《机械设计基础》第十一章 滚动轴承

当轴承转速很低或间歇摆动时，一般不会产生疲劳破坏。 在很大载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永 久变形→滚道表面形成变形凹坑，使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声。 此外，由于使用维护和保养不当或密封润滑不良等因素，也能引起轴 承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破坏等不正常失效。
二、轴承寿命
设计：潘存云
15
10 5
100
50 可靠度R/(%)
0
轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，轴承的寿命越短。 滚动轴承的基本额定动载荷（C）——轴承的基本额定寿命为100万转 时，轴承所能承受的载荷。
向心轴承 推力轴承 径向基本额定动载荷 轴向基本额定动载荷 Cr Ca
C 6 L ( ) 10 P
单列——承受单向轴向载荷
双列——承受双向轴向载荷
主要承受径向载荷，同时也可 承受一定量的轴向载荷。
能同时承受径向、轴向联合载荷， 公称接触角越大，轴向承载能力越大。 公称接触角α有15º、25º、40º三种。
能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷。因系线接触，内 外圈只允许有极小的相对偏转。
二、滚动轴承的材料
滚动体与内外圈的材料应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨 性和冲击韧性。一般用含铬合金制造，经热处理后硬度可达61～65HRC， 工作表面须经磨削和抛光。 保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色金属或 塑料。
三、滚动轴承的特点
1、优点 1）摩擦系数小、启动灵活、效率高（η ＝0.98～0.99） 2）轴承单位宽度的承载能力较强，结构紧凑 3）极大地减小了有色金属的消耗 4）易于互换、润滑，维护方便 5）可同时承受径向载荷和轴向载荷 2、缺点
公差代号
代号
/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0 4 5 6 6X 0
公差等级 2
游隙代号 C1、C2、C3、C4、C5分别表示轴承径向游隙，游隙量依次由小到 大C0为基本组游隙，常被优先采用，在轴承代号中可不标出。
例11－1 试说明滚动轴承代号62203和7312AC/P62的含义 解：（1）6——深沟球轴承，22——轻宽系列，03——内径d＝17mm； （2）7——角接触球轴承，（0）3——中窄系列， 12——内径d＝60mm，AC——接触角α ＝25º ， P6——6级公差，2——第2组游隙C2 当游隙与公差同时表示时，符号C可省略
1）接触应力高，抗冲击能力差
2）减振能力低，运转时有噪声 3）径向外廓尺寸较大
4）不能制成剖分式
5）高速重载下寿命较低
§11-2 滚动轴承的类型与选择
接触角α
滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间 的夹角。
接触角是滚动轴承的一个主要参数，接触角越大，轴承承受轴向载 荷的能力越大。

Hale Waihona Puke 第十一章滚动轴承
(rolling bearing)
§11-1 概 述
一、滚动轴承的构造
内圈(inner ring) 保持架(cage) 滚动体(rolling element)
外圈(outer ring)
内圈装在轴颈上，外圈装在 机座或零件的轴承孔内。 内外圈上有滚道，当内外圈 相对转动时，滚动体将沿着滚道 滚动。 保持架的作用是把滚动体均匀 地隔开。

=0
0<≤45°
45°<<90° (c)
=90° (d)
(a) (b) 按公称接触角的不同，滚动轴承分为：
向心轴承 主要用于承受径向载荷，公称接触角α 为0°～45 °
推力轴承 主要用于承受轴向载荷，公称接触角α 为大于45°～90 °
球轴承
按滚动体的形状，滚动轴承
滚子轴承
圆柱滚子
圆锥滚子
--- 窄 正常
特宽 ------
轻 中 重
内径代号（基本代号左起第四、五位数 字）表示轴承公称内径尺寸 内径系列代号 00 01 02 03 04～99
轴承内径尺寸 10 12 15 (mm)
17
数字×5
2. 前置代号
用字母表示成套轴承的分部件。 3. 后置代号 表示轴承的基本类型、结构、尺寸，是轴承代号的基础。 轴承类型 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 代号 B C AC B E 含义 α＝40º α＝15º Α＝25º 接触角α加大 加强型
10 6 f t C Lh ( ) 60n f p P
h
f p P 60n C ( 6 Lh )1 / f t 10
N
三、当量动载荷的计算
如果作用在轴上的实际载荷是既有径向载荷又有轴向载荷，则必须将 实际载荷换算成与试验条件相当的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比 较。换算后的载荷是一种假定的载荷——当量动载荷 P＝XFr＋YFa Fr、Fa ——轴承的径向载荷及轴向载荷（N）； X、Y ——径向动载荷系数及轴向动载荷系数。 Fa /Fr＞e ，由表16－11查出X和Y的数值； Fa /Fr≤e 时，轴向力的影响可忽略不计。
3. 角偏差
轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾 斜。其倾斜角称为角偏差。 角偏差较大时会影响轴承正常运转， 在这种场合下应采用调心轴承。
调心轴承的外滚道表面是球面， 能自动补偿两滚道轴心线的角偏差， 从而保证轴承正常工作。
滚针轴承对轴线偏斜最为敏感， 应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下 使用。
Fa—— R2 R1R1轴承的内部轴向力 R2
FF a a
11 F a SS 11 适合于传动零件处于外伸端 Fa S2 S 1 S2 S1 FF aa R RR 2 2 R 11 SS 2 2 FF aa SS 11
S 1S 1
S2 S2
R1 S1 Fa
R2 S2 S2
1）当FA＋ FS2＞ FS1，由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，即 轴承1被压紧，由力的平衡条件得 轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：Fa1＝ FA＋FS2 轴承2（放松端）承受的轴向载荷：Fa2＝ FS2 2）当FA＋ FS2＜ FS1，由于轴承2被压紧，由力的平衡条件得 轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：Fa1＝ FS1 轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：Fa2＝ FS1－FA
轴承在温度高于100 ℃下工作时，基本额定动载荷C有所降低，故引 进温度系数 f t
轴承工作温度 温度系数ft
100 1
125 0.95
150 0.90
200 0.80
250 0.70
300 0.60
工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，故引进载荷系数 f p 载荷性质 载荷系数fp 无冲击或轻微冲击 1.0～1.2 中等冲击 1.2～1.8 强烈冲击 1.8～3.0
∣ 内 径 代 号
∣ 内 部 结 构 代 号
∣ 密 封 与 防 尘 代 号
∣ 保 持 架 及 材 料 代 号
∣ 公 差 等 级 代 号
∣ 游 隙 代 号
1. 基本代号 表示轴承的基本类型、结构、尺寸，是轴承代号的基础。
基本代号左起第一位——类型代号。若代号为“0”（双列角接触球 轴承）则可省略。 尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号（基本代号左起第二位）和直 径系列代号（基本代号左起第三位）组合而成。 代号 宽度系列 直径系列 7 --超特轻 8 特窄 超轻 9 0 1 特轻 2 宽 3 4 5 6
向心轴承只承受径向载荷时，P＝Fr 推力轴承只能承受轴向载荷，P＝Fa
四、角接触向心轴承轴向载荷的计算
角接触向心轴承的结构特点 在滚动体和滚道接触处存在着接触角α 当它承受径向载荷Fr时，作用在承载区内 第i个滚动体上的法向力F可分为径向分力Fri和 轴向分力Fai。 各滚动体上所受轴向力的和——轴承的 内部轴向力Fa。 α
ε——寿命指数 C——基本额定动载荷 向心轴承——Cr 推力轴承——Ca
r
球轴承，ε＝3；滚子轴承，ε＝10/3
用小时表示轴承寿命，用n代表轴的转速（r/min）
10 6 C Lh ( ) 60n P
P——当量动载荷
h
一恒定径向载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有 与实际载荷作用下同样的寿命。
放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力 压紧端轴承的轴向载荷等于除本身的内部轴向力外其余轴向力的代数和
五、滚动轴承的静强度校核
对于转速很低(n ≤10r/min) 或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳 点蚀，为防止滚动体和内外圈产生过大的塑性变形，应进行静强度校核。 受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的 载荷——基本额定静载荷C0 P0 = X0 Fr ＋Y0 Fa≤C0/S0 X0—当量静载荷径向载荷系数 Y0—当量静载荷轴向载荷系数 轴承类型 深沟球轴承 X0 0.6 Y0 0.5
正装（外圈窄边相对安装） 反装（外圈宽边相对安装）
F rF r 1 1 S1 S1 S2 S2 F aF aF F r r R2R2
S2 S2
F rr
22
2 SS 2
2 2 R 2 R 2
22
1 1 FF ar F a r R 1 R 1
SS 1 1
R1 R1
1 22 1 S 1 F a S 2S 2 S 1 适合于传动零件位于两支承之间 Fa S1 S2 S1 S 2 Fa Fa
球面滚子 滚针
由于结构的不同，各类轴承的使用性能也不相同。
1. 承载能力 在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5～3倍。 在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴承内径d≤20 mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，而球轴承的价格一般 低于滚子轴承，故优先选用球轴承。 由于接触角的存在，角接触轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷。 2. 极限转速 滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温，润滑失效，从而导致滚 动体回火或胶合破坏。 滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速——极限转速 如果轴承极限转速不能满足要求，可采取提高轴承精度、适当加大 间隙、改善润滑和冷却条件、选用青铜保持架等措施。