第十章轴承

第十章轴承 第二节滚动轴承的失效分析和选择计算第三节滚动轴承组合结构分析第一节滚动轴承的类型、代号及选用第四节滚动轴承的润滑与密封第五节滑动轴承简介

什么是轴承 轴承的功用：支承轴及轴上回转零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。推力滑动轴承径向滑动轴承滚动轴承（推力轴承）滚动轴承（向心轴承）

第一节滚动轴承的类型、代号及选用 一、滚动轴承的基本构造滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。各零件的作用：内圈：和轴颈装配；外圈：支承轴或轴上零件；滚动体：滚动接触；保持架: 将滚动体分开。

滚动副的材料要求： 　滚动体与内外圈：要求高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。　　含铬合金钢（GCr15、GCr6、 GCr15SiMn、GCr9等），热处理后硬度可达HRC61-65。保持架（2种）：冲压—低碳钢，实体—有色金属（如黄铜）或塑料(高速)。

滚动轴承 标准化；并由专业厂大批量生产。设计人员的主要任务是: 熟悉标准，正确选用。优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。

二、滚动轴承类型及特点 1、滚动轴承的结构特点（1）公称接触角滚动轴承的公称接触角指轴承的径向平面（垂直于轴线）与滚动体和滚道接触点的公法线之间的夹角。轴向承载能力（2）角偏位轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内、外圈发生相对倾斜，此倾斜角θ称为角偏位

(4)极限转速 (3)游隙轴承的内、外圈与滚动体之间的间隙量。在一定的载荷及润滑条件下，轴承许可的最高转速提高轴承精度的措施选用较大的游隙改用特殊材料及结构的保持架采用循环润滑、油雾润滑或喷射润滑设置冷却系统

2、滚动轴承的类型 表10-1 各类轴承的公称接触角向心轴承主要承受径向推力轴承主要承受轴向主要承受轴向载荷轴承类型主要承受径向载荷径向接触角接触角接触轴向接触只能承受径向载荷或较小轴向载荷能同时承受径向载荷和轴向载荷能同时承受径向载荷和轴向载荷承载方向只能承受轴向载荷或较小径向载荷 0˚ <α<45˚ 接触角 α= 90˚ 45˚ <α<90˚ α α α α= 0˚

一、分类 向心轴承按载荷方向分推力轴承向心推力轴承轴承类型圆柱滚子球轴承按滚动体形状分圆锥滚子滚子轴承球面滚子滚针表10-2 滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型代号承载方向结构简图主要特性和应用极限转速允许角偏差主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心球轴承 10000 中 2˚ ~3˚

表10-2 滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称、类型代号结构简图承载方向主要特性和应用极限转速允许角偏差能承受较大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调心性能。调心滚子轴承 20000C 低 0.5˚ ~2˚ 比10000小能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，一般成对使用。圆锥滚子轴承 30000 中 2´ 只能承受轴向载荷，且作用线必须与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。推力球轴承 51000 低不允许 a)单向

表10-2 滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称、类型代号结构简图承载方向主要特性和应用极限转速允许角偏差只能承受轴向载荷，且作用线必须与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。推力球轴承 52000 不允许低 b)双向主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。极限转速高，高速时可用来承受轴向载荷。大批量生产，价格最低。深沟球轴承 60000 高 8´~16´ 角接触球轴承 70000C(α=15˚ ) 70000AC(α=25˚ ) 70000B(α=40˚ ) 能同时承受较大的径向载荷及轴向载荷。能在高转速下工作。α大，承受轴向载荷的能力越大，α角有三种。一般成对使用。 2´ ~10´ 较高

表13-2 滚动轴承的主要类型和特性（续） 轴承名称、类型及代号结构简图承载方向主要特性和应用极限转速允许角偏差推力圆柱滚子轴承 80000 能承受很大的单向轴向载荷，但不能承受径向载荷。不允许低可分离，不能承受轴向载荷，能承受较大的径向载荷。因线性接触内外圈轴线允许的相对偏转很小。除内圈无挡边(NU)结构外，还有外圈单挡边(NF) 等型式。圆柱滚子轴承 N0000 较高 2´~4´ 内外圈可分离，只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因滚针间有摩擦，摩擦系数大，极限转速低。滚针轴承 a) NA0000 b) RNA0000 a) 低不允许 b)

表10-3 滚动轴承代号的排列顺序 前置代号基本代号后置代号或加（）注：代表字母；代表数字二、滚动轴承的代号成套轴承分部件代号尺寸系列代号类型代号直径系列代号宽(高)度系列代号 1. 前置代号----成套轴承分部件代号。如:K—滚动体与保持架组件 2. 基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。类型代号 ----左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。

2 4 1 3 6 7 N 5

表10-3 滚动轴承代号的排列顺序 前置代号基本代号后置代号或加（）成套轴承分部件代号尺寸系列代号类型代号直径系列代号宽(高)度系列代号注：代表字母；代表数字宽度系列与直径系列尺寸系列代号----左起第二、三位。区别具有相同套圈内外径而宽（高）度不同的轴承区别具有相同套圈内径而滚动体尺寸不同导致的套圈外径不同的轴承

表10-3 滚动轴承代号的排列顺序 前置代号基本代号后置代号或加（）成套轴承分部件代号尺寸系列代号类型代号直径系列代号宽(高)度系列代号注：代表字母；代表数字表10-5 轴承的内径代号内径代号 02 00 01 03 04~98 12 15 17 数字 5 轴承内径尺寸 mm 10 内径代号 ---- 基本代号左起第四、五位。

表10-3 滚动轴承代号的排列顺序 前置代号基本代号后置代号或加（）成套轴承分部件代号尺寸系列代号类型代号直径系列代号宽(高)度系列代号注：代表字母；代表数字表10-6 轴承后置代号排列顺序 6 后置代号组 1 3 4 5 2 7 8 内部结构密封与防尘套圈变型保持架及材料轴承材料公差等级含义游隙配置其它 3. 后置代号 ---- 用字母（或加数字）表示（“–” “/” 除外）

表10-7 轴承内部结构常用代号 轴承类型代号含义示例 B α=40˚ 7210B 角接触球轴承 C α=15˚ 7210C AC α=25˚ 7210AC 圆锥滚子轴承 B 接触角α加大 32310B E 加强型 N207E 表10-8 公差等级代号代号省略 /P6 /P6x /P5 /P4 /P2 公差等级符合标准的 0级 6级 6x级 5级 4级 2级示例 6203 6203/P6 30201/P6x 6203/P5 6203/P4 6203/P2 注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。

轴承内径 d=17 mm 直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承公差等级6级，公称接触角α=25˚ 轴承内径 d=12×5=60 mm 直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，不标出角接触球轴承滚动轴承代号示例公差等级为0级; 游隙组为0组； 6 2 2 03 7 (0) 3 12 AC / P6 游隙组为0组；

公差等级5级 轴承内径 d=65 mm 轴承内径 d=25 mm 直径系列代号，2(轻)系列直径系列代号，1(特轻)系列宽度系列代号，0(窄)系列，不省略圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承 N 1 05 / P5 游隙组为0组；游隙组为0组；公差等级为0级; 3 0 2 13

Fr 四、滚动轴承的类型选择 1、载荷性质、大小和方向向心轴承用于受径向力；载荷方向：

Fa Fr 向心轴承用于受径向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用；载荷方向：

Fa ∴大载荷采用滚子轴承。推力轴承向心轴承用于受径向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用；载荷方向：推力轴承用于受轴向力；载荷大小：在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。一般：滚子轴承≈(1.5~3)球轴承当d ≤20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。

和、小：球轴承 (点接触) 载荷大小大：滚子轴承 (线接触) ：深沟球轴承 (6类) 圆柱滚子轴承载荷方向：推力球轴承(5类) 推力滚子轴承 (6类) (5类) + ( 6类) 角接触球轴承 (7类) 圆锥滚子轴承 (3类) 平稳：球轴承载荷性质冲击：滚子轴承

2、转速和旋转精度 球轴承极限转速和旋转精度比滚子轴承的高推力轴承极限转速低(离心力使滚动体与保持架摩擦严重) 整体保持架极限转速比分离的高球轴承高速、轻载低速、重载滚子轴承 3、调心性能内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点 4、其它内外圈分离的轴承 (圆锥滚子轴承 ) 装拆方便球轴承比滚子轴承低价格精度低的价格低 (一般公差等级选 0 级 )

第二节滚动轴承的失效分析和选择计算 一、滚动轴承的失效形式与计算准则 1、失效形式 ①疲劳点蚀 ② 塑性变形 ③ 磨损受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力，下半圈受力大小方向均不同。

2、计算准则 ① 对一般转速（n > 10 r/min）轴承，疲劳点蚀是主要失效形式，应进行寿命校核计算； ② 对静止或极慢转速（n≤10 r/min）轴承，承载能力取决于所允许的塑性变形，应进行静强度计算； ③ 对高速轴承，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。

用总转数 表示二、滚动轴承的寿命计算 1、寿命和基本额定寿命寿命：轴承中任一滚动体或内外圈滚道上出现疲劳点蚀前运转的总转速（或一定转速下的工作小时数）单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生疲劳点蚀时所达到的寿命对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%

2、基本额定动载荷 轴承尺寸 C 承载能力时，轴承所承受的载荷使滚动轴承的基本额定寿命为径向轴向 (1) 载荷-寿命曲线对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线 6305 同类轴承： (2) 基本额定动载荷向心轴承纯径向稳定载荷基本额定动载荷C 推力轴承纯轴向稳定载荷

：寿命指数 滚子轴承：轴承转速r/min 球轴承若已知当温度 120时， C ，引入温度系数对C修正 3、滚动轴承寿命计算公式外载为 P 时轴承的寿命以小时表示则所需基本额定动载荷

外载预期寿命轴承寿命满足预期寿命时轴承的所选轴承的校核轴承寿命轴承型号 ( 即C ) 已知？选择轴承型号 ( 即C ) 预期寿命已知外载？

转化实际工作中，轴承同时受的向心轴承：对只承受的推力轴承：对只承受复合载荷的向心轴承：同时承受考虑实际工况，引入载荷系数 4、轴承的当量动载荷纯径向载荷向心轴承基本额定动载荷 C 纯轴向载荷推力轴承纯载荷复合作用假想载荷当量动载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同

在进行轴承寿命计算时，应把实际载荷换算成与试验条件相一致的当量动载荷P。换算的条件是在当量动载荷作用下的轴承寿命与在实际载荷作用下的轴承寿命相同。对仅能承受径向载荷的轴承对仅能承受轴向载荷的轴承对其它轴承，根据判断Fa/Fr＞e还是Fa/Fr≤e，查阅滚动轴承样本或机械设计手册，参数e是判断系数。见表10－10

FR FT FA 而： RH1 RH2 RV1 RV2 FR S α Si Ri Qi 5、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算径向载荷 FR的计算见轴系受力分析，即： 1）角接触轴承的内部轴向力 S O－支反力作用点，即法线与轴线的交点。角接触球轴承向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力 S 。注意 S的方向 O 内部轴向力：表10－11给出了S 的近似计算方法。

FA S1 S2 FA S1 S2 2）角接触轴承的排列方法为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。为使 S得到平衡，角接触轴承必须成对使用。一般有两种安装形式： ● 正装－面对面安装问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？两轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对。 ● 反装－背靠背安装两轴承外圈的宽边相对，即内部轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；反装时跨距长，轴刚度小；

跨距小，受力情况好 轴的刚度大跨距大，受力情况不好轴的刚度小

3）角接触轴承的轴向载荷Fa 当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 Fa＝？要同时考虑轴向外载 F A和内部轴向力S 。

2 1 S FA S2 S1 合力 R1 R2 ① 轴承正装时：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）： ● 若 S1 + FA > S2 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，右轴承被压紧，会产生反力△S，但外圈被固定，使轴向力平衡，使得 S2和△S都是右轴承所受的力，故：即：Fa1=S1（放松端） Fa2=S1＋ FA（压紧端）而左轴承被放松，故：

S′ 合力 2 1 FA S2 S1 ● 若 S1 + FA < S2 轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力△S′，使轴向力平衡： S1 和△S′都是左轴承所受的力，故：而右轴承被放松，故：即：（压紧端）（放松端）

2 1 S′ FA S2 S1 ② 轴承反装时： ● 若 S2 + FA > S1 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力△S′，使轴向力平衡：（压紧端） ∴ （放松端）

2 1 S FA S2 S1 ● 若 S2 + FA < S1，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，使轴向力平衡：右轴承被压紧，会产生反力△S，（放松端） ∴ （压紧端）

FA R1 R2 归纳如下： (1)根据排列方式判明内部轴向力S 1、S2 的方向； (2)判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”； (3)“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力， “压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。对于能够承受少量轴向力而α＝0 的向心轴承：（如深沟球轴承）因为：α＝0 , S1＝0 ，S2＝ 0 所以：Fa＝FA 图中： Fa1＝0 Fa2＝FA

三、滚动轴承的静强度计算 目的：防止在载荷作用下产生过大的塑性变形。基本额定静载荷C0 ：滚动轴承受载后，在承载区内受力最大的滚动体与滚道接触处的接触应力达到一定值时的静载荷强度条件：静径向载荷系数静轴向载荷系数静强度安全系数

方案轴承型号基本额定动载荷C0 基本额定动载荷C0 D/mm B/mm 极限转速n/mm 计算计算项目计算依据单位方案1 方案2 例10－2 齿轮减速器的高速轴，用一对深沟球轴承作为支承，转速n＝3000 r/min，受力较大的轴承径向载荷径向载荷Fr＝4800 N，轴向载荷Fa＝2500 N，有轻微冲击，工作温度不超过100°。轴径d ≥70 mm，要求轴承寿命Lh’≥5000h，试选定轴承型号。 1 2 6314 6414 80200 108000 63200 99200 150 180 35 42 4300 3800 Fa/ C0 值 0.0252 0.0396 e 表10－10 0.24 0.21 Fa/ FR 值 0.52>e 0.52>e X、 Y 表10－10 X=0.56 ,Y=1.88 X=0.56,Y=2.07 载荷系数fp 表10－9 1.2 1.2 温度系数ft 表10－7 1.00 1.00 当量动载荷P P=fp（XFr＋YFa） N 8865.6 9435.6 基本额定动载荷计算值C’ N 85596>C 91100< C

例10－3 某工程机械传动中轴承配置形式如图所示。已知：轴向外载荷FA＝2000N，轴承径向载荷Fr1＝4000N,Fr2＝5000N.转速n＝1500r/min,中等冲击，工作温度不超过100°，要求轴承预期寿命L’h=5000h.问采用30311轴承是否合适？ 2 1 S2 S1 FA Fr2 Fr1 解： 1、计算轴承所受轴向载荷Fa 查手册30311轴承Y=1.7,e＝0.35，C＝145000N 查表10－11得：轴有右移趋势轴承1压紧，轴承2方松

滚子轴承 按计算 2、计算当量动载荷P 轴承1 由表10－10查得X=0.40, 已知Y=1.7,中等冲击载荷，查表10－9取fp＝1.6 则轴承2 3、验算基本额定动载荷C 查表10－7，取ft＝1.00 结论：采用一对30311圆锥滚子轴承寿命足够

例题一 例一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d ＝35 mm，转速n＝2900 r/min，径向载荷Fr＝1770 N，轴向载荷Fa＝720 N，预期使用寿命为6000 h，试选择轴承的型号。分析：本题的特点是深沟球轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，但由于轴承型号未定，C0r之值未定，因此Fa/C0r、e及Y值都无法确定，必须试算。试算的方法有三种：（1）预选某一型号的轴承；（2）预选某一e值（或Fa/C0r值）；（3）预选某一Y值。由于此处轴颈直径已知，现采用预选轴承型号的方法。例题一解

例题一解 对6407轴承对6307轴承

例题二 例如图所示为用一对30206圆锥滚子轴承支承的轴，轴的转速n＝1430 r/min，轴承的径向载荷（即支反力）分别为Fr1＝4000 N，Fr2＝4250 N，轴向外载荷FA＝350 N，方向向左，工作温度低于100°C，有中等冲击。试计算两轴承的寿命。例题二解

第十章 轴承