机械设计基础第16章滚动轴承

结论：
向心推力轴承实际轴向力Fa的计算方法
①分析轴上内部轴向力和外加轴向力, 判定压紧端和放松端。
②压紧端: Fa=除本身内部轴向力外其余轴向力代数和 ③放松端 Fa=自己的内部轴向力。
例如:背靠背
①当FA+Fs2 ＞Fs1 右窜
轴承1被“压紧”， 轴承2被“放松” Fa1 = FA+ Fs2 Fa2 = Fs2 Fs1
概
一、滚动轴承的构造
述
(各类滚动体)
内圈、外圈、滚动体、保持架
虚拟演示
二、滚动轴承的材料 滚动体、内外圈材料：专用轴承钢(含铬合金钢)； 保持架：低碳钢板冲压制成，有色金属或塑料。 三、滚动轴承的特点： 优点：启动灵敏、 效率高，润滑简便， 互换性好。 缺点：抗冲击能力↓， 高速时噪声↑，工作寿 命不及液体摩擦滑动轴 承。
b)当FA+Fs2 ＜ Fs1 轴有左移趋势： 轴承2被“压紧”， 轴承1被“放松” ΔF2
Fs2 Fs1
左端盖必会提供给轴承2一个 力增量ΔF2使轴受力平衡： FA+ Fs2 +ΔF2= Fs1 轴承1的实际轴向载荷为：
Fa1 = Fs1 (自己的内部轴向力)
轴承2上的实际轴向载荷为： Fa2 = Fs1 - FA
Fa较大、Fr较小时：深沟球轴承+推力球轴承 或推力角接触轴承
3、要求n < nlim（极限转速）
6、7、N——nlim较高
5——nlim较低
4、轴的刚性较差，轴承孔不同心：调心轴承 5、要求装拆方便时：可分离轴承（3类等）
实例图片
6、对轴承的径向尺寸有严格限制时：滚针轴承 7、轴承3、7类：成对使用，对称安装 8、旋转精度较高时：较高的公差等级和较小的游隙 9、优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承
§16-2 滚动轴承的代号
前置代号——表示轴承的分部件 基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征 后置代号——表示轴承的精度与材料的特征
前置 代号 轴 承 的 分 部 件 代 号
基本代号
五 四 三 二 一
尺寸系列 代号
后置代号
内 部 结 构 代 号 密 封 与 防 尘 结 构 代 号 保 持 架 及 其 材 料 代 号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 游 隙 代 号 多 轴 承 配 置 代 号 其 它 代 号
例16-2 试求圆柱滚子轴承NF207允许的最大径向载荷 已知工作转速n=200r/min、工作温度t＜100, 寿命=10000h，载荷平稳。 解:[ NF207——向心轴承
由
P
Fr（=P）]
由附表1查得NF207：Cr=28500N，
由表16-9查得fp=1，由表16-8查得ft=1，
滚子轴承取ε=10/3。将以上有关数据代入上式，
表16-6
代 号 /P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、/P0 基本游 ◆游隙代号：表示轴承径向游隙 隙可省 游隙量 小 ————————————→ 大 略 C1 C2 C0 C3 C4 C5
普通级 可省略
注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用 的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不 懂的代号时，应查阅GB/T272-93。
2.塑性变形 （转速很低或作间歇摆动 ）
3.磨损、胶合
（润滑不良、密封不严、多尘条件）
磨损
胶合
4.轴承卡死、 胀破内圈、 挤碎内外圈和保持架等
（装配不当 ）
除点蚀外，其它失效可通过加强装配管理等措施来克服
三、计算准则： ①一般轴承—疲劳寿命计算（针对点蚀）； 静强度计算 ②低速或摆动轴承—只进行静强度计算 ③高速轴承—进行疲劳寿命计算、校验极限转速。
① 对只能承受径向载荷Fr的轴承（N、NA轴承） P = Fr ② 对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）
P = Fa ③ 同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承
P = X Fr +Y Fa X——径向载荷系数 Y——轴向载荷系数
表16-11
6、向心推力轴承的轴向力Fa计算（3类、7类） ①内部轴向力Fs大小、方向 原因分析： ◆滚动体和滚道接触处存在着接触角α
x、y由e、Fa/Cor （Cor—径向额定静载荷） 查表
但e、C0r 未知，故用——试算法 暂取 Fa/Cor =0.028， 则e=0.22（表16-11）
因
查得x=0.56，y=1.99
P=XFr+YFa=0.56×2300＋1.99×540≈2360N 故：
查手册：选6207轴承，其Cr=25500N＞24800N；
FS2
FS1
②实际轴向载荷Fa的确定 a)当FA+Fs2＞Fs1 轴有右移趋势： 轴承1被“压紧” 轴承2被“放松”
Fs2 Fs1
ΔF1
右端盖必提供给轴承１一个力增量ΔF1使轴受力平衡： FA+ Fs2=Fs1 +ΔF1
轴承1的实际轴向载荷为： Fa1=FA+ Fs2 轴承2上的实际轴向载荷为： Fa2 = Fs2 (自己的内部轴向力 )
未失效轴承数量／ %
4.基本额定寿命计算式 载荷与寿命的关系（在一定条件下，由大量实验得出）
C L P
10
6
ε
(10 6 r)
ε
或
C 或 L h (h) 60n P
6207 轴承寿命曲线
10 其中： ε 3（球轴承）； ε （滚子轴承）； 3 P为轴承所承受 的当量动载荷； n为轴承的工作 转速(r/min)。
例16-3 一水泵轴选用深沟球轴承支承。已知轴颈d=35mm，转 速n=2900r/min，轴承所受径向载荷Fr=2300N，轴向载荷 Fa=540N，要求使用寿命Lh=5000h，试选择轴承型号。
解：[由
Cr
查表即可]
fp=1.1、ft=1（查表）；ε=3； n、Lh已知； 关键求：P= xFr + yFa （x、y——表16-11）
Cor=15200N，
故6207轴承的 Fa/Cor =0.0355
与原估计接近(Fa/Cor =0.0235) ，适用。
例16-4 一传动装置中的轴，根据 工作条件决定采用一对角接触球 轴承支承如图，并暂定轴承型号 为7208ACJ。已知轴承载荷 Fs2 Fr1=1000N，Fr2=2060N， FA=880N，转速n=5000r/min， 运转中有中等冲击，预期寿命 Lh=2000h， 试问所选轴承型号是否恰当。 (注：AC表示α=25°，J表示钢板冲压保持架) 解：[求实际工况下的Cr＜7208ACJ 轴承的Cr ] (1) 先计算轴承1. 2的轴向力Fa1、Fa2
α
不可分离型
可分离型
二、滚动轴承类型的选择
工作载荷、转速、支承刚性、安装精度 1、 n高，载荷小: 球轴承
n低，载荷大: 滚子轴承
2、①受Fr: 向心轴承 ②受Fa、n不高时: 推力轴承 ③ Fr+Fa作用时： 角接触球轴承7类（n较高时） Fr、Fa均较大时 圆锥滚子轴承3类（n较低时）
Fr较大、Fa较小时： 深沟球轴承
四、滚动轴承选择的一般过程如下：
选择轴承的类型和尺寸系列 按轴径确定轴承内径 对有较严格要求的轴承 对没有严格要求的轴承 不合格 进行承载能力验算 合格 END 可不进行承载能力验算
五、滚动轴承的寿命计算 1.寿命：轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前， 轴承的转数L（106为单位） 或相应的运转小时数Lh （小时为单位）。 但：滚动轴承疲劳寿命的离散性相当大，如图：
详细内容
3.按轴承的结构形式不同分类： 滚动轴承的结构形式很多。 国标分为13类， 常用的轴承 (表16-2)
调心球轴承
调心滚子轴承
圆锥滚子轴承
推力球轴承
深沟球轴承 角接触球轴承 推力圆柱滚子轴承 圆柱滚子轴承 滚针轴承
最常用几种 ：
①深沟球轴承（向心球轴承）—6 ②圆锥滚子轴承—3 ③角接触球轴承—7
由表16-12查得轴承的内部轴向力为： Fs1 =0.68Fr1=0.68×1000=680N (方向见图示) Fs2 =0.68Fr2=0.68×2060=1400N (方向见图示)
Fs1
因Fs2＋FA=1400＋880 ＞Fs1
故：轴承1为压紧端： Fa1=Fs2 ＋FA=2280N
宽度系列代号： 外径系列代号：
◆ 类型代号：常用代号3、5、6、7、N五类，
表16-4
详细查阅类型代号表16-1
三、后置代号
◆内部结构代号
α=150、250、400、 角接触球轴承的接触角： 代号： C、 AC、 B ◆轴承的公差等级 精 度 高 ———————————→低 4 5 6X 6 0 公差等级 2
第十六章
滚动轴承
教学目标与教学重点 概 述 §16-1滚动轴承的基本类型和特点
§16-2 滚动轴承的代号
§16-3 滚动轴承的选择计算 §16-4、5 滚动轴承的组合设计 作 业
教学目标
1. 知道滚动轴承的基本类型和特点 2. 对滚动轴承的代号有所了解，并具有 一定的熟悉程度。 3. 能正确进行滚动轴承的选择计算。 4. 能正确进行轴承组合结构设计。 重 点 1.滚动轴承类型选择及选择计算， 2.轴承组合结构设计
②当FA+Fs2 ＜ Fs1 左窜
Fs2
Fs1
Fr1
FA
Fr2
Fs2
轴承2被“压紧”， 轴承1被“放松” Fa2 = Fs1 - FA
Fa1 = Fs1
六、滚动轴承的静载荷 1.静载荷：指轴承内外圈之间相对转速为零或接近 为零时作用在轴承上的载荷。 2.额定静载荷C0:使内、外圈、滚动体产生的最大塑性 变形之和=滚动体直径的百万分之一的载荷. （附表）
◆当承受径向载Fr时：第i个滚动体上的
Fs
法向力Fi分解为：
径向分力Fri 轴向分力Fsi
表16-12
Fsi Fri
◆各滚动体上所受轴向分力之和
——即为轴承的内部轴向力Fs
★注意:为内部轴向力得到平衡，以避免轴向窜动， 通常这种轴承都要成对使用，对称安装。
安装方式有两种:
a)正装（面对面） 适合于传动零件 位于两支承之间 b)反装（背靠背） 适合于传动零件 处于外伸端
C L P
ε
(10 r)
6
C 或 L h (h) 60n P
10
6
ε
引入：载荷系数fp （考 虑到振动、冲击） 表16-9
温度系数ft（考虑到t＞100°） 修正后得：
表16-8
5、滚动轴承的当量动载荷P
轴承寿命计算时，应把实际载荷转换为与确定轴 承C值的载荷条件相一致当量动载荷.
类 型 代 号
宽 度 系 列 代 号
直 径 系 列 代 号
内 径 代 号
一、前置代号： 表示成套轴承的分部件，用字母表示 参阅GB/272-93 二、基本代号
◆ 内径代号：
内径 d 代号
10 00
12 01
15 02
17 03
数字×5 04~99
如：08表示轴承内径d=5×08=40mm
◆ 尺寸系列代号：表达轴承相同内径但外径和宽度不同
广泛应用于一般尺寸、 一般工作条件的机械中。
§16—1 滚动轴承的类型与特点
一、滚动轴承的主要类型与特点 1、按滚动体的不同分类： 球轴承 —承载能力低，极限转速高 滚子轴承—承载能力高，极限转速低
2、按可承受的外载荷分类：
向心轴承 — 承受径向力 推力轴承 — 轴向力 向心推力轴承 —径向力 + 轴向力
得：P=Fr=6778N 故：轴承NF207可承受的最大径向载荷为6778N。
七、滚动轴承尺寸选择的过程
由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa
计算当量动载荷P=XFr+YFa
明确轴承的工作转速n与预计寿命L 计算轴承应满足的基本额定动载荷
60nL 10 C 6 10
1/ε
P
由轴承样本（手册）查取合适的轴承
轴承Leabharlann Baidu寿命/（106r）
20 2.基本额定寿命L： 同一批轴承在相同条件 向心轴承 :径向基本额定动载荷 Cr 下工作，其中 90%的轴承在 10 产生疲劳点蚀前的寿命。 推力轴承 :轴向基本额定动载荷 Ca (附表)
3.基本额定动载荷C： 使轴承的基本额定寿命L=1 时，轴承所能承受的载荷。
5 1 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
§16-3
1、受轴向载荷Fa
滚动轴承的选择计算
一、滚动轴承的载荷分布
各滚动体平均分担。 2、受径向载荷Fr 上半圈滚动体不受力， 下半圈滚动体受力。 结论：滚动体与套圈均受交变应力作用,其中不动圈 的最低点的受力状况最为恶劣。
二、滚动轴承的失效形式
滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效： （安装润滑和维护良好） 1.疲劳点蚀 套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和 常见的失效形式——作为滚动轴承寿命计算的依据。