第16章滚动轴承 基本内容:滚动轴承的基本构造、材料:滚动轴承的类型和特点:滚动轴承的代号:滚 动轴承的寿命计算:滚动轴承的润滑和密封:滚动轴承的组合结构设计 基本要求:熟悉滚动轴承的类型和特点、轴承的代号:掌握滚动轴承寿命计算方法;了 解常用密封方式和使用条件;了解滚动轴承的组合结构设计的要求。 点:滚动轴承的类型、代号:滚动轴承的寿命计算方法;滚动轴承的组合结构设 学时:课堂教学:6学时。 第一讲 ▲滚动轴承的构造 典型的滚动轴承构造如图,由四部分组成 内圈 外圈 一一滚动体( 一保持架 ▲滚动轴承的材料 滚动轴承内、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造 如:GCr9、GCr15、GCrl5siMn等G—一表示滚动轴承钢 淬火后硬度应不低于61~65HRC,工作表面要求磨削抛光。 保持架不承受载荷,常用的材料有 低碳钢板、铝合金、酚醛层压布板、工程塑料等 ▲滚动轴承的优缺点(与滑动轴承比较) ▲滚动轴承的设计内容 由于滚动轴承是标准件,其材料、尺寸、型号等都已标准化、系列化,同时考虑到 轴承的安装、布置、调整、预紧、固定、配合、润滑、密封、轴的支承刚度等因素。 因此滚动轴承的设计包括两个方面的内容:
1 - - 第 16 章 滚动轴承 基本内容：滚动轴承的基本构造、材料；滚动轴承的类型和特点；滚动轴承的代号；滚 动轴承的寿命计算；滚动轴承的润滑和密封；滚动轴承的组合结构设计。 基本要求：熟悉滚动轴承的类型和特点、轴承的代号；掌握滚动轴承寿命计算方法；了 解常用密封方式和使用条件；了解滚动轴承的组合结构设计的要求。 重 点：滚动轴承的类型、代号；滚动轴承的寿命计算方法；滚动轴承的组合结构设 计。 学 时：课堂教学：6 学时。 第一讲 ▲滚动轴承的构造 典型的滚动轴承构造如图，由四部分组成 ——内圈 ——外圈 ——滚动体（ ——保持架 ▲滚动轴承的材料 滚动轴承内、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。 如：GCr9、GCr15、GCrl5SiMn 等 G——表示滚动轴承钢 淬火后硬度应不低于 61～65 HRC，工作表面要求磨削抛光。 保持架不承受载荷，常用的材料有： 低碳钢板、铝合金、酚醛层压布板、工程塑料等 ▲滚动轴承的优缺点 （ 与滑动轴承比较） ▲滚动轴承的设计内容 由于滚动轴承是标准件，其材料、尺寸、型号等都已标准化、系列化，同时考虑到 轴承的安装、布置、调整、预紧、固定、配合、润滑、密封、轴的支承刚度等因素。 因此滚动轴承的设计包括两个方面的内容：
动轴承的选择设计 滚动轴承的组合设计 §16-1滚动轴承的类型和选择 、滚动轴承的分类 ▲按轴承承受载荷的方向分 向心轴承:一一径向接触轴承 向心角接触轴承 推力轴承:一—轴向接触轴承 一一推力角接触轴承 球面滚子 ▲按滚动体形状分—一球轴承 滚子轴承 ∈{ ▲按滚动体列数(排数)分一一单列 柱滚子 双列 ▲按国家的标准GB分——93年国家标准,将轴承分为14类,并且用规定的代号 来表示。 二、滚动轴承的基本类型、性能和特点 基本概念 1)游隙:滚动体与内、外圈滚道之间的间隙 2)接触角α——滚动体与外拳滚道接触点的法线与径向平面间的夹角 5<a<9 向心球轴承 角接触球轴承角接触滚子轴承推力球轴承
2 - - 滚动轴承的选择设计 滚动轴承的组合设计 §16-1 滚动轴承的类型和选择 一、滚动轴承的分类 ▲按轴承承受载荷的方向分 向心轴承：——径向接触轴承 ——向心角接触轴承 推力轴承： ——轴向接触轴承 ——推力角接触轴承 ▲按滚动体形状分——球轴承 滚子轴承 ▲按滚动体列数（排数）分——单列 双列 ▲按国家的标准 GB 分——93 年国家标准，将轴承分为 14 类，并且用规定的代号 来表示。 二、滚动轴承的基本类型、性能和特点 ▲基本概念 1）游隙：滚动体与内、外圈滚道之间的间隙 2）接触角α——滚动体与外拳滚道接触点的法线与径向平面间的夹角 向心球轴承 角接触球轴承 角接触滚子轴承 推力球轴承
3)角偏差 由于轴承内圈轴线与外圈轴线不重合,发生相对倾斜的现象称为角偏差,其夹 角称为角偏差。 造成倾斜的原因: 轴承孔不平行 轴挠出变形 轴承座孔不平行 一一轴承座孔不同轴 南乱不同轴 轴的弯曲变形 ▲如果轴承能够在较大倾斜角的情况下正常工作,则把轴承具有的这种性能成为 调心性能,具有调心性能的轴承称为调心轴承 4)、极限转速n1im 指轴承在一定的载荷及润滑条件下,轴承所允许的最大工作转速 ▲常用滚动轴承的类型名称、性能和特点 类型轴承名称 极限 允许 性能特点 代号 标准号 转速比 角偏差 调心球轴承 双排钢球,外圈滚道为内球面形 10000 具有自动调心性能 ⊥ 主要承受径向载荷,也能承受不大的 双向轴向载荷 GB281 调心滚子轴承 与调心球轴承相似。双排滚子, 20000 有较高承载能力 低 允许角偏斜小于调心球轴承
3 - - 3）角偏差θ 由于轴承内圈轴线与外圈轴线不重合，发生相对倾斜的现象称为角偏差，其夹 角称为角偏差。 造成倾斜的原因： ——轴承座孔不平行 ——轴承座孔不同轴 ——轴的弯曲变形 ▲如果轴承能够在较大倾斜角的情况下正常工作，则把轴承具有的这种性能成为 调心性能，具有调心性能的轴承称为调心轴承 4）、极限转速 nlim 指轴承在一定的载荷及润滑条件下，轴承所允许的最大工作转速。 ▲常用滚动轴承的类型名称、性能和特点 类型 代号 轴承名称 标准号 性能特点 极限 转速比 允许 角偏差 10000 GB281 双排钢球，外圈滚道为内球面形， 具有自动调心性能。 主要承受径向载荷，也能承受不大的 双向轴向载荷 中 3° 20000 与调心球轴承相似。双排滚子， 有较高承载能力。 允许角偏斜小于调心球轴承 低 1°～2．5°
圆锥滚子轴承 能同时受径向和单向轴向载荷, 0000 |承载能力大。内、外圈可分离,安装 时可调整游隙。成对使用。允许角偏 斜较小 只能受单向轴向载荷 推力球轴承 回转时,因钢球离心力与保持架 摩擦发热,故极限转速较低。套图可 低 分离 双向推力球轴承 能受双向的轴向载荷。 0000 其他同推力球轴承 低 深沟球轴承 结构简单。主要受径向载荷,也 可承受一定的双向轴向载荷。 高速装置中可代替推力轴承。 (0) 摩擦系数小,极限转速高,价廉。 GB276 应用范围最广
4 - - 30000 能同时受径向和单向轴向载荷， 承载能力大。内、外圈可分离，安装 时可调整游隙。成对使用。允许角偏 斜较小 中 2’ 50000 只能受单向轴向载荷 回转时，因钢球离心力与保持架 摩擦发热，故极限转速较低。套图可 分离 低 ≈0° 50000 能受双向的轴向载荷。 其他同推力球轴承 低 ≈0° 6 （0） GB276 结构简单。主要受径向载荷，也 可承受一定的双向轴向载荷。 高速装置中可代替推力轴承。 摩擦系数小，极限转速高，价廉。 应用范围最广 高 8’～16’
角接触球轴承 能同时受径向载荷和单向轴向载 荷。接触角a有15°、25°和40° 三种,轴向承载能力随接触角增大而 提高。需成对使用 GB4221 推力圆柱滚子轴承 能承受较大单向轴向载荷,轴向 刚度高。极限转速低,不允许轴与外 低 (9) 圈轴线有倾斜 GB4663 用以受较大的径向载荷。 圆柱滚子轴承 (外圈无挡边) 内、外圈间可作自由轴向移动, 不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线 (2) 接触,只允许有很小角位移 GB283
5 - - 7 (6) GB4221 能同时受径向载荷和单向轴向载 荷。接触角α有 15°、25°和 40° 三种，轴向承载能力随接触角增大而 提高。需成对使用. 高 2’～10’ 8 （9） 能承受较大单向轴向载荷，轴向 刚度高。极限转速低，不允许轴与外 圈轴线有倾斜 低 ≈0° N （2） 用以受较大的径向载荷。 内、外圈间可作自由轴向移动， 不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线 接触，只允许有很小角位移 高 2’～4’
滚针轴承 NA000 只能承受径向载荷,承 不允许 载能力大,径向尺寸特小 滚针轴承 无内圈滚针 ▲滚动轴承类型的选择 选择滚动轴承类型时,可根据轴承的工作载荷(大小、性质、方向)、转速的高低、 轴的刚度及其他使用要求进行选择。 第二讲 §16-2滚动轴承的代号 ▲为了便于组织生产和选择使用,国家标准GBT272-93规定的轴承代号由三部 分组成 前置代号 基本代号 后置代号 一一基本代号是轴承代号的核心 一前置代号和后置代号都是轴承代号的补充,只有在遇到对轴承结构、形状、材 料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用,一般情况的可部分或全部省略 、基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸,包括三项内容: 类型代号尺寸系列代号内径代号 类型代号:用数字或字母表示不同类型的轴承 尺寸系列代号:由两位数字组成; 一内径代号:表示轴承公称内径的大小,用数字表示
6 - - NA000 0 滚针轴承 只能承受径向载荷，承 载能力大，径向尺寸特小 低 不允许 ▲滚动轴承类型的选择 选择滚动轴承类型时，可根据轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速的高低、 轴的刚度及其他使用要求进行选择。 第二讲 §16-2 滚动轴承的代号 ▲为了便于组织生产和选择使用，国家标准 GBT 272—93 规定的轴承代号由三部 分组成： ——基本代号是轴承代号的核心； ——前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇到对轴承结构、形状、材 料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用，一般情况的可部分或全部省略。 一、基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸，包括三项内容： X XX XX 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 ——类型代号：用数字或字母表示不同类型的轴承； ——尺寸系列代号：由两位数字组成； ——内径代号：表示轴承公称内径的大小，用数字表示
前置代号:用字母表示,其代号及其含义可查手册。 三、后置代号:用字母(或加数字)表示 后置代号共有8组,表示时,分别用“/”分开,其顺序及含义分别为: 6 8 内部结|密封、防尘与保持架轴承材公差等 游隙|配置其他 外部形状及其材料料 级 第三讲 §16-3滚动轴承的选择计算则 、失效形式 滚动轴承在中心轴向载荷的作用下,可认为载荷由各滚动体平均分担 滚动轴承在纯径向载荷作用下,受载最大的滚动体的载荷为 F=43F,≈为F,(点接触轴承) F,=428F≈429,(线接触轴承) 滚动轴承的失效形式 1)疲劳破坏 2)永久变形 F1cos中 3)磨损等。 滚动轴承的设计计算准则 1)对于一般工作条件下转动轴承—一寿命计算 一一静强度计算 2)对于转速较低的或作摆动运动轴承—一静强度计算 3)对于转速较高的轴承一一除要作上述计算外,还应作极限转速的计算 、滚动轴承寿命 基本概念 滚动轴承的寿命—一指滚动轴承工作时,任一元件发生疲劳点蚀前,轴承转过的
7 - - 二、前置代号： 用字母表示，其代号及其含义可查手册。 三、后置代号：用字母（或加数字）表示 后置代号共有 8 组，表示时，分别用“/”分开，其顺序及含义分别为： 1 2 3 4 5 6 7 8 内部结 构 密封、防尘与 外部形状 保持架 及其材料 轴承材 料 公差等 级 游隙 配置 其他 第三讲 §16-3 滚动轴承的选择计算则 一、失效形式 滚动轴承在中心轴向载荷的作用下，可认为载荷由各滚动体平均分担； 滚动轴承在纯径向载荷作用下，受载最大的滚动体的载荷为： 滚动轴承的失效形式 1）疲劳破坏 2）永久变形 3）磨损等。 滚动轴承的设计计算准则 1） 对于一般工作条件下转动轴承——寿命计算 ——静强度计算 2） 对于转速较低的或作摆动运动轴承——静强度计算 3） 对于转速较高的轴承——除要作上述计算外，还应作极限转速的计算 二、滚动轴承寿命 1、基本概念 滚动轴承的寿命——指滚动轴承工作时，任一元件发生疲劳点蚀前，轴承转过的
总转数或一定转数下的工作小时数。 滚动轴承的基本额定寿命一一指一批相同的轴承,在同样的条件下运转,当有10% 的轴承发生疲劳点蚀前,轴承转过的总转数或一定转数下 的工作小时数。用L10表示。 滚动轴承基本额定动载荷一一基本额定寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载 荷取为基本额定动载荷,用Cr、Ca表示 2、滚动轴承的寿命计算公式: 大量的试验表明,滚动轴承的基本额定寿命L与基本额定动载荷C、当量动载荷P 之间的关系为 或 LIon=l0/C 式中ε——寿命指数,对于球轴承E=3 对于滚子轴承E=10/3 堪本额正寿命L:nA0°) n——轴承的转数,r/min 考虑轴承在温度高于100°C下工作,基本额定动载荷C有所降低,引进温度修正 系数fr;考虑工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低,引进载荷修正系数fr。 经过修正后滚动轴承的寿命计算公式为 10(fC 6On(fpP 轴承预期寿命的参考值见表16-11 三、滚动轴承的当量动载荷 一当量动载荷是一个假想的载荷 在当量动载荷作用下,轴承寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相同。 当量动载荷P的计算式是
8 - - 总转数或一定转数下的工作小时数。 滚动轴承的基本额定寿命——指一批相同的轴承，在同样的条件下运转，当有10％ 的轴承发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下 的工作小时数。用 L10 表示。 滚动轴承基本额定动载荷——基本额定寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载 荷取为基本额定动载荷，用 Cr、Ca 表示 2、滚动轴承的寿命计算公式： 大量的试验表明，滚动轴承的基本额定寿命 L 与基本额定动载荷 C、当量动载荷 P 之间的关系为 或 h 式中 ε——寿命指数，对于球轴承 ε=3 对于滚子轴承 ε=10/3 n —— 轴承的转数， r／min， 考虑轴承在温度高于 100°C 下工作，基本额定动载荷 C 有所降低，引进温度修正 系数 fT；考虑工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，引进载荷修正系数 fP。 经过修正后滚动轴承的寿命计算公式为 h 轴承预期寿命的参考值见表 16—11 三、滚动轴承的当量动载荷 ——当量动载荷是一个假想的载荷 ——在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相同。 当量动载荷 P 的计算式是： = f P f C n L P T h 60 106
对于向心轴承只承受径向载荷时 对于推力轴承(a=90°)只承受轴向载荷时 P=Fr 对于能够承受径向和轴向载荷的向心轴承、角接触轴承为 P= XF. YF 第四讲 四、角接触轴承轴向载荷的计算 1.载荷作用中心 角接触轴承在计算支反力时,首先要确定载荷作用中心0,它的位置应为各滚 动体的载荷矢量与轴中心线的交点,如图所示 角接触球轴承的载荷作用中心 2、角接触轴承的内部轴向力 由于角接触轴承在结构上存在着接触角α,当它承受径向载荷F时,承载区内各滚 动体上法向力在轴向方向分力的合力称为内部轴向力,用F5表示 各种角接触轴承的内部轴向力F见表16-13 为了使内部轴向力得到平衡,通常角接触轴承都要成对使用,对称安装 安装方式有正装和反装两种,如下图所示。 ‖ F‖L 图16-8外圈窄边相对安装 图16-9外圈宽边相对安装
9 - - 对于向心轴承只承受径向载荷时 P＝Fr 对于推力轴承（α＝90°）只承受轴向载荷时 P＝Fr 对于能够承受径向和轴向载荷的向心轴承、角接触轴承为 第四讲 四、角接触轴承轴向载荷的计算 1．载荷作用中心 角接触轴承在计算支反力时，首先要确定载荷作用中心 O，它的位置应为各滚 动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图所示 角接触球轴承的载荷作用中心 2、角接触轴承的内部轴向力 由于角接触轴承在结构上存在着接触角α，当它承受径向载荷 Fr 时，承载区内各滚 动体上法向力在轴向方向分力的合力称为内部轴向力，用 FS 表示。 各种角接触轴承的内部轴向力 FS 见表 16—13 为了使内部轴向力得到平衡，通常角接触轴承都要成对使用，对称安装。 安装方式有正装和反装两种，如下图所示
3、轴向载荷的计算 轴向载荷的计算需根据具体情况由力的平衡关系进行计算 如图所示,一对角接触轴承采用正装支承, FR—一为作用于轴上的径向载荷; FA——为作用于轴上的和轴向载荷: 1、Fr2—一为两轴承的径向支反力 Fs1、Fs2一一为两轴承的径向支反力作用下,相应产生的内部轴向力。 各力方向如图所示 对1轴承:FA和Fs2是外力 对2轴承:FA和Fs1是外力 因FA和Fs1的方向相同 一如果Fs1+FA>Fs2轴有向右移动的趋势,使轴承Ⅰ“放松”,轴 承Ⅱ“压紧” Fal=fsl Fa2=Fsl+FA —如果Fs1十FA<Fs2轴有向左移动的趋势,使轴承I“压紧”,轴 承Ⅱ“放松” Fal=Fs2--FA Fa2==Fs2 ▲如果轴承采用“反装”方式,Fa1、Fa2的确定方法相同 第五讲 §16-4滚动轴承的润滑和密封 、滚动轴承的润滑 润滑的目的:降低摩擦阻力和减轻磨损;吸振、冷却:防锈等。 ▲润滑剂:润滑油 润滑脂 固体润滑剂 ▲润滑方式
10 - - 3、轴向载荷的计算 轴向载荷的计算需根据具体情况由力的平衡关系进行计算。 如图所示，一对角接触轴承采用正装支承， FR——为作用于轴上的径向载荷； FA——为作用于轴上的和轴向载荷； Fr1、Fr2——为两轴承的径向支反力； Fs1、Fs2——为两轴承的径向支反力作用下，相应产生的内部轴向力。 各力方向如图所示。 对 1 轴承：FA 和 Fs2 是外力 对 2 轴承；FA 和 Fs1 是外力 因 FA 和 Fs1 的方向相同 ——如果 Fs1＋ FA＞ Fs2 轴有向右移动的趋势，使轴承Ⅰ“放松”，轴 承Ⅱ“压紧” Fal＝Fs1 Fa2＝Fs1＋FA ——如果 Fs1 十 FA＜ Fs2 轴有向左移动的趋势，使轴承 I“压紧”，轴 承Ⅱ“放松” Fal＝Fs2－FA Fa2==Fs2 ▲如果轴承采用“反装”方式，Fal、Fa2 的确定方法相同 第五讲 §16-4 滚动轴承的润滑和密封 一、滚动轴承的润滑 润滑的目的：降低摩擦阻力和减轻磨损；吸振、冷却；防锈等。 ▲润滑剂：润滑油 润滑脂 固体润滑剂 ▲润滑方式