滚动轴承设计计算

6
通式
例6
6212轴承，承受径向力FR=5500N的平稳载荷，转速 n=1250r/min，正常温度，试求寿命Lh 。
解： ∵纯径载 ∴P= FR=5500 N
查手册 ： C=47.8 KN ∵ 球轴承∴
ε= 3
10 fT C Lh ( ) ( h) 60n f P P
6
∵ 正常温度平稳载荷 ∴ fT=1； fP=1
向心轴承
向心推力轴承
推力轴承
α=0
Fr Fr
0＜α≤450
Fr
α=900
Fa FA
F Rα
FS N
FS FR
α 球
FA
球
FR
滚子
N
球
深沟球轴承
圆锥滚子轴承 角接触球轴承 推力球轴承
α接触角越大,派生Fs越大
保持架
双列球轴承
调心轴承
调心轴承
按滚动体列数分：
1、单列 2、双列
第六章
§1. 概述
P
C
P
10%
L1
L=106
L2
L
····对向心、向心推力轴承是 纯径向力；
对推力轴承是 纯轴向力。
二、轴承的寿命计算：
C L10 10 ( ) （r） P
6
指数ε：
球轴承ε= 3 滚子轴承ε=10/ 3 —当量动载荷
C — 基本额定动载荷 P — 轴承所受动载荷
对向心、向心推力轴承是纯径向力；
三、当量动载荷
P f p ( XFR YFA )
• 1. 当量动载荷
• 2. 径向力影响系数X; 轴向力影响系数Y • 3. 判断系数e值:
1、当量动载荷
P f p ( XFR YFA )
KN
径向力影响系数
（寿命） 轴向力影响系数
当轴承受载是:
①纯径向力FR , 轴向力 FA = 0 — (60000,N0000)
C f P 60n P Lh 6 fT 10
C/=35.87＞ Cr
30304仍不能用。
解决方法：
P
90%
C/
C
L1 L=106 L
1、增大直径-----会有一系列的影响 2、选用宽系列轴承 3、降低寿命 4、降低可靠度
（1）α角不变的轴承
70000AC型 70000B型
e值是定值
—接触角α=25°；e=0.68 —接触角α=40°；e=1.14
3 类型选择
1、载荷大小、方向、性质
2、转速要求
3、尺寸限制
4、安装要求
5、经济性
另外球轴承便宜，滚子轴承价格高， 有特殊结构的轴承价格高。
§2 滚动轴承的受力分析、失效和计算准则
一、滚动轴承的载荷分析 二、滚动轴承的应力分析 三、滚动轴承的失效形式和计算准则
一、滚动轴承的载荷分析—
1）向心轴承：
对推力轴承是纯轴向力。
且：载荷平稳; 可靠度90%;
常温 ＜1000C
工程上常用小时表示：
10 C L ( ) （h） 60n P
6 h
n — 轴承的转速 当在高温（＞1000C）下工作, 载荷有冲击时，
引入—fT、 fP ：
10 fT C Lh ( ) （h） 60n f P P
三、滚动轴承的失效形式和计算准则
失效形式： 点蚀、塑性变形、其它非正常失效 计算准则：
1、n↑→点蚀失效为主→疲劳寿命计算→控制点蚀；
n↑↑→粘着磨损或烧伤为主→疲劳寿命计算→再进行
极限转速校核；
2、n↓↓、间歇运动、重载→塑性变形为主→静强度计算
3、其它非正常失效→轴承组合设计控制非….
§3. 滚动轴承的寿命计算:
2. 基本额定寿命—
一批轴承（相同型号、尺寸、材料和相同的制造工艺） 在相同的工作条件下，失效概率为10%时，所能运转的 总圈数，或在一定转速条件下所能工作的小时数，称为 基本额定寿命。可靠度为90%，用L10或Lh表示。
寿命曲线
可靠度
50% P L1 L2 转数n
载 荷
90%
寿命
99% L10=105r
例2：滚动轴承的基本代号 6 6206 7311C 30310 类 型 代 号 0 2 0 内 径 代 号 6 d =□□ ×5
尺寸系列 宽度 系列 直径 系列
特轻 — 0 ， 1 正 轻 — 2 角接触球轴承 常 中—3 α = 15°—C 重 — 4 0 α = 25°—AC 不标 α = 40°—B
Fa≤ FS Fa＞ FS
FA e FR FA e FR
X=1, Y=0
X＜1, Y＞0
例8：某轴径d=20mm，采用向心推力圆锥滚子
支承，轴承上作用轴向载荷FA=3.55KN，径载
FR=4KN ，工作寿命Lh=25000h，n=1250r/min，
载荷平稳，试选择此轴承？ 解：试选30204，查手册（p117）e=0.35
31.5kN C
∴30204不适用
再选30304查手册C=33kN>C /=31.5KN,可以吗？
不可以。∵此时e、x、Y、P值均发生了变化。
选轴承30304
查表：Cr =33 kN X=0.4 Y=2 e=0.3
P30304 P=X FR +YFA =0.4×4000+2×3550 = 8700 N
例 3 ：下列轴承，哪个直径最大？哪些是球轴 承？哪个是可调心的轴承? 30210 6218 N206 51306 1205 例4、滚动轴承30208型与 7208比较 承载能力— 最大速度—
例5、下列标记代表的意义：
30310 ——
7306AC ——
B—2240 ——
08A—1x50 ——
五、滚动轴承的选择
C=28.2kN
FA =3.55/4=0.88>e 查手册 X=0.4，Y=1.7。 FR
载荷平稳∴fP=1；常温 ∴fT=1； P=X FR +YFA
=4×0.4+3.55×1.7=7.64kN
10 f P 60n 60 1250 3 C P L 7 . 64 25000 h 6 6 fT 10 10
90% L10=106r L10=40×106r
50% L10=5×106r
1%
3. 基本额定动载荷 C—
基本额定寿命为106 (百万转) 时, 轴承所能够承受的最大 纯径向或纯轴向载荷。
寿命曲线方程
L P L P 10 C

6 1 1 2 2

C—实验条件
· 载荷平稳 ··可靠度90% ··· 常温 ＜100°c
（一）、常用轴承的主要特性
球
滚子
小 承载能力：
最大转速：大
大
小
（二）滚动轴承的类型选择
1、滚动轴承选择的一般过程如下：
类型选择1
选择轴承的类型和直径系列
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 可不进行承载能力验算
不合格
进行承载能力验算 合格 END
2、滚动轴承类型选择应考虑的问题
10 C 10 47.8 3 Lh ( ) ( ) 8752.5(h) 60n P 60 1250 5.5
6
6
例7：轴径 d=50 mm, 纯径向载荷FR=6000N,载荷平稳， 常温下工作，转速 n=1250 r/min, 预期寿命L h= 5000h. 试选择此轴承. 解：∵纯径载P=FR ∴60000或N0000 ，无特殊要求取60000 6
Fs =FR/(2Y） Y和e查表
FS =e FR
FS =0.68FR FS =1.14 FR
2） FS使内外圈分开，减少承载滚子数目， 使滚子受载增加，寿命下降。 3）外载荷Fa不同时，对轴承的影响不同。
二、滚动轴承的应力分析—在交变应力下工作。
1、取内圈上一点A 。
Fr
n
C
2、外圈上一点B
A B 3、取滚子上一点C 变应力 总的应力特征为：变应力，周期性。
深沟球 60000
Fr
圆柱 滚子 N0000
在径向力Fr的作用下
半圈滚动体受载 各滚动体受力不均
受的最大力为 FR0max
FR0max
2）推力轴承：
推力球轴承—50000 承受纯轴向载荷Fa， 各滚动体受力均匀 单个滚子受载荷FA0 = Fa /Z 。
Fa
FA0
FA0
3) 向心推力轴承
Fr FRi FRi
2、公差等级：/P0、 /P6X、 /P6、 /P5、 /P4、 /P2。
/P0、普通级（G）不标 出。 /P2（B）、最高级 。 /P6X 用于圆锥滚子轴承
0、6、5、4、2=G、E、D、C、B
例1：71224AC/P4---4级精度，内径为120mm，宽度系列为1的轻系列 列角接触球轴承，接触角25 0 。
转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的
极限转速很低。
4）调心性要求 5）安装要求 是否需要内或外圈可分离。 6）经济性要求 精度越高价格越高，另外球轴承便宜，滚子轴承价 格贵，有特殊结构的轴承价格高。
调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。
7） 游隙
滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。 径向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿径向 从一极端位置移至另一极限位置的移动量。 轴向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿轴向 从一极端移至另一极限位置的移动量。
P f p FR
X=1 (50000)
②纯轴向力 FA , 径向力FR = 0 —
P f p FA
Y=1
③ 轴向力 FA ≠0, 径向力FR≠0
（60000，70000，30000）
P f p ( XFR YFA )
径向力影响系数—— 轴向力影响系数——
X =？ Y =？
3. 判断系数e值: FA 以 F 与e值进行比较。 R e反映轴向载荷对轴承寿命的影响
内 径 代 号
（二）后置代号
内 部 结 构 密 封 及 防 尘 保 持 架 及 其 材 料 特 殊 轴 承 材 料 公 差 等 级 游 隙 代 号 多 轴 承 配 置
其
它
1、内部结构：7类轴承，接触角有150、250、
400三种，分别以C、AC和B表示。例：7000C （36000）、7000AC（46000）、7000B （66000）。
查设计手册： C6210 =27kN
？
2,3,4？
1
0
C6410 =71kN
C6310 =47.5kN
∵ 正常温度平稳载荷∴ fT=1； fP=1；球 ∴ ε=3
fT 60n 60 1250 C P L 5000 43.27KN h 63 6 6 fP 10 10
C≥C/=43.27（kN） ∴选型号为6310轴承
向心轴承、向心推力轴承、推力轴承
四、滚动轴承的代号:
前置代号 基本代号 后置代号
部件代号 五位数字表达 结构特点 字母组成，表示 轴承分部件代号 前置代号、后置代号只有在 对轴承有特殊要求时才使用。
8项内容
(一) 滚动轴承的基本代号
类 型 代 号
尺寸系列 宽度 系列 正 常 0 直径 系列 特轻—0，1 轻—2 中 —3 重 —4
1）承受载荷情况 方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴
向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力
联合作用。 大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大
载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。 2）尺寸的限制 当对轴承的径向尺寸有较严格的限制时，可
选用滚针轴承。
3）转速的限制
一般情况下球轴承和轻系列的轴承能适应较高的
一、几个概念：
10 C ( ) （h） 二、轴承的寿命计算： L 60n P
6 h
三、当量动载荷
P f p ( XFR YFA )
X=？ Y=？
e —α，α’
四、向心推力轴承的径向力Fr和轴向力Fa:
FA1 =？ ， FA2 =？
一、几个概念：
1. 轴承寿命—
一个轴承在载荷作用下，当其中任一元件首先出现点 蚀时，所转过的总圈数，称为该轴承的疲劳寿命。
FSi
FRi
在承受径向载荷Fr 时产生 派生轴向力FS。它会使轴 承产生内外圈分离，以致 整个轴承只剩下一个滚子 受载，此时FS= F r tanα。
所以滚动轴承可以加 轴向载荷Fa以平衡FS。
α
源自文库析FS：
1） FS是接触角α的函数，当α一定时， FS=e Fr 。 系数e因轴承结构不同而不同。
滚子轴承 7000C 角接触球轴承 7000AC 7000B
低碳钢；铜、 铝、工程塑料
轴承铬钢 GCr15， 硬度 60~65 HRC
不可缺少
锥形滚子
鼓形滚子
滚针
内圈转外圈不转--支承转轴；
外圈转，内圈不转--支承轴上零件.
三、滚动轴承的分类:
① 滚动体分类 球、滚子 圆柱、滚针 圆锥 鼓形
承载能力：
最大转速：
小
大
大
小
② 滚动体列数分类: 单列、双列
③ 按载荷分类: 调心轴承
滚动轴承
§2. 滚动轴承的受力分析、失效和计算准则
§3. 滚动轴承的寿命计算
§4. 滚动轴承的组合结构设计
一、功能
1、支承转动或摆动的零件 轴 轴上零件 解决运动和支承问题
2、以滚动摩擦代替滑动摩擦，以减少运动副间的摩 擦,使之运转灵活，提高效率。
二、组成
球
短圆柱滚子
1、滚动体 2、内圈 3、外圈 4、保持架