1、第二十章第二十章 滚动轴承及其组合设计滚动轴承及其组合设计20-1 20-1 滚动轴承的主要类型、代号滚动轴承的主要类型、代号 及其选择及其选择20-2 20-2 滚动轴承的载荷、应力、滚动轴承的载荷、应力、失效形式及计算准则失效形式及计算准则20-4 20-4 滚动轴承装置设计滚动轴承装置设计20-3 20-3 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算第1页，共93页。20-1 滚动轴承的主要类型、代号及其选择滚动轴承的主要类型、代号及其选择标准件标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。依靠主要元件间的滚动接触来支承轴和轴上零件。依靠主要元件间的滚动接触
2、来支承轴和轴上零件。第2页，共93页。一）一）滚动轴承的滚动轴承的构造构造内圈内圈装在轴颈上，随轴转动装在轴颈上，随轴转动外圈外圈装在轴承座孔内，一般不转动装在轴承座孔内，一般不转动滚动体滚动体滚动轴承的核心元件滚动轴承的核心元件保持架保持架将将滚动体均匀隔开，避免摩擦滚动体均匀隔开，避免摩擦四种元件组成四种元件组成常用的滚动体形状常用的滚动体形状 一、一、滚动轴承的构造和特点滚动轴承的构造和特点第3页，共93页。滚动体基本上可归纳为球和滚子两类。滚动体基本上可归纳为球和滚子两类。滚子轴承滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子（鼓形滚子）：圆柱、圆锥、球面滚子（鼓形滚子）、滚针滚针线接触线接触球轴承球
3、轴承：球：球点接触点接触内外圈、滚动体：强度高、耐磨的铬锰高碳钢。内外圈、滚动体：强度高、耐磨的铬锰高碳钢。保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。滚动轴承材料：滚动轴承材料：第4页，共93页。滚动轴承的优点：滚动轴承的优点：摩擦系数小，启动力矩小，效率高；摩擦系数小，启动力矩小，效率高；轴向尺寸（宽度）较小；轴向尺寸（宽度）较小；某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此 可使机器结构简化、紧凑；可使机器结构简化、紧凑；径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转 精
4、度高；精度高；润滑简单，耗油量少，维护保养简便；润滑简单，耗油量少，维护保养简便；标准件，易于互换等优点，所以获得广泛应用。标准件，易于互换等优点，所以获得广泛应用。缺点：缺点：抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液 体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。二）二）滚动轴承的特点滚动轴承的特点第5页，共93页。二、滚动轴承的尺寸及性能参数二、滚动轴承的尺寸及性能参数轴承内径轴承内径d轴承内圈孔轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是径，它与轴颈直径相同，是轴承公称直径；轴承公称直径；DDd d轴承宽度轴承宽度B
5、 轴承两端面轴承两端面之间的轴向距离。之间的轴向距离。一）滚动轴承的主要尺寸一）滚动轴承的主要尺寸轴承外径轴承外径D 轴承外圈外径，轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；它与轴承座孔直径相同；B B第6页，共93页。二）滚动轴承的主要性能参数二）滚动轴承的主要性能参数 轴承的公称接触角轴承的公称接触角 滚动体与套滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面（垂直圈接触处的法线与轴承的径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角。于轴承轴心线的平面）之间的夹角。反映轴承承受轴向载荷的能力，反映轴承承受轴向载荷的能力，越大，越大，轴承承轴承承受轴向载荷的能力越强。受轴向载荷的能力越强。轴承的极限转速轴承
6、的极限转速nlim 轴承的工轴承的工 作转速作转速n第7页，共93页。轴承内外圈轴线相对轴承内外圈轴线相对偏斜角偏斜角反映轴承自动调心的能力。反映轴承自动调心的能力。调心球轴承调心球轴承调心轴承简图调心轴承简图第8页，共93页。按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为：按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为：轴承类型轴承类型公称接触角公称接触角向心轴承向心轴承(主要承受主要承受径向负荷径向负荷F FR R)推力轴承推力轴承(主要承受主要承受轴向负荷轴向负荷F FA A)径向接触径向接触向心角接触向心角接触推力角接触推力角接触轴向接触轴向接触=0=00 00 00 045450 0
7、45450 0 90 900 0=90=900 0图图例例一）滚动轴承的分类一）滚动轴承的分类三、滚动轴承的主要类型和特点三、滚动轴承的主要类型和特点第9页，共93页。二）滚动轴承的主要类型和特点二）滚动轴承的主要类型和特点类型代号：类型代号：（1 100000000）FRFAFA1.1.调心球轴承调心球轴承承承载类型载类型主承径向负荷主承径向负荷FR ，也能承受少量的双向轴向负荷也能承受少量的双向轴向负荷FA特点特点具有调心性能，具有调心性能，=2030承承载类型载类型主承径向负荷主承径向负荷FR也能承受少量的双向轴向负荷也能承受少量的双向轴向负荷FAFRFAFA2.2.调心滚子轴承调心滚子
8、轴承特点特点具有调心性能，具有调心性能，=0.5=0.50 02 20 0 类型代号：类型代号：（2 200000000）第10页，共93页。3.3.推力调心滚子轴承推力调心滚子轴承类型代号：类型代号：（2929000000）承承载类型载类型可可承承很大的很大的轴向负荷轴向负荷FA 和一定和一定径向负荷径向负荷FR特点特点具有调心性能，具有调心性能，=2=20 030 0FAFRFR承承载类型载类型能承受较大的径向负荷能承受较大的径向负荷FR 和单向的轴向负荷和单向的轴向负荷FA。FRFA结构特点：结构特点：内外圈可分离内外圈可分离,公称接触角有公称接触角有 12120 0，26260 0，越
9、大，承轴向载越大，承轴向载 荷的能力就越大。荷的能力就越大。4.4.圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承使用要求：使用要求：成对使用成对使用类型代号：类型代号：（3 30 0000000）第11页，共93页。正装（面对面安装）正装（面对面安装）圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承安装形式一：安装形式一：正装简图正装简图第12页，共93页。反装（背对背安装）反装（背对背安装）圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承安装形式二：安装形式二：反装简图反装简图第13页，共93页。5.5.推力球轴承推力球轴承000000单向单向推力球推力球轴承，轴承，只能受只能受单向单向FA类型代号：类型代号：（00000000）000000双双向向推力球推
10、力球轴承，轴承，能受能受双双向向FAFA结构特点：结构特点：由由紧圈紧圈（内孔较小，装在轴上）（内孔较小，装在轴上）松圈松圈（内孔较大，装在机座上）（内孔较大，装在机座上）和和滚动体滚动体组成，套圈与滚动体可分离。组成，套圈与滚动体可分离。承承载类型载类型只能受轴向负荷只能受轴向负荷F FA000000松圈松圈紧圈紧圈滚动体滚动体松圈松圈松圈松圈000000紧圈紧圈FAFA极限转速极限转速nlim低低第14页，共93页。6.6.深沟深沟球轴承球轴承 FRFAFA承承载类型载类型主要承受径向负荷主要承受径向负荷F FR R，也可同，也可同时承受少量双向轴向负荷时承受少量双向轴向负荷F FA A类
11、型代号：类型代号：（6 600000000）极限转速极限转速nlim高，摩擦阻力小，结构简单，高，摩擦阻力小，结构简单，价格便宜，应用最广泛。价格便宜，应用最广泛。承承载类型载类型能同时承受径向负能同时承受径向负 荷荷F FR R与单向轴向负荷与单向轴向负荷F FA AFRFA7.7.角接触球轴承角接触球轴承类型代号：类型代号：（7 700000000）结构特点：结构特点：公称接触角有公称接触角有15150 0，25250 0，40400 0，越大，越大，承轴向载荷的能力就越大。承轴向载荷的能力就越大。使用要求：使用要求：成对使用成对使用 第15页，共93页。正装（面对面安装）正装（面对面安装
12、）角接触轴承安装形式一：角接触轴承安装形式一：正装简图正装简图第16页，共93页。反装（背对背安装）反装（背对背安装）角接触轴承安装形式二：角接触轴承安装形式二：反装简图反装简图第17页，共93页。FR（N N00000000）（NNNN00000000）承承载类型载类型只能承受径向负荷只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。不能承受轴向负荷。结构特点：结构特点：内外圈可分离内外圈可分离类型代号：类型代号：外圈无挡边外圈无挡边圆柱滚圆柱滚子子轴承轴承双列双列圆柱滚圆柱滚子子轴承轴承N N000000008.8.圆柱滚圆柱滚子子轴承轴承FR9.9.滚针轴承滚针轴承类型代号：类型代号：（NANA0
13、0000000）结构特点：结构特点：内外圈可分离，可以内外圈可分离，可以 没有保持架没有保持架NANA00000000承承载类型载类型只能承受径向负荷只能承受径向负荷 FR，不能承受轴向负荷。，不能承受轴向负荷。FRNNNN00000000第18页，共93页。四、四、滚动轴承的代号滚动轴承的代号代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。一）轴承代号一）轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成。由基本代号、前置代号和后置代号构成。轴承代号轴承代号前置代号前置代号 后置代号后置代号 类型类型代号代号尺寸系列代号
14、尺寸系列代号内径内径代号代号向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承直径系直径系列代号列代号宽度系宽度系列代号列代号高度系高度系列代号列代号结构形结构形状状、尺尺寸公差寸公差技术要技术要求求 成成套套轴轴承承分分部部件件基本代号基本代号 第19页，共93页。类型代号类型代号尺寸系列代号尺寸系列代号内径代号内径代号向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承直径系直径系列代号列代号宽度系列代号宽度系列代号高度系列代号高度系列代号二）基本代号二）基本代号 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承:3 3推力球轴承推力球轴承 :5 5深沟深沟球轴承球轴承 :6 6角接触球轴承角接触球轴承:7 7圆柱滚圆柱滚子子轴承轴承:N N窄窄:0
15、 0正常正常:1 1宽宽:2 2特低：特低：7 7低：低：9 9正常：正常：1 1（单向）（单向）正常：正常：2 2（双向）（双向）轻：轻：2中：中：3重：重：4特宽：特宽：3 3特宽：特宽：4 4特宽：特宽：5 5特宽：特宽：6 6特轻：特轻：0 0特轻：特轻：1 1调心球轴承调心球轴承 :1 1调心滚子轴承调心滚子轴承:2 2推力调心滚子推力调心滚子轴承轴承 :2929滚针轴承滚针轴承 :NANA第20页，共93页。尺寸系列代号表示方法尺寸系列代号表示方法 向心轴承向心轴承中直径系列中直径系列正常宽度系列正常宽度系列如：尺寸系列尺寸系列代号为：代号为：13双向推力轴承双向推力轴承轻直径系列
16、轻直径系列正常高度系列正常高度系列如：尺寸系列尺寸系列代号为：代号为：22向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承直径直径系列系列代号代号尺尺 寸寸 系系 列列 代代 号号宽度系列代号宽度系列代号高度系列代号高度系列代号0 0（窄）（窄）1 1（正常）（正常）2 2（宽）（宽）7 7（特低（特低）9 9（低）（低）1 1（正常）（正常）2 2（正常）（正常）2（轻）（轻）3（中）（中）4（重）（重）0 02 21 12 22 22 20 03 31 13 32 23 30 04 41 14 42 24 47 729 921 122 227 73 39 93 31 13 32 23 37 749 941
17、 142 242 221313第21页，共93页。d02031324DDDBBBB表示表示同一公称内径同一公称内径d d的轴承，其的轴承，其外径外径D D和宽度和宽度B B的变化情况的变化情况轴承尺寸系列的轴承尺寸系列的含义含义窄轻系列窄轻系列窄中系列窄中系列正常宽度中正常宽度中系列系列宽重系列宽重系列第22页，共93页。类型代号类型代号尺寸系列代号尺寸系列代号内径代号内径代号向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承直径系直径系列代号列代号宽度系列代号宽度系列代号高度系列代号高度系列代号圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承:3 3推力球轴承推力球轴承 :5 5深沟深沟球轴承球轴承 :6 6角接触球轴承角接触球轴承
18、:7 7圆柱滚圆柱滚子子轴承轴承:N N窄窄:0 0正常正常:1 1宽宽:2 2特低：特低：7 7低：低：9 9正常：正常：1 1（单向）（单向）正常：正常：2 2（双向）（双向）轻：轻：2中：中：3重：重：4特宽：特宽：3 3特宽：特宽：4 4特宽：特宽：5 5特宽：特宽：6 6d 20 mmd 500 mmd 500 mm以上轴承以上轴承代号：代号：/内径毫米内径毫米 表示表示特轻：特轻：0 0特轻：特轻：1 1调心球轴承调心球轴承 :1 1调心滚子轴承调心滚子轴承:2 2推力调心滚子推力调心滚子轴承轴承 :2929滚针轴承滚针轴承 :NANA第23页，共93页。后后 置置 代代 号号12
19、345678内部结构内部结构 密封与密封与防尘套防尘套圈变型圈变型 保持架保持架及材料及材料 轴承轴承材料材料 公差等级公差等级 游游隙隙 配配置置其其他他C：角接触球轴角接触球轴 承，承，=15150 0 AC：角接触球轴角接触球轴 承，承，=25250 0 B：角接触球轴角接触球轴 承，承，=40400 0 B：圆锥滚子轴圆锥滚子轴 承，接触角承，接触角 加大加大E：加强型加强型/P0：0级级（省略不标）（省略不标）/P6：6级级/P6X：6X级级/P5：5级级/P4：4级级/P2：2级级三）后置代号三）后置代号第24页，共93页。例：例：试说明下列轴承代号的含义。试说明下列轴承代号的含义
20、。6 6（0 0）2 2 0606（/P0/P0）3 3 3232 1515 E E（/P0/P0）公差等级为公差等级为0 0级级加强型加强型轴承内径轴承内径d=75 mmd=75 mm尺寸系列尺寸系列32,32,为特宽轻系列为特宽轻系列圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承轴承内径轴承内径d=30mm d=30mm 尺寸系列（尺寸系列（0 0）2,2,为窄轻系列为窄轻系列深沟球轴承深沟球轴承公差等级公差等级为为0 0级级第25页，共93页。7 7（0 0）3 3 1212 C C（/P0/P0）5 5 1414 10 10 /P6/P6公差等级公差等级为为6 6级级轴承内径轴承内径d=50 mmd=50
21、mm尺寸系列尺寸系列14,14,为正常高度为正常高度、重系列重系列单向推力单向推力球轴承球轴承轴承内径轴承内径d=60mm d=60mm 尺寸系列（尺寸系列（0 0）3,3,为窄中系列为窄中系列角接触球轴承角接触球轴承公差等级公差等级为为0 0级级=15150 0第26页，共93页。承轻、中及较小波动载荷的场合承轻、中及较小波动载荷的场合选球轴承选球轴承承重及较大波动的载荷的场合承重及较大波动的载荷的场合选滚子轴承选滚子轴承一）根据一）根据轴承所受轴承所受的载荷选的载荷选载荷的大载荷的大小、性质小、性质载荷的载荷的方向方向深沟轴承（深沟轴承（6 6类类）圆柱滚子轴承（圆柱滚子轴承（N N类类）
22、及滚针轴承（）及滚针轴承（NANA类类）纯径向负纯径向负荷可选用荷可选用纯轴向负荷纯轴向负荷可选用推力轴承（可选用推力轴承（5 5类类）同时受同时受径向负荷径向负荷和轴向负和轴向负荷时荷时径向负荷为主径向负荷为主可用深沟球轴承（可用深沟球轴承（6 6类类）径向负荷，轴径向负荷，轴向负荷都很大向负荷都很大角接触球轴承（角接触球轴承（7 7类类）圆锥滚子轴承（圆锥滚子轴承（3 3类类）可用推力调心滚子轴承（可用推力调心滚子轴承（2929类类）也可用圆柱滚子也可用圆柱滚子N N类类（或深沟球（或深沟球轴承轴承6 6类类）与推力轴承（）与推力轴承（5 5类类）联合使用。联合使用。轴向负荷很大轴向负荷很
23、大径向负荷较小径向负荷较小五、五、滚动轴承类型的选择滚动轴承类型的选择第27页，共93页。转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时宜选用球轴承宜选用球轴承转速较低、负荷较大或有冲击载荷时转速较低、负荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承宜选用滚子轴承二）轴承二）轴承 的转速的转速 当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用调心球轴承或调心滚子轴承。调心球轴承或调心滚子轴承。三）调心性能的要求三）调心性能的要求座孔不平形座孔不平形不同轴不同轴挠曲变形挠曲变形第28页，共93页。四）安装和
24、拆卸方便四）安装和拆卸方便 一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。成本最低。当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内外圈可分离的轴承优先选用内外圈可分离的轴承，如圆锥滚子轴承（如圆锥滚子轴承（3类）。类）。五）考虑经济性五）考虑经济性第29页，共93页。举例：举例：1 1）直齿圆柱齿轮轴：）直齿圆柱齿轮轴：2 2）斜齿轮、锥齿轮、蜗
25、轮轴：）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴：3 3）悬臂圆锥齿轮轴：）悬臂圆锥齿轮轴：深沟球轴承深沟球轴承角接触球轴承角接触球轴承第30页，共93页。20-2 滚动轴承的载荷、应力、失效滚动轴承的载荷、应力、失效 形式及计算准则形式及计算准则 一）一）受力受力分析分析FR 当深沟球轴承承受径向力当深沟球轴承承受径向力F FR R时，由于各时，由于各接触点存在着弹性变形，使内圈沿接触点存在着弹性变形，使内圈沿F FR R方方向下移一距离向下移一距离。只有下半圈滚动体受载，上半圈只有下半圈滚动体受载，上半圈滚动体不受载。沿滚动体不受载。沿F FR R作用线上滚动体作用线上滚动体受载最大（受载最大（F F），而
26、邻近的滚动体受载），而邻近的滚动体受载逐渐减小（逐渐减小（F F F F1 1 F F2 2)F F2 2F FF F1 1F F1 1F F2 2一、滚动轴承的受力及应力分析一、滚动轴承的受力及应力分析 当受轴向载荷当受轴向载荷FA时，各滚动体平均时，各滚动体平均分担分担。第31页，共93页。二）轴承工作时元件上二）轴承工作时元件上应力应力的变化的变化滚动体滚动体当滚动体进入承载区后，当滚动体进入承载区后，所受负荷就由零逐渐增大到最大，然所受负荷就由零逐渐增大到最大，然后，再逐渐减小到直至零。因此，对后，再逐渐减小到直至零。因此，对滚动体某一点而言，它的应力是周期滚动体某一点而言，它的应力是
27、周期性不稳定变化的。性不稳定变化的。转动的内圈转动的内圈其上各点的受载情况类似于滚其上各点的受载情况类似于滚动体。因此，旋转圈上任一点的应力是周期性动体。因此，旋转圈上任一点的应力是周期性不稳定变化的。不稳定变化的。固定的外圈固定的外圈各点所受应力随位置各点所受应力随位置不同而大小不同，对位于承载区内的不同而大小不同，对位于承载区内的任一点，当每个滚动体滚过一次便受任一点，当每个滚动体滚过一次便受载一次，而所受负荷和应力的最大值载一次，而所受负荷和应力的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环应力。是不变的，承受稳定的脉动循环应力。滚动轴承工作时，一般是内圈转动，外圈固滚动轴承工作时，一般是内圈转动
28、，外圈固定。定。Ht0Ht0通过承载通过承载区时间区时间通过非承通过非承载区时间载区时间通过承载通过承载区时间区时间通过非承通过非承载区时间载区时间滚动体应力的变化滚动体应力的变化内圈应力的变化内圈应力的变化外圈应力的变化外圈应力的变化Ht0第32页，共93页。二、失效形式二、失效形式1 1疲劳点蚀疲劳点蚀滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴疲劳点蚀。点蚀发生后，
29、噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。滚动轴承的主要失效形式。第33页，共93页。2 2塑性变形塑性变形转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，以致表面出现塑性变形屈服极限，以致表面出现塑性变形(凹坑凹坑)，运转精度降低，并会出现振动和，运
30、转精度降低，并会出现振动和噪声而不能正常工作噪声而不能正常工作 第34页，共93页。3 3磨损磨损在润滑不良和密封不严的情况下，在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作时易发生磨损。转速愈轴承工作时易发生磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。降低旋转精度，甚至失效。4 4、其它：电腐蚀、锈蚀、胶合、其它：电腐蚀、锈蚀、胶合、元件破裂等；元件破裂等；第35页，共93页。对一般工作条件下的回转滚动轴承对一般工作条件下的回转滚动轴承经常发生点蚀，经常发生点蚀，主要进行主要进行寿命计算寿命计算，必要时进行静强度校核；，必要时进行静强度校核；对于不转动
31、、摆动或转速低（对于不转动、摆动或转速低（n10 r/minn10 r/min）的轴承）的轴承，要求控制塑性变形，只需进行要求控制塑性变形，只需进行静强度计算静强度计算；对于高速轴承对于高速轴承由于发热而造成的粘着磨损、烧伤由于发热而造成的粘着磨损、烧伤 常常是突出的矛盾，常常是突出的矛盾，除进行寿命计算外，除进行寿命计算外，还需校验极限转速还需校验极限转速。三、计算准则三、计算准则第36页，共93页。20-3 20-3 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算1.1.轴承寿命：轴承中轴承寿命：轴承中任一元件任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转出现疲劳点蚀前运转的总转 数或一定转速下的工作小时数。数或
32、一定转速下的工作小时数。同型号轴承：同型号轴承：离散性大离散性大、寿命相差数十倍。、寿命相差数十倍。一批轴承：服从一定的一批轴承：服从一定的概率分布概率分布规律。规律。最低寿命：过于保守最低寿命：过于保守 采用采用基本额定寿命基本额定寿命。最长寿命：不安全最长寿命：不安全计算时，若按计算时，若按一、基本额定寿命和基本额定动载荷一、基本额定寿命和基本额定动载荷第37页，共93页。2.2.基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中90%90%的轴承的轴承不发生疲劳点蚀不发生疲劳点蚀前运转的总转数前运转的总转数（L L1010），或一定工
33、作转速下工作的总小时），或一定工作转速下工作的总小时数（数（L Lh h）。）。可靠度可靠度R=90%R=90%可靠度：可靠度：一组相同轴承能达到一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比。或超过规定寿命的百分比。2051015501000R(%)轴承的寿命曲线轴承的寿命曲线L10/(1106 r)滚动轴承的寿命长短与要求的可靠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，度高低有关，要求的可靠度愈高，轴承的寿命愈短。轴承的寿命愈短。第38页，共93页。L L1010的物理意义：的物理意义：1 1）对一批轴承而言：指）对一批轴承而言：指90%90%轴承能达到或超过的寿命。轴承能达到
34、或超过的寿命。2 2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%90%。3 3）当可靠度不为）当可靠度不为90%90%时，对时，对L L1010进行修正：进行修正：101LaLn可靠性寿命修正系数可靠性寿命修正系数第39页，共93页。3.3.基本额定动载荷基本额定动载荷C C：L L1010=10=106 6r r时，轴承所能承受的最大恒定时，轴承所能承受的最大恒定载荷。载荷。即：在即：在C C作用下，轴承工作作用下，轴承工作10106 6r r而不点蚀失效的而不点蚀失效的R=90%R=90%C Cr r：基本：基本径向径向
35、额定动载荷额定动载荷对向心轴承（对向心轴承（6 6、N N）：）：C Cr r纯径向载荷纯径向载荷对角接触轴承（对角接触轴承（3 3、7 7）：）：C Cr r载荷的径向分量载荷的径向分量C Ca a：基本：基本轴向轴向额定动载荷：额定动载荷：5 5类类 C Ca a纯轴向载荷纯轴向载荷C第40页，共93页。1 1）C C是衡量轴承承载能力的主要指标，由试验得出，是衡量轴承承载能力的主要指标，由试验得出，查手册；查手册；2 2）C C 轴承抗疲劳承载能力轴承抗疲劳承载能力；同类不同型号轴承，；同类不同型号轴承，C C不同。不同。3 3）设计时需满足：一定工况下的）设计时需满足：一定工况下的轴承
36、所需的轴承所需的CrCr说明：说明：材质、工作温度、零件硬度变化：对材质、工作温度、零件硬度变化：对C C修正修正CfCtt温度系数第41页，共93页。二、滚动轴承寿命计算的基本公式二、滚动轴承寿命计算的基本公式载荷与寿命的关系：载荷与寿命的关系：PLPL曲线曲线P/NL10/106rCP1P21OL1L2PL=常数大量试验得出轴承的载荷大量试验得出轴承的载荷-寿命曲寿命曲线（线（P-LP-L1010曲线），也称轴承的疲劳曲线），也称轴承的疲劳曲线。曲线。constLP10 寿命指数寿命指数球轴承：球轴承：=3=3滚子轴承：滚子轴承：=10/3=10/3式中：式中：P当量动载荷，当量动载荷，N
37、；L10基本额定寿命，基本额定寿命，106r；第42页，共93页。已知：已知：CP 时，时，rL61010。CP 时，时，?10L 10610LPCrPCL61010工程中常用小时数表示寿命：工程中常用小时数表示寿命：PCnLh60106nn轴承转速轴承转速r/minr/min注意：注意：L Lh h与与n n有关，有关，L L1010与与n n无关无关。当当P P和和n n已知，预期轴承计算寿命已知，预期轴承计算寿命L Lh h已取定，则所需的额定动已取定，则所需的额定动载荷载荷C Cr r61060htrnLfPC 材质、工作温度、零件硬度变化：对材质、工作温度、零件硬度变化：对C C修正
38、修正PCfnLth60106第43页，共93页。三、滚动轴承的当量动载荷三、滚动轴承的当量动载荷实际工作时，轴承可能同时实际工作时，轴承可能同时受受F FA A、F FR R将将F FR R、F FA A转化为与转化为与C C性质相同的载荷性质相同的载荷当量动载荷当量动载荷P PARFYFXPXX径向动载系数，径向动载系数，F FR R对寿命影响效应的大小；对寿命影响效应的大小；YY轴向动载系数，轴向动载系数，F FA A对寿命影响效应的大小；对寿命影响效应的大小；将将F FR R、F FA A折合为折合为C Cr r或或C Ca a为了与为了与C C在相同条件下比较在相同条件下比较转化转化式
39、中：式中：对只受纯径向载荷对只受纯径向载荷F FR R的圆柱滚子轴承及滚针轴承：的圆柱滚子轴承及滚针轴承：P=FP=FR R；对只受纯轴向载荷对只受纯轴向载荷F FA A的推力轴承：的推力轴承：P=FP=FA A第44页，共93页。由表由表15-1015-10知，知，X X、Y Y受受ee轴向载荷影响系数的影响轴向载荷影响系数的影响orACF由由确定确定1 1）当）当eFFRA时，时，F FA A较小，忽略不计，取较小，忽略不计，取X=1X=1、Y=0Y=0；2 2）当）当eFFRA时，需计入时，需计入F FA A影响，影响，X X1 1，Y Y0 0，查手册，查手册深沟球轴承、角接触球轴承的
40、深沟球轴承、角接触球轴承的e e随随F FA A/C/C0r0r的增加而增大，的增加而增大，F FA A/C/C0r0r反映了轴向载荷与径向载荷的相对大小。反映了轴向载荷与径向载荷的相对大小。C C0r0r径向额定静载荷。径向额定静载荷。考虑机器考虑机器冲击振动冲击振动，P P的公式为：的公式为：)(ARpYFXFfPf fp p冲击载荷系数冲击载荷系数第45页，共93页。四、角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向力四、角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向力F FA A的计算的计算各滚动体上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴各滚动体上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴向力向力F FS S。FRFaiFriFSF
41、iFs的方向总是的方向总是沿着内圈和滚动体向外圈脱离的方向沿着内圈和滚动体向外圈脱离的方向。niaisFF1根据研究，按一半滚动体受载进行分析，得根据研究，按一半滚动体受载进行分析，得角接触球轴承：角接触球轴承：F FS S1.25F1.25FR Rtantan圆锥滚子轴承：圆锥滚子轴承：F FS S=F=FR R/(2Y)/(2Y)Fs 0.5FR 0.7FR 1.1FR =15 =25 =40角接触球轴承及圆锥滚子轴承角接触球轴承及圆锥滚子轴承 轴承类型轴承类型 角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承FR/(2Y)Y是是FA/FRe的轴向系数的轴向系数第46页，共93页。为使内部
42、轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应：为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应：成对使用，对称安装成对使用，对称安装。F Fr r在在、成对安装的轴承上产生径向载荷成对安装的轴承上产生径向载荷FR1FR21.1.轴上有外载荷：轴上有外载荷：F Fr r和和F Fa a第47页，共93页。BaB/2DpwaCBF FR R作用点为作用点为“载荷作用中心载荷作用中心”：位置用：位置用a a表示。表示。a a：载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）第48页，共93页。由前知：由前知：F FR1R1、F FR2R2F Fs1s1、F Fs2s2（轴向）（轴向）
43、产生产生F Fs1s1、F Fs2s2、F Fa a如何作用到轴承上？如何作用到轴承上？2 2、轴向载荷计算、轴向载荷计算 正安装时：正安装时：“”型型第49页，共93页。右端轴承右端轴承“压紧压紧”左端轴承左端轴承“放松放松”aSssAFFFFF12211sAFF（1 1）若）若21sasFFF合力合力右：轴有右移趋势右：轴有右移趋势阻止轴右移：阻止轴右移：F Fs sFs第50页，共93页。左端左端“压紧压紧”右端右端“放松放松”asssAFFFFF21122sAFF正安装正安装：合力指向端为：合力指向端为“压紧端压紧端”（2 2）21saSFFF合力合力左：轴有左移趋势左：轴有左移趋势阻
44、止轴左移：阻止轴左移：F Fs sFs第51页，共93页。反安装：反安装：合力指向端为合力指向端为“放松端放松端”1 1）根据轴承）根据轴承安装方式安装方式和和 F Fa a、F Fs1s1、F Fs2s2合力合力指向，判定指向，判定“压紧端压紧端”和和“放松端放松端”。2 2）放松端：）放松端：F FA A松松等于本身等于本身F Fs s松松。3 3）压紧端：）压紧端：F FA A紧紧等于除本身等于除本身F Fs s紧紧外外，其它轴向力的代数和其它轴向力的代数和。反安装时：反安装时：“”型型总结：总结：第52页，共93页。角接触滚动轴承寿命计算小结：角接触滚动轴承寿命计算小结：1 1、求支反
45、力（力平衡、力矩平衡）、求支反力（力平衡、力矩平衡）F FR1R1、F FR2R2；2 2、求、求内部轴向力内部轴向力F Fs1s1、F Fs2s2(对对3 3类：类：YFFRs2Y Y取取eFFRA时值时值)3 3、根据轴承、根据轴承安装方式安装方式及及合力的指向合力的指向判定判定“压紧压紧”、“放松放松”端，求出端，求出F FA1A1、F FA2A2；4 4、根据、根据eFFRA11？：是？：是 X X1 1、Y Y1 1查表，否查表，否 X X1 1=1=1、Y Y1 1=0=0eFFRA22？：是？：是 X X2 2、Y Y2 2查表，否查表，否 X X2 2=1=1、Y Y2 2=0
46、=0)(11111ARPFYFXfP)(22222ARPFYFXfP，取取),max(21PPP 第53页，共93页。5 5、校核式：、校核式：hthLPCfnL60106设计选择式：设计选择式：rhtrCLnfPC61060球轴承：球轴承：=3=3滚子轴承：滚子轴承：=10/3=10/3深沟球轴承深沟球轴承：无：无F Fs s，FFa a由压紧端承受，由压紧端承受，即：即：F FA A紧紧=F=Fa a，F FA A松松=0=0FaFr第54页，共93页。五、同一支点成对安装同型号角接触轴承的计算特点五、同一支点成对安装同型号角接触轴承的计算特点 对于将两个相同的单列角接触球轴承或圆锥滚子轴
47、承以面对面对于将两个相同的单列角接触球轴承或圆锥滚子轴承以面对面或背对背形式安装于一个支点上（如上图中的右端支点）的轴承计或背对背形式安装于一个支点上（如上图中的右端支点）的轴承计算，可以近似地将其视为一个双列轴承，认为该支点的支反力算，可以近似地将其视为一个双列轴承，认为该支点的支反力F FR R通通过两轴承中点，派生轴向力相互抵消。过两轴承中点，派生轴向力相互抵消。第55页，共93页。计算当量动载荷时的径向系数和轴向系数均采用双列轴承的计算当量动载荷时的径向系数和轴向系数均采用双列轴承的数值，由表数值，由表20201010或手册查出。该支点轴承总的基本额定动载荷或手册查出。该支点轴承总的基
48、本额定动载荷C C和额定静载荷和额定静载荷C C00按下式计算：按下式计算：（圆锥滚子轴承）（角接触球轴承）rr71.1625.1CCCCrCC002C Cr r，C C0r0r单个轴承的基本径向额定动载荷和径向额定静载荷单个轴承的基本径向额定动载荷和径向额定静载荷第56页，共93页。20-4 20-4 滚动轴承装置设计滚动轴承装置设计 设计内容：设计内容：正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、轴系正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、轴系刚度、精度问题。刚度、精度问题。设计要求：设计要求：固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。轴承不是
49、单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承装置。工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承装置。第57页，共93页。一、滚动轴承的轴向固定一、滚动轴承的轴向固定在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有“左移左移”、“右右移移”趋势，防止轴向窜动，三种固定型式：趋势，防止轴向窜动，三种固定型式：1.1.两端固定式两端固定式6 6类类3 3类和类和7 7类类第58页，共93页。安装时，轴承外圈与端盖安装时，轴承外圈与端盖间隙：间隙：0.20.4mm
50、很小，不必画出很小，不必画出允许轴少量热膨胀，用允许轴少量热膨胀，用垫片垫片或调整螺钉调节。或调整螺钉调节。用于用于mmL400tt不高不高每个轴承承受每个轴承承受一个方向的轴向力一个方向的轴向力。不大不大的轴。的轴。组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力F FA A。F FA A大大:3000030000 70000 70000型型F FA A小小:6000060000型型轴承类型轴承类型第59页，共93页。2.2.一端固定、一端游动一端固定、一端游动用于用于mmL400tt较高较高固定端：固定端：承受双向轴向力承受双向轴向力 （6 6；一对；一对3 3
