新机械设计教程滚动轴承.docx

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新机械设计教程滚动轴承

第十三章滚动轴承

（一）教学要求

1、掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况

2、掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则

（二）教学的重点与难点

1、滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀

2、寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计

（三）教学内容

§13—1概述

滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。

一、滚动轴承的构造

标准滚动轴承的组成：

内圈1、外圈2、滚动体3（基本元件）、保持架4（图13-1）

一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。

球——滚珠轴承——

滚动体的形状短圆柱形

柱形长圆柱形

螺旋滚子滚柱轴承

圆锥滚子

鼓形滚子

滚针

保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热（图13-3）

二、滚动轴承的材料

内、外圈、滚动体；GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢，热处理后硬度：

HRC60~65

保持架：

低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯

三、滚动轴承的特点

优点：

1）f小起动力矩小，η高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）

缺点：

1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）

应用：

广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。

§13—2滚动轴承的类型与选择

一、滚动轴承的主要类型与特点

接触角——如图13-4所示，外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。

类型——按承载方向：

向心轴承——，主要承受径向载荷，可受一定Fa，如深沟球、圆柱滚柱轴承等，1、4、6、N、NA、2调心滚子等

推力轴承——（如图13-4d）5（推力球），8（推力圆柱滚子）

向心推力轴承——：

—向心角接触轴子（0、3、7）

—推力角接触轴承，2（推力调心滚子轴承）

按滚动体形状：

球~——承载能力低，极限转速高

滚子~——承载能力高，极限转速低

常用滚动轴承的类型与特性见表13—1

注意代号结构特点：

承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等

特别注意最常用几种

①深沟球轴承（向心球轴承）——6（0）主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷，f小精度高，结构简单，价格低，最常用。

②调心球轴承（111）（调心滚子（2、3））——主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。

③圆柱滚子轴承——N

（2）只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。

④角接触球轴承——7（6）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角，越大，承载Fa能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。

⑤圆锥滚子轴承——3（7）能同时承受径向载荷和单向Fa，越大，承受Fa能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。

⑥推力球轴承——5（8）单向推力球轴承51000—只能受单向Fa；双向推力球轴承52000—能承受双向Fa。

不能受Fr，且极限nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。

⑦滚针轴承，↑Fr，承载能力较高

∴高速时用深沟球轴承或角接触球轴承代替。

另：

注意优化选用深沟球轴承！

二、滚动轴承的代号

滚动轴承类型和尺寸规格繁多，为便于设计和选用，标准规定了用代号表示滚动轴承的类型、尺寸、结构特点及公差等级等。

国家标准：

GB/T272-93（向ISO靠）（替代GB272-88），滚动轴承代号的构成见表13-2

前置代号（字母）

基本代号（数字、字母）

后置代号（字母+数字）

五

四

三

二

一

∣

轴

承

分

部

件

代

号

∣

类

型

代

号

∣

宽

度

系

列

代

号

∣

直

径

系

列

代

号

∣

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

∣

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

1、基本代号——表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位

（1）轴承类型——基本代号右起五位用数字或字母表示（尺寸系列代号如有省略，则为第4位，）或基本代号左起第一位。

见表13-1，重点：

6—深沟球~；3—圆锥滚子~；5—推力球~；7—角接触球~；1—调心球；N—圆柱滚子~。

（2）尺寸系列——表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。

宽度系列——右起第四位——某些宽度系列（主要为0系列和和正常系列）代号可省略，详见表13-1中带（）的代号。

直径系列——右起第三位——相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对比如图13-5所示。

组合见表13-3

（3）轴承的内径——基本代号右起一二位数字。

a）d=10,12,15,17mm时

代号00010203

b）内径d=20~480mm，且为5的倍数时

代号=d/5或d=代号×5（mm）

（c）d<10mm，或d>500mm，及d=22，28，32mm时

代号/内径尺寸（mm）

2、前置代号——表示轴承的分部件，用字母表示。

L——可分离轴承的可分离内圈或外圈如LN207

K——轴承的滚动体与保持架组件K81107

R——不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207

NU——表示内圈无档边的圆柱滚子轴承

WS、GS——分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈，如WS81107、GS81107。

3、后置代号——反映轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等，共8组代号。

（1）内部结构代号——反映同一类轴承的不同内部结构

例：

C、AC、B——代表角接触球轴承的接触角，和，E代表增大承载能力进行结构改进的增强型等，如7210B，7210AC，NU207E

（2）密封、防尘与外部形状变化代号

—RS——一面有骨架式橡胶密封圈（接触式）

—RZ——一面有骨架式橡胶密封圈（非接触式）

—Z——一面有防尘盖例：

6210-2RS

—FS——一面有毡圈密封

字母前加数字2，则说明是两面有~

R、N、NR——轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环，例：

6210N

（3）轴承的公差等级

精度高————————————→低

公差等级24566X0

代号新标准/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0

旧标准BCDEXEG——普通级可省略

（4）轴承的径向游隙

游隙小————————→大

游隙组别1，2，0，3，4，5

代号/C1、/C2、/C3、/C4、/C5

C1、C2——小游隙组；0——不标（基本游隙）；C3、C4、C5——大游隙组

（5）保持架代号

表示保持架在标准规定的结构材料外，其他不同结构型式与材料。

A、B分别表示外圈引导和内圈引导

J——钢板冲压

Q——青铜实体

M——黄铜实体保持架

N——工程塑料

其他在配置、振动、噪声、摩擦力矩、工作温度、润滑等方面的特殊要求的代号表示见标准GB/T272-93，或厂家的说明。

例13-1，试说明下列轴承代号的含义，见P502

三、滚动轴承类型的选择

应根据轴承的工作载荷（大小、方向和性质）、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。

几条基本原则：

1）n高，载荷小，要求旋转精度高→采用球轴承

n低，载荷大，或有冲击载荷时→采用滚子轴承——但滚子轴承对轴线偏斜较敏感。

2）主要受径向载荷Fr时→用向心轴承

主要受轴向载荷Fa，n不高时用推力轴承

同时受Fr和Fa均较大时——可采用角接触球轴承7类（n较高时）或圆锥滚子轴承3类（n较低时）

Fr较大，Fa较小时——深沟球~

Fa较大，Fr较小时——深沟球~+推力球轴承组合，或推力角接触轴承。

3）要求n

6、7、N——极限转速较高

推力轴承——极限转速较低，∴只受Fa而n较高时——不用推力轴承而宁可用6\7两类，球轴承极限转速高于滚子轴承，轻系列极限转速高于中或重系列轴承。

4）当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承，如图13-6

5）为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承。

6）6、7两点轴承一般应成对使用，对称安装。

7）施转精度较高时，应选用较高的公差等级和较小的游隙

转速较高时，应选用较高的公差等级和较大的游隙

公差等级越高，轴承价格越贵

滚子轴承价格高于球轴承，深沟球轴承价格最低

8）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承。

§13—3滚动轴承的受力分析、失效形式及计算准则

一、滚动轴承的载荷分布

1、滚动轴承受轴向载荷Fa（A）

中心轴向力Fa作用下——Fa由各滚动体平均分担

2、向心轴承受径向载荷R

如图13-7所示，上半圈滚动体不受力，下半圈滚动体受力，且根据变形协调条件，在R作用线下方滚动体变形和受力最小，滚动体所受的最大接触载荷为

（深沟球轴承）

Z——滚动体数（13-1）

（圆柱滚子轴承）

由于游隙的存在，受载滚动体小于半圈，而作用一定的轴向载荷，则可使承载区扩大。

3、角接触轴承同时受R和A

（1）角接触轴承的派生轴向力S

由于滚动体与滚道接触点的法线与轴承中心平面有接触角

承载区流动体i→法向力QiRi——径向分力ΣRi=R——外载

Si——轴向分力ΣSi=S——派生轴向力。

派生轴向力S≈1.25Rtgα——或接表13-4（13-2）

S方向——沿轴承外圈宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上，有使内、外圈分离的趋势。

∴要成对使用、对称安装。

（2）轴向载荷对载荷分布的影响

如图13-8所示，受R作用时，派生轴向力S迫使轴颈（连同轴承内圈和滚动体）向左移动，并与轴向力A平衡

①当只有下面+滚动体受载时

或

而——载荷角，A与R的合力F与径向平面的夹角如图13-8

∴，

②受载滚动体增多时，在同样R作用下，派生轴向力S↑

∵各滚动体法向力Qi方向各不相同，其径向分力Ri（方向不同）向量之和与R平衡，但；而Qi→（产生）Si方向均相同，∴S是Si的代数和

∴在同样的径向载荷R作用下由多个滚动体接触分别派生的轴向力的合力S大于只有一个滚动体受载时派生的轴向力

设受载滚动体个数为n，则

（13-4）

∴（13-5）

、——多个滚动体受载的条件

结论：

1）角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在径向载荷R和轴向载荷A的联合作用下工作，或成对使用对称安装。

2）为使更多的滚动体受载应使

3）R不变时，A由最小值（一个滚动体受载）逐渐增大（即角增大），则受载滚动体数↑

当时，下半圈滚动体受载

当时，开始使全部滚动体受载。

如图13-9

4）实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载，∴安装这类轴承不能有较大的轴向窜动量。

或应成对使用，对称安装。