第18章滚动轴承,18.1概述,18.2滚动轴承的类型和选择,18.3滚动轴承的代号,18.4滚动轴承的力分析、失效和计算准则,18.5滚动轴承的动载荷和寿命计算,18.6滚动轴承的静载荷计算,18.9滚动轴承的组合结构设计,18.10滚动轴承的润滑和密封,18.7极限转速,18.1 概 述,1 构造,18.1 概 述,1 构造,18.1 概 述,各零件的作用：,硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。,保持架：低碳钢，高速轴承：有色金属或塑料。,1 构造,外圈：支撑零件或轴系；,保持架: 将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,滚动副的材料要求：,内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。,2 材料,常用材料牌号：GCr15、GCr15SiMn,外圈、,内圈、,滚动体、,保持架。,18.1 概 述,优点： 摩擦阻力小、启动力矩小； 径向游隙小，运转精度高； 宽度小，轴向结构紧凑； 大多数能同时承受径向 和轴向载荷，组合结构简单； 和易于维护； 不需要用有色金属； 标准化程度高，成本较低。,缺点： 抗冲击能力差； 高速重载下寿命较低； 振动及噪音较大； 径向尺寸大； 不能剖分。,18.1 概 述,3 优缺点,它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。,接触角：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。,18.2 滚动轴承的类型和选择,18.2 滚动轴承的类型和选择,游隙：内、外滚道与滚动体之间的间隙称为游隙，即为当一个座圈 固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量。,游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。,1 类型,18.2 滚动轴承的类型和选择,按载荷方向分,向心轴承,径向接触轴承,向心角接触轴承,推力轴承,轴向接触轴承,推力角接触轴承,18.2 滚动轴承的类型和选择,1 类型,按滚动体形状分,滚子轴承,18.2 滚动轴承的类型和选择,在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。,18.2 滚动轴承的类型和选择,1 游 隙,滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙称为轴承的游隙， 轴承的游隙可分为径向游隙和 轴向游隙。,游隙的大小对轴承的寿命、温生和噪声有很大影响。一些 轴承的游隙要能调整。,2 承载能力,滚子轴承比球轴承承载能力大，且抗冲击；角接触轴承能同时承受径向负荷和单向轴向负荷, 且公称 接触角越大，承受的轴向负荷越大；深沟球轴承主要承受径向负荷，也能承受小的双向的轴 向负荷。,3 极限转速,滚动轴承在一定负荷和润滑条件下允许的最高转速。,4 角偏位,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 称为角偏位。,18.2 滚动轴承的类型和选择,选择滚动轴承的几个因素：,2 滚动轴承类型的选择,滚动轴承选择应考虑轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速及其它使用要求。,转速较高、负荷较小、要求旋转精度高时选用球轴承；转速较低、负荷较大有冲击负荷时选用滚子轴承；同时承受径向负荷及轴向负荷的轴承，应区别不同情况选取轴承类型。以径向负荷为主的可选用深沟球轴承。角接触轴承能同时承受径向负荷和单向轴向负荷, 且公称接触角越大，承受的轴向负荷越大；选择轴承时还应考虑调心性能。选择轴承时还应考虑经济性、允许空间、噪声与振动方面的要求。,2 滚动轴承类型的选择,18.2 滚动轴承的类型和选择,基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,前置代号 成套轴承分部件代号，用字母L、R、K、WS/GS表示。,18.3 滚动轴承的代号,后置代号 表示轴承的精度与材料的特征等。,前置代号,基本代号,后置代号,1 基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,类型代号 左起第1位，字母或数字。,18.3 滚动轴承的代号,调心球轴承类型代号 1nlim 高，运转精度高，抗冲击能力差；能承受径向及双向小轴向载荷。能自动调心（外圈内表面为球面)。,18.3 滚动轴承的代号,圆锥滚子轴承类型代号 3 nlim 低，运转精度低； 抗冲击能力强； 能承受径向及单向轴向载荷。 内外圈可分离，安装方便。,推力球轴承 类型代号 5 nlim低，不适于高速， 抗冲击能力差； 只能承受轴向载荷。,18.3 滚动轴承的代号,深沟球轴承 类型代号 6 nlim高，运转精度高， 抗冲击能力差； 能承受径向及双向 小 轴向载荷。,18.3 滚动轴承的代号,角接触球轴承 类型代号 7nlim 高，运转精度高，抗冲击能力差；能承受径向及单向轴向载荷。,圆柱滚子轴承 类型代号 N, NU nlim低，运转精度低；抗冲击能力强，只能承受径向载荷。,尺寸系列代号 左起第2、3位，数字。,18.3 滚动轴承的代号,内径相同，而外径不同，外径相同，而宽度不同。,基本代号,宽度(或高度)系列代号 表示：内外径相同，宽度（或高度)不同。 （第2位）,高 度： 小 大,18.3 滚动轴承的代号,尺寸系列代号（第3、4位数字）,直径系列代号表示：内径相同，外径和滚动体不同系列轴承。 （第3位）,说明：有些轴承类型的宽度系列代号规定可省略(多为0)。,外 径： 小 大,宽 度： 小 大,推力轴承：7、9、1、2,向心轴承：7、8、9、0、1、2、3、4,向心轴承：8、0、1、2、3、4、5、6,内径代号 基本代号左起第4、5位，数字。表示轴承内径尺寸。,18.3 滚动轴承的代号,基本代号,18.3 滚动轴承的代号,d 大于或等于500 mm或内径尺寸不为尾数为0、5时，直接用内径尺寸毫米数表示，与尺寸系列代号用“/分开。,2 后置代号用字母（或加数字）表示。,18.3 滚动轴承的代号,后置代号,基本代号,18.3 滚动轴承的代号,滚动轴承代号示例,6 22 03,7 2 12 AC / P6,18.3 滚动轴承的代号,3 0 2 13,18.3 滚动轴承的代号,N 1 05 / P5,18.4 滚动轴承的力分析、失效 和计算准则,1 向心轴承中作用力分布,滚动体的应力变化情况：,18.4 滚动轴承的力分析、失效 和计算准则,2 角接触轴承中的附加轴向力 FS,附加轴向力,FS =FSi = Fri tan,当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr 时，由于存在接触角 ，第 i 个滚动体所受力为FNi。可分解为两个轴向和径向两个分力：,所有滚动体轴向力之和,其中 FSi = Fri tan,FS 将迫使内圈和轴径向右移动（指向窄边）。可按表18.4来计算 FS :,附加轴向力只与轴承结构和径向载荷有关，与外部轴向力无关。由于产生了附加轴向力，此时轴承所承受的实际轴向力不再等于外部轴向力，即： Fa FA；为减少轴向载荷，角接触轴承应成对使用。,塑性变形 在过大的静负荷和冲击负荷作用下，滚动体与套圈表面上将出现不均匀的塑性变形凹坑塑性变形静强度计算。,3 滚动轴承的失效,18.4 滚动轴承的力分析、失效 和计算准则,疲劳点蚀 滚动体和内圈（或外圈）不断转动，滚动体与滚道接触表面受交变应力点蚀寿命计算。,18.4 滚动轴承的力分析、失效 和计算准则,磨粒磨损、粘着磨损,套圈断裂、保持架损坏等其它失效。,18.4 滚动轴承的力分析、失效 和计算准则,4 滚动轴承的计算准则,一般工作条件的回转滚动轴承，应进行接触疲劳寿命计算（点蚀）和静强度（塑性变形）计算，对于摆动或转速较低的轴承，只需作静强度计算。,高速轴承由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常是突出矛盾，除进行寿命计算外，还需核验极限转速。,三个基本性能参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr（径向）或Ca（轴向）点蚀；满足一定静强度要的基本额定静载荷C0r（径向）或C0a（轴向）塑性变形；控制轴承磨损的极限转速n0核验极限转速。,18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算,1 基本额定动载荷和基本额定寿命,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，有的甚至相差几十倍。因此，对一个具体的轴承，很难预知其确切的寿命。实验表明：寿命与可靠性有关。如图,定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为轴承寿命。,定义：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度 R 为 90% 时，能达到或超过的寿命 称为滚动轴承的基本额定寿命。用 L10 或 L10h 表示。,在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。,单位为百万转106 r，或小时. 换句话说寿命为1百万转时. 可靠度为90%，寿命为5百万转时. 可靠度只有50%，,1.1 滚动轴承的寿命,1.2 滚动轴承的基本额定寿命,定义：基本额定寿命为一百万（106）转时，轴承所能承受的恒定载荷，取为基本额定动载荷 C。,向心轴承记为 Cr，推力轴承记为 Ca ，可查表。,不同的轴承该值不一样，它表征了轴承的承载特性。是在大量试验的基础上，通过理论分析得到，需要时可从设计手册或轴承样本中查得。,1.3 滚动轴承的基本额定动载荷,18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算,当材质、工作温度和零件硬度有变化时，需对滚动轴承的基本额定动载荷值进行修正。,CT 经过温度修正的基本额定动载荷，N；gT 温度系数， 表18.6（p373）；CH 经过材料硬度修正的基本额定动载荷，N；gH = ( HRC / 58 )3.6。,18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算,2 当量动载荷,滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载荷。,理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出的。 实际情况可能受到双重载荷作用。,含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后 的假想载荷。在其作用下，轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿 命相同。,X 径向动载荷系数；Y 轴向动载荷系数（表18.7，p374）。,向心轴承 P = Fr，推力轴承P = Fa,18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算,