiàn)A=880Ｎ,n=5000r/min,中等沖擊，要求壽命[Lh]=2000h。問所選軸承是否恰當(dāng)？分析：1）所選軸承是否恰當(dāng)即判斷：3）求P1、P2。以大者計算壽命并判斷。2）與前不同之處在于：要分別求出Fr1、

Fa1、

Fr2、

Fa2FAFR12例16-4：分析：3）求P1、P2。以大者計4112解：1）求Fa1、

Fa2方向及大小求Fs1、

Fs2Fr2Fr1FS2FS1FA

FS2+FA

（1400+880=2280N）>FS1

（680N）——軸有向右移動的趨勢：1被壓緊，2被放松1被壓緊：2被放松：2）計算P7208AC（=25°）表16-11，e=0.6812解：求Fs1、Fs2Fr2Fr1FS2FS1FA423）計算L1，L2

P1>P2

,以1軸承計算。

表16-9：中等沖擊fp=1.5；表16-8：工作溫度正常ft=1。

7208AC：Cr=35200N結(jié)論：？3）計算L1，L2P1>P2,以1軸承計43§16-4滾動軸承的潤滑和密封潤滑的目的▲降低摩擦，減少磨損和發(fā)熱量；▲油潤滑可以起冷卻、吸振、降噪、防銹等作用密封目的防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇?。一、滾動軸承的潤滑§16-4滾動軸承的潤滑和密封潤滑的目的▲油潤滑可以起冷卻44滾動軸承潤滑劑潤滑脂潤滑油固體潤滑劑選擇標準：用速度因素dn值作為選擇條件:

dn<(1.5-2)105mmr/min時，采用潤滑脂---一般情況使用---高速、高溫、軸承附近有潤滑油源時脂潤滑優(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。d----滾動軸承的內(nèi)徑（mm）；n----軸承轉(zhuǎn)速（r/min）。---油脂使用范圍之外一、滾動軸承的潤滑

滾動軸承潤滑脂潤滑油固體潤滑劑選擇標準：用速度因素dn值作45潤滑油粘度選擇：圖16-111000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

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