7.滚动轴承设计

对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
2. 轴承的寿命计算式
(1) 载荷-寿命曲线
对一批轴承，在不同载荷下作 寿命试验所得曲线
同类轴承： C (2) 基本额定动载荷 使滚动轴承的基本额定寿命为 1 L 时，轴承所承受的载荷
10
轴承尺寸
承载能力
基本额定动载荷 C
Cr 轴向 C a
典型支承结构 车床主轴的支承结构 一端固定、一端游动
螺母予紧轴承
螺母调整轴承游隙
三、滚动轴承的组合设计
4. 轴承间隙的调整
(1) 轴承内部游隙的调整
垫片调整
螺钉调整
圆螺母调整
三、滚动轴承的组合设计
(2) 轴承组合位置的调整
(3) 轴承的予紧 利用金属垫片 消除游隙、提高 旋转精度和支承 刚度
套杯结构
静强度安全系数
当量静载荷
2. 极限转速校核
nmax f1 f 2 nlim
轴承的极限转速 载荷分布系数 载荷系数 最大工作转速
结束 请批评指正!
轴肩 + 轴端挡圈 与螺栓
或
Fa 较小时
Fa 不大时
Fa 较大时
Fa 较大时
三、滚动轴承的组合设计
(2) 轴承外圈的轴向固定
轴承端盖
轴承座孔凸肩
孔用弹性挡圈
Fa 较大时
Fa 较大时
Fa 较小时
三、滚动轴承的组合设计
2百度文库 轴承支承的结构形式
轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼 要求： 在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动 轴受热伸长时，不致于影响轴承运转 (1) 两端固定 间隙 C 适用于短轴、温升不高的场合
从动轴设计为两端固定支承 由于左右螺旋角加工误差， 人字齿轮轴会左右窜动，
三、滚动轴承的组合设计
3. 轴承支承设计的两个特殊问题
角接触球轴承 圆锥滚子轴承 正装 “面对面” 的排列 必须成对使用
反装 “背靠背”
跨距 悬臂受力 变形大 变形小 调整间隙 方便 不便
正装
反装
变小 变大
三、滚动轴承的组合设计
三、滚动轴承的组合设计
7. 轴承的润滑与密封
(1) 轴承的润滑
减摩、降温
润滑脂
润滑油
重载、低速 定期添加
高速、精密件
毡圈密封 手工定期加油、飞溅、油泵 密封圈密封
(2) 轴承的密封
防油流出、防尘进入
毡圈密封
接触式
密封圈密封 间隙密封
非接触式
迷宫密封
间隙密封
迷宫密封
四、滚动轴承的受力分析及计算准则
用字母和数字表示轴承的结构、 公差及材料的特殊要求等
公差等级 6X 标注 0 /P6X 不标
2 /P2
4 /P4
5 /P5 /P6
6
一、概述
基本代号
6 1 2 0 6
一般为： 内径
内径代号
直径系列代号
5
代号
0、1
2
3
4
直径 特轻
轻 中 重
同一内径有不同的直径
类型代号
内外径相同时有不同的宽度
宽度系列代号
(3) 调心性能 内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转 支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点 (4) 其它
装拆方便 内外圈分离的轴承 (圆锥滚子轴承 ) 球轴承比滚子轴承低 价格 精度低的价格低 (一般公差等级选 0 级 )
二、滚动轴承的选择
2. 尺寸选择
轴承内径 与轴颈直径相等 代号 0、1 2 直径 特轻 3 4
第八章 滚动轴承设计
主 讲 吴 昌 林
第八章
滚动轴承设计
一、概述
1. 滚动轴承部件设计的主要内容
已知条件 工作条件 载荷大小及性质 转速 工作温度 设计内容 选择轴承的类型
轴承的固定和调整
轴承的组合设计
轴承的配合 轴承的润滑和密封
轴承尺寸的验算
一、概述
2. 滚动轴承的基本结构
内圈 外圈
与轴配合 与机座配合
1. 受力分析
(1) 载荷分布
上半周滚动体不受载
下半周滚动体承载也不相同
5Fr Qmax z
(以深沟球轴承 为例 )
滚动体个数
(2) 应力分布
滚动体上某点 a 的接触应力 内圈上某点 b 的接触应力
外圈上某点 c 的接触应力
四、滚动轴承的受力分析及计算准则
2. 失效形式及计算准则
失效形式 动载荷 H 计算准则 引起点蚀 控制动载荷 控制静载荷
球
圆柱滚子 滚针 圆锥滚子 鼓形滚子 非对称鼓形滚子
滚动体
在滚道中产生滚动摩
保持滚动体位
滚子
擦 置
保持架
除滚动体外，其它元件可有可无
螺旋滚子
一、概述
3. 滚动轴承的主要类型
向心轴承 径向接触轴承
00
主要承受 F r 球轴承亦能承受较小
向心角接触轴承
按公称接触角 分类
Fa

0 0 450 同时承受 Fr 和
推力角接触轴承 推力轴承
Fa
450 900 主要承受 Fa
也承受较小
只能承受
轴向接触轴承
Fr
900
Fa

：滚动体同外圈滚道接
触点的法线与垂直于轴承轴 心线的平面之间的夹角

轴向承载能力
一、概述
球轴承 按滚动体分类 滚子轴承
4. 滚动轴承的代号
前置代号 基本代号 后置代号
用字母表示轴承 的分部件 例如； L表示分离轴承 的可分离套圈 例如；
Qi
Fr 径向分力 Qi r 轴向分力 Qi a
Q
ia
派生轴向力
S
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
(2) 轴向载荷的计算 对轴承 1：
向左轴向力的 S2 FA
内圈 外圈 端盖
左端轴肩
箱体
向右轴向力的
S1
右端轴肩 外圈 端盖
轴承 2 的内圈 箱体 对轴承 2：
S1 FA Fa 2 S 2
' h
满足预期寿命时轴承的
？ C 所选轴承的 C
'
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
3. 轴承的当量动载荷
基本额定动载荷 C 向心轴承 推力轴承 纯径向载荷 纯轴向载荷
实际工作中，轴承同时受
当量动载荷 P
假想载荷
Fr Fa
复合作用
转化
纯载荷
在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同
Fr 的向心轴承： f P Fr 对只承受 F 的推力轴承： f P Fa a P Fr 同时承受 复合载荷的向心轴承： f P ( XF YF ) r a Fa 考虑实际工况，引入载荷系数 f P
平稳： 球轴承
Fr ：深沟球轴承
(6类)圆柱滚子轴承
推力滚子轴承 (6类)
(5类) + ( 6 类) 角接触球轴承 圆锥滚子轴承
(7类) (3类)
载荷性质
冲击： 滚子轴承
二、滚动轴承的选择
(2) 转速和旋转精度 球轴承 极限转速 和 旋转精度 比滚子轴承的高 推力轴承 极限转速 低 (离心力使滚动体与保持架摩擦严重) 整体保持架 极限转速 高速、轻载 低速、重载 比分离的高 球轴承 滚子轴承
代号 0 1 2 3~6 宽度 窄 正常 宽 特宽
6
深沟 球轴承
7
角接触球轴承
3
圆锥滚子轴承
5
推力球轴承
二、滚动轴承的选择
1. 类型选择
(1) 载荷的大小、方向和性质 载荷大小 小： 球轴承 (点接触) 大： 滚子轴承 (线接触)
载荷方向
Fa ：推力球轴承 (5 类) Fr Fa Fr 和 Fa F F a r Fr、Fa

球轴承
3
10 滚子轴承 3
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
校核轴承寿命
已知 轴承型号 ( 即C ) 外载 P 轴承寿命
106 f t C Lh ( ) 60n P
h
？ ' 预期寿命 Lh Lh
' 60 nL h C ' P 106
选择轴承型号
C ) 已知 预期寿命 外载 P
( 即
L
H lim
静载荷 S
引起塑性变形
控制动载荷
疲劳寿命计算
控制静载荷
静强度校核
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
1. 基本额定寿命
单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命
基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生 疲劳点蚀时所达到的寿命 用总转数
L10 表示
1 L10 106 r
三、滚动轴承的组合设计
5. 轴承的配合
载荷方向不变时 载荷性质 平稳 变化 配合 内圈与轴 外圈与座孔 取紧一点 取松一点
避免滚道上某一 接触点始终停留 在 A 处
内圈(动圈) 取松一点 取紧一点
外圈(不动圈)
游动支承外圈
取松一点
6. 轴承的装拆
定位轴肩高度应低于内圈高度
外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔
考虑轴受热伸长在一端应留有 间隙 C = 0.2~0.4mm
由调整垫片保证间隙
每个支点限制轴的一个方向移动，合起来限制轴的双向移动
三、滚动轴承的组合设计
(2) 一端固定、一端游动 (3) 两端游动
适用于长轴、工作温度较高的场合
轴承内部不能游动
主动轴设计为两端游动支承
轴承内部可以游动
一个支点限制轴的双向移动， 一个支点可以轴向移动
径向
向心轴承 推力轴承
纯径向载荷 纯轴向载荷
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
(3) 寿命计算式
P L10 C 1
C 外载为 P 时轴承的寿命 L10 10 ( ) P
6
r
106 C 以小时表示 Lh ( ) 60n P
考虑到温度变化，引入温度系数
h
h
ft
106 f t C Lh ( ) 60n P
S 2 FA Fa 1 S1
两者取较大值
两者取较大值
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
轴承寿命计算步骤 派生轴向力 S 轴向载荷 Fa
当量动载荷
计算 Lh
' C 计算
P f P ( XFr YFa )
校核 选择
六、滚动轴承的静强度和极限转速校核
1. 静强度校核
C0 S0 P0
轻 中 重
载荷很小
直径系列 载荷很大 一般情况 宽度系列 一般选正常系列
超轻或特轻系列 重系列 轻或中系列
代号 0 1 2 3~6 宽度 窄 正常 宽 特宽
选择轴承
校核计算
三、滚动轴承的组合设计
1. 轴承的轴向固定
(1) 轴承内圈的轴向固定
轴肩
轴肩 + 弹性挡圈
Fa 0
轴肩 + 圆螺母与 止退垫圈
对只承受
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
径向载荷系数 X 和轴向载荷系数 Y 的确定
C0 基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分 C 0 r C0a C0 轴承尺寸
五、滚动轴承的疲劳寿命计算
4. 角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷Fa 的计算
(1) 派生轴向力 S 由于存在接触角

承受径向载荷
作用于滚动体的法向反力