机械设计基础课件-滚动轴承

为了满足不同承载能力的需要，把同一内
径的轴承，做成不同的外径和宽度。这种内径相同而外径
和宽度不同的变化系列称为尺寸系列。GB/T272-93规定轴
承的尺寸系列代号由基本代号左起第二、三位数字表示。

基本代号左起的第二位数字代表轴承的宽(高)度系列，它表 示的是内径和外径相同的(同类)轴承，在宽(高)度方面的变 化。 基本代号左起第三位数字代表轴承的直径系列，它表示的 是内径相同的同类轴承，在外径和宽度方面的变化。 图16-4所示为内径相同，而直径系列不同的四种轴承的对
表示酚醛胶布实体保持架。
§16-3 滚动轴承的选择计算

滚动轴承的选用，首先是轴承类型的选择。正确地选择出合适 的轴承类型，首先必须熟悉各类轴承的特点，然后考虑机械设 备对轴承的要求，包括工作载荷、转速、寿命、旋转性能等方 面的要求，选择轴承类型总的原则是：选择轴承性能特点与要 求相符合的类型。
一、失效形式
① 内部结构代号

Байду номын сангаас
表示同一类型轴承不同的内部结构，用字母表示，紧跟 在基本代号的后面。内部结构代号如表16-7所示。
② 公差等级代号
表示轴承的公差等级，用字母和数字表示。公差等
级代号列于表16-8。
③ 游隙代号
表示轴承径向游隙值的大小，用字母和数字表示。
常用的轴承游隙由小至大分为1组、2组、0组、3组、4组 和5组，其中0组游隙是常用的基本组游隙，在代号中可 省略不写，其它的游隙组为辅助游隙组，在代号中分别 用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。 公差等级代号与游隙 代号同时表示时，可进行简化，取公差等级代号加上游 隙组号组合表示，如/P63。
下降、振动和噪音增加。

轴承的其他失效形式还有腐蚀、锈蚀和由于安装、使用、 维护不当造成元件的破裂等。
二、轴承寿命

轴承的一个套圈或滚动体的材料出 现第一个疲劳扩展迹象前，一个套 圈相对于另一个套圈的总转数，或 在某一转速下的工作小时数，称为 轴承的寿命。
对一组同一型号的轴承，由于材料、热处理和工艺等很多 随机因素的影响，即使在相同条件下运转，寿命也不一样， 有的相差几十倍。因此对一个具体轴承，很难预知其确切 的寿命。但大量的轴承寿命试验表明，轴承的可靠性与寿
§16-2 滚动轴承的代号

国家标准GB/T292-93中规定，轴承的代号用字母加数字表示， 由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成，其排列顺序如
表16-3。

其中基本代号是轴承代号的基础和核心，前置及后置代号 都是对基本代号的补充，只有在对标准轴承的结构形状、 尺寸、材料、公差等级、技术要求等有改变时才使用，正 常情况的可部分或全部省略。
(1)基本代号

基本代号包括类型代号、尺寸系列代号和内径代号三部分， 通常由5位数(字母)组成，分别表明轴承的内径、外径、宽
度和类型 ，见表16-3。
① 类型代号 代表轴承的类型，用基本代号左起的第一位 数字或字母表示，代号的意义见表16-2第一栏。代号为 “0”(双列角接触球轴承)则省略。
② 尺寸系列代号


轴向接触(α=90°)推力轴承只能承受轴向载荷。

径向接触(α=0°)向心轴承，当以滚子为滚动体时，只 能承受径向载荷；当以球为滚动体时，因内外滚道为
较深的沟槽，除主要承受径向载荷外，也能承受一定
量的双向轴向载荷。

深沟球轴承结构简单，价格便宜，应用最广泛。
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，允许的最高转速称为 极限转速，其具体数值见有关手册。各类轴承极限转速的 比较，见表16-2。

•按照承受载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为： 1)向心轴承、主要用于承受径向载荷，其公称接触角α 从0° 到45°；2)推力轴承，主要用于承受轴向载荷，其公称接触角 α 从大于45°到90°(表16-1)。

按照滚动体形状，可分为球轴承和滚子轴承。滚子 又分为圆柱滚子(图16-2a),圆锥滚子(图b)、球面滚子 (图c)和滚针(图a)等。

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。
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θ称为角偏差，见图16-3。角偏差较 大时会影响轴承正常运转，故在这种场合应采用调心轴承。 调心轴承(图16-3)的外圈滚道表面是球面，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。各类轴承的允许角偏差见表16-2。
一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90％时， 能达到或超过的寿命称为基本额定寿命，记作L(单位为百 万转，即106 r)或Lh[单位为h(小时)]。换言之，即90％的轴 承在发生疲劳点蚀前能达到或超过的寿命，称为基本额定 寿命。对单个轴承来讲，能够达到或超过此寿命的概率为 90％。


轴承的寿命长短与其所受载荷大小有关。载荷愈大，引 起的接触应力愈大，轴承发生点蚀破坏前所能经历的应
我国机械工业中常用 滚动轴承的类型和特 性，见表16-2。
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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。所以，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≤20mm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，故可 优先选用球轴承。 角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。角接触向 心轴承(0°<α<45°)以承受径向载荷为主；角接触推力轴承 (45°<α<90°)以承受轴向载荷为主。
轴承内、外圈上都开有凹槽滚道，它起着降低接触应力及
限制滚动体轴向移动的作用。 滚动体是滚动轴承的核心元件，当内、外圈相对转动时， 滚动体即在内、外圈滚道间滚动，它使相对运动表面间的 滑动摩擦变为滚动摩擦。滚动体的形状、大小及数量直接 影响轴承的承载能力。

保持架的作用是把滚动体均匀地相互隔开，防止滚动体脱 落，改善轴承内部载荷分配及引导滚动体运动。保持架有
例 16-1 试 说 明 轴 承 代 号 61208 、 7315AC/P5 、 7206CJ/P63的含义。 解： ① 61208——表示内径为40mm，轻直径系列，正常宽 度结构的深沟球轴承，0 级公差，0组游隙； ② 7315AC/P5——表示内径为75mm，中系列角接触球 轴承，接触角为250，5级公差，0组游隙。 ③7206CJ/P63——表示内径30mm 的轻窄系列角接触 球轴承，α=15°，6级公差等级，3组径向游隙，J则
冲压的和实体的(图16-1)两种。冲压保持架一般用低碳钢
板冲压后铆接或焊接而成，它与滚动体间有较大间隙。实 体保持架常用铜合金、铝合金或工程塑料经切削加工而成，
它具有良好的定心作用，适用于高速轴承。

滚动轴承的性能和可靠性在很大程度上取决于内、外圈及 滚动体的材料，它要求具有高的接触疲劳强度，良好的耐 磨及耐腐蚀性。一般用含铬合金钢制造，经热处理后硬度 可达61~65HRC，工作表面须经磨削和抛光。 滚动轴承已经标准化，并由轴承厂大批生产。设计人员的 任务主要是熟悉标准、正确选用。


比，它们用于适应各种不同工况的要求 。

向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列 代号如表16-4所列。
③ 内径代号

表示轴承公称内径的大小，用基本代 号左起的第四、五两位数字表示，按 表16-5的规定标注。
对于内径小于10mm和大于500mm的轴承，内径表示方法另 有规定，可参阅 GB/T292-93。

与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、 效率高、润滑简便和易于互换等优点，所以获得广泛应 用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工 作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。
§16-1 滚动轴承的基本类型和特点

滚动轴承通常按其承受载荷的方向(或接触角)和滚动体的形状 分类。 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 夹角称为公称接触角，简称接触角。接触角是滚动轴承的一个 主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。接 触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。
力变化次数也就愈少，亦即轴承的寿命愈短。

当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为一百万转时， 轴承所能承受的载荷，称之为基本额定动载荷，用C表示。 在基本额定动载荷作用下，轴承可以运转106转而不发生 点蚀破坏的可靠度为90％。 对于向心轴承，基本额定动载荷是在纯径向载荷下进行 寿命试验的，所以称其为径向基本额定动载荷，记作Cr； 对于推力轴承，基本额定动载荷是在纯中心轴向载荷下
(2) 前置代号

轴承的前置代号表示成套轴承的分部件，用字母表示。如： L表示可分离轴承的可分离内圈或外圈；K表示轴承的滚动 体与保持架组件等。
(3) 后置代号

轴承的后置代号表示轴承的内部结构、密封、材料、公差、 游隙、配置及其它特性要求，用数字和字母表示。后置代 号共分8组，排列顺序见表16-6。

滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa 作用下， 可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷 Fr作用时(图16-5)，情况就不同了。

假设在Fr作用下，内外圈不变形，那么内圈沿Fr方向下移 一距离δ,上半圈滚动体不承载，而下半圈各滚动体承受不
同的载荷(由于各接触点上的弹性变形量不同)。处于Fr作
(2)永久变形

(3) 磨损

在滚动轴承内部，滚动体与套圈之间，以及保持架与滚 动体或套间之间均存在着滑动，从而引起轴承磨损。在 多尘或密封不好及润滑不良条件下，滚动轴承中易侵入
磨料性物质，从而引起磨粒磨损，高速时还会因磨损引
起表面发热，产生粘着磨损、胶合甚至使滚动体回火， 结果造成轴承元件工作表面的表层质量恶化、旋转精度
命之间有如图16-6所示的关系。可靠性常用可靠度R度量。

一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率，称为轴承 寿命的可靠度。

滚动轴承的寿命长短与要求的可靠度高低有关，要求的可 靠度愈高，轴承的寿命愈短。如图所示，当寿命L为 1×106r(转)时，可靠度R为90％；L为5×106r时，可靠度R 为50％。
L


C r..........................16 1 10 P


进行试验的，故称之为轴向基本额定动载荷，记作Ca；

对于角接触轴承，基本额定动载荷指的是使轴承套圈间产 生相对径向位移时载荷的径向分量。 基本额定动载荷的大小表征了轴承承载能力的高低，基本 额定动载荷大，意味着轴承抗点蚀破坏的能力较强。 大量试验表明，滚动轴承的基本额定寿命L (106r)与基本额 定动载荷C (N)、当量动载荷P(N)间的关系为
第16章
滚动轴承
§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 滚动轴承的润滑和密封
§16-5 滚动轴承的组合设计

组成 内圈1、外圈2、滚动体3和保 持架4四个基本元件组成。 关系 孔内。 轴承的内圈装在轴颈上，外

圈装在轴承座孔或其它零件的轴承
用线最下位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的 各滚动体，其承载就逐渐减小。

对于α=0°的向心轴承，可以导出
Fmax
式中z为轴承的滚动体的总数。 滚动轴承的失效形式主要有：疲劳点
5Fr z
蚀、永久变形 、磨损 等。
(1)疲劳点蚀

滚动轴承工作过程中，滚动体相对内圈(或外圈)不断地转动，因此滚 动体与滚道接触表面受变应力。如图所示，此变应力可近似看作载荷 按脉动循环变化。由于脉动接触应力的反复作用，首先在滚动体或滚 道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩展到接触表面，形成疲 劳点蚀，致使轴承不能正常工作。通常，疲劳点蚀是滚动轴承的主要 失效形式。 轴承在很大的静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)，从而使轴承在运转中产生 剧烈振动和噪声，以致轴承不能正常工作。