机械设计讲义第八版滚动轴承

第十三章 滚动轴承
2）β ： 轴承实际承受的径向载荷 R 与轴向载荷 A
的合力与半径方向的夹角。
5．性能与特点：
滚动轴承类型很多，常用轴承性能及特点，见： P.309. 表 13-1.
二．滚动轴承的代号：
滚动轴承类型很多，每种类型又有多种不同的结构，尺寸及公差等级，为统
一表征各类轴承的特点，GB/T 272-1993 规定轴承代号由以下三部分组成：
冲压型： 用低碳钢板冲压而成，它与滚动体的间隙较大。 实体型： 经切削加工而成，定心作用较好。 3．常用的滚动体： 六种
球 圆柱滚子
滚针
圆锥滚子 球面滚子 非对称球面滚子
4．轴承设计： 滚动轴承已标准化，由专业厂大批生产。本章仅讨论轴承的选型、安装、调 整、润滑、密封等问题。
§１３—２ 滚动轴承的主要类型及其代号： 一．主要类型、性能与特点： 1．类型
Σ FNi＞Fr
多边形的任一边长小于其余各边的长度和
Fd=Σ Fdi=Σ FNitgα ＞Frtgα
tgα ＜Fd/Fr = Fa/Fr =tgβ （即此时载荷角β 大于接触角α ）
1）角接触球轴承和圆锥滚子轴承必须在径、轴向载荷联合作用下工作。
2）要保持较多的滚动体同时受载，应使 Fa＞Frtgα ，即应β ＞α 。 3）同一个轴承，在同样的径向载荷作用下，轴向载荷不同，受载滚动体数也不同。
a. 一般轴承，表示正常宽度的 O 可不标
b. 对调心及圆锥滚子轴承，代号 O 应标出
② 直径系列中也含轴承宽度，但该宽度是随直径的相应变化
注： 直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号
4）类型代号： 表示轴承的类型（数字或字母）。 以下几种应记住
1 ── 调心球轴承
3 ── 圆锥滚子轴承
6 ── 深沟球轴承
单位）或工作小时数。 注： L10 是概率寿命，表示一组轴承的 90%能在 L10 后继续正常工作。 3）预期计算寿命 Lh′： 设计机器时所要求的轴承寿命。
注： Lh′须按机器类型、使用条件及可靠性要求等确定。 经验推荐值见： P.318. 表 13-3.
二．滚动轴承的基本额定动载荷 C： 显然，载荷↑，接触应力↑，点蚀前能经历的应力变化次数↓，轴承寿命↓
(13-5)
2．已知 P、n 及 Lh′，计算轴承所需的基本额定动载荷 C——设计：
C P 60nLh
N
106
(13-6)
3．温度系数 ft: 轴承样本中列出的 C 是常温下的值，在较高温度（＞120oC）下工作时，C 值有
1）正常失效形式： 滚动体或内外圈滚道受接触变应力作用而点蚀。 2）其它失效形式： ① 润滑不良使轴承烧伤。
② 润滑油不洁使滚动体和滚道过度磨损。
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第十三章 滚动轴承
③ 装配不当使轴承卡死、胀破等。 注： 后种失效是可避免的，所以计算时仅考虑前种失效。 2．寿命： 1）寿命： 轴承点蚀破坏前一套圈相对另一套圈的转数。 注： 由于制造精度及材料均质性等差异，同材料、同尺寸且同批生产的轴 承，在完全相同的条件下工作，寿命差异极大，可达几倍～几十倍。 所以笼统的“寿命”无多大意义，应： 2）基本额定寿命 L10： 一组轴承中 90%的轴承未发生点蚀破坏前的转数（以 106 为
2．固定套圈： 其上任一点的载荷和应力作稳定脉动循环。 1）点在承载区中的位置不同，受到的载荷也不同。 2）对任一具体的点，滚动体每滚过一次便受载一次，其载荷大小是恒定的。
3．转动套圈： 其上任一点的载荷和应力作周期性不稳定变化 进入承载区的任一点，与某滚动体接触时，载荷：0↗某值↘0。在下次与另一 滚动体接触时，载荷再：0↗另一值↘0。
基本额定动载荷 C： 使轴承的基本额定寿命正好为 106 转时，轴承所能承受的载荷。 1．对向心轴承：
C 为纯径向载荷，叫径向基本额定动载荷，记为 Cr 2．对推力轴承：
C 为纯轴向载荷，叫轴向基本额定动载荷，记为 Ca 3．对角接触球轴承或圆锥滚子轴承：
C 指使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。 注：C 可从轴承样本中查取。
§１３—３ 滚动轴承类型的选择：
选用轴承时，首先是选择轴承类型，此时应考虑的主要因素：
一．轴承的载荷：
1．载荷的大小：
1）较大载荷：
滚子轴承（线接触，承载能力大）
2）中小载荷：
球轴承（转动灵活，价低）
2．载荷方向：
1）纯轴向载荷：
推力轴承。
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2）纯径向载荷：
① tgβ = tgα （即 Fa = Frtgα ）时，仅一个滚动体受载。 ② tgβ ≈1.25tgα （即 Fa≈1.25Frtgα ）时，下半圈的滚动体都受载。 ③ tgβ ≈1.7tgα 时，整圈滚动体才全部受载。
§１３—５ 滚动轴承尺寸的选择： 一．滚动轴承的失效形式及基本额定寿命： 1．失效形式：
三．滚动轴承寿命的计算公式： 设： C、P 是轴承的基本额定动载荷和当量动载荷（下述） 则： P=C 时，基本额定寿命 L10 正好为 106 转，但 P≠C 时，L10=？ 又： 若已知 P，则 C=？的轴承才能具有预期计算寿命 Lh′
1．已知 C、P，计算轴承的寿命——校核： 实验表明，L10、C 和 P 三者有如下关系：
7 ── 角接触球轴承
N ── 圆柱滚子轴承
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2．后置代号： 用数字或字母表示轴承的结构,公差及材料的特殊要求,很多(P.304.表 13-2) 以下仅介绍几个常用代号
1）内部结构代号： （字母）表示同类轴承的不同内部结构。 如：角接触球轴承 代 号 C AC B 接触角 15° 25° 40°
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第十三章 滚动轴承
§１３—１ 概述： 1．优点： （与滑动轴承相比）
摩擦小，功耗低，起动、正反转容易。 2．滚动轴承的结构： P.307.图 13-1
1）内圈： 装在轴颈上，一般随轴颈转动。 2）外圈： 装在轴承座中，一般固定。 3）滚动体：处于内外圈之间，将内外圈的相对转动变成滚动体在滚道上的滚动。 4）保持架：均匀地隔开滚动体，有二种：
Fr
Fdi
Fa
β FNi
记 FN、Fd 为该受载滚动体反力 FN´的径、轴向分力，
则按力平衡条件应有： FN = Fr
F′Ni
图13-8 圆锥滚子轴承的受力
Fd = FN·tgα = Fa = Fr·tgβ
于是： tgβ =tgα （即与载荷角β 应于等接触角α ）
3．受载滚动体多于一个时：
∵ ∴ 于是： 4．结论：
第十三章 滚动轴承
按力平衡原理，反力分量与外载有如下关系：
1）FNi 的向量和与 Fr 相平衡，即： FNi Fr 0
2）Fdi 的数量和等于 Fa，即：∑Fdi=∑FNitgα =Fa
α
3）滚生轴向力 Fd： 所有轴承反力 FNi´的轴向分力之和
即：Fd=Σ Fdi=Σ FNitgα
2．仅最下方的一个滚动体受载时：
三．轴向载荷对载荷分布的影响 角接触球轴承或圆锥滚子轴承的受力情况，以圆锥滚子轴承为例说明如下：
1．受力分析： 在径向载荷 Fr 作用下，沿外圈滚道的法线方向各滚动体反力 FNi´可分解成： FNi´ 径向分力： FNi 轴向分力： Fdi= FNitgα ，
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向心轴承（深沟球轴承，圆柱滚子轴承，滚针轴承）
3）径、轴向载荷同存： 向心推力轴承（深沟球、角接触球、圆锥滚子轴承）
二．轴承的转速：
极限转速 nlim： 轴承样本中列出了各种轴承的极限转速 nlim。它是下列条件下的值： ① 载荷不太大（P≤0.1C，P、C ── 当量、基本额定动载荷）
② 冷却条件正常
2）公差等级代号： 表示公差等级，共 6 级 代 号 /P2 /P4 /P5 /P6 /P6x /P0 公差等级 2 级 4 级 5 级 6 级 6x 级 0 级 （精度渐低） （0 级为普通级，在轴承代号中不标）
3）游隙代号： 表示轴承的径向游隙，共 6 个组别 代 号 /C1 /C2 /C0 /C3 /C4 /C5 游隙组别 1 组 2 组 0 组 3 组 4 组 5 组 （径向游隙渐大） （0 组是常用游隙组别，在轴承代号中不标）
①提高公差等级 ②增大游隙 ③改善润滑
三．轴承的调心性能： 轴中心线与轴承座中心线有偏斜，或轴的刚度较小，受载挠曲较大时，轴承 的内外圈轴线将发生偏斜，此时，应用有调心性能的调心轴承。如： 调心球轴承（10000 型） 调心滚子轴承（20000 型）
四．轴承的安装和拆卸： 选用的轴承应便于装拆。 如：装在长轴上的轴承宜用内圈轴孔有锥度（1:12）的轴承。
1）向心轴承： 主要承受径向载荷的轴承 2）推力轴承： 只能承受轴向载荷的轴承。 3）向心推力轴承：能同时承受径向和轴向载荷的轴承。 2．接触角α 、载荷角β ： 1）α ： 向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点
处的法线 nn 与半径方向的夹角。
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Fr β Fa N
Nα 接触角与载荷角
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可见 GB/T 272-1993
2）直径系列： 表示结构、内径相同的轴承在外径
和宽度方面的变化，共 9 个 代号 7、8、9、0、1、2、3、4、5
图13-4 直径系列的对比
系列 外径依次增大 P.312.图 13-4
3）宽度系列： 表示结构、内径、直径系列都相同的轴承在宽度方面的变化
① O 表示正常宽度系列：
3．前置代号： 用字母表示轴承的分部件（套圈、滚动体与保持架组件等）。 4．说 明： 轴承代号复杂，但对无特殊要求的一般轴承，代号较简单。