滚动轴承精要.docx

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滚动轴承精要

机械设计滚动轴承精要

常用滚动轴承类型、尺寸系列代号及其特性（GB／T272—93）

轴承

类型

结构简图、

承受负荷方向

类型

代号

尺寸系列代号

组合

代号

特性

调

心

球

轴

承

1

（1）

1

（1）

（0）2

22

（0）3

23

12

22

13

23

主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向的轴向载荷，外圈滚道为球面，具有自动调心性能。

内外圈轴线相对偏斜允许2º～3º，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承

调

心

滚

子

轴

承

2

2

2

2

2

2

2

2

13

22

23

30

31

32

40

41

213

222

223

230

231

232

240

241

用于承受径向载荷，其承受载荷能力比调心球轴承约大一倍，也能承受少量的双向的轴向载荷。

外圈滚道为球面，具有调心性能，内外圈轴线相对偏斜允许0.5º～2º，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承

圆

、锥

滚

子

轴

承

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

02

03

13

20

22

23

29

30

31

32

302

303

313

320

322

323

329

330

331

332

能承受较大的径向载荷和单向的轴向载荷，极限转速较低

内、外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装

适用于转速不太高、轴的刚性较好的场合

推

力

球

轴

承

单向

5

5

5

5

11

12

13

14

511

512

513

514

单向推力球轴承只能承受单向的轴向载荷。

两个圈的孔不一样大：

内孔较小的是紧圈，与轴配合；内孔较大的是松圈，与机座固定在一起。

极限转速较低，适用于轴向力大而转速较低的场合。

没有径向限位能力，不能单独组成支承，一般要与向心轴承组成组合支承使用

双

向

5

5

5

22

23

24

522

523

524

双向推力轴承可承受双向轴向载荷，中间圈为紧圈，与轴配合，另两圈为松圈

高速时，离心力大，球与保持架磨损，发热严重，寿命降低。

没有径向限位能力，不能单独组成支承，一般要与向心轴承组成组合支承使用。

常用于轴向载荷大、转速不高处

深

沟

球

轴

承

6

6

6

6

16

6

6

6

6

17

37

18

19

（0）0

（1）0

（0）2

（0）3

（0）4

617

637

618

619

160

60

62

63

64

主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向的轴向载荷，工作时内外圈轴线允许偏斜8′～16′

摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛，但承受冲击载荷能力较差。

适用于高速场合，在高速时，可用来代替推力球轴承

角接触

球轴承

7

7

7

7

7

19

（1）0

（0）2

（0）3

（0）4

719

70

72

73

74

能同时承受径向载荷与单向的轴向载荷，公称接触角α有15º、25º、40º三种。

α越大，轴向承载能力也越大。

通常成对使用，对称安装。

极限转速较高

适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合

推力

圆柱

滚子

轴承

8

8

11

12

811

812

能承受很大的单向轴向载荷，但不能承受径向载荷，它比推力球轴承承载能力要大；套圈也分紧圈和松圈。

其极限转速很低，故适用于低速重负荷的场合。

没有径向限位能力，故不能单独组成支承

圆

柱

滚

子

轴

承

N

N

N

N

N

N

10

（0）2

22

（0）3

23

（0）4

N10

N2

N22

N3

N23

N4

只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。

承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力大，极限转速较高对轴的偏斜敏感，允许外圈与内圈的偏斜度较小（2′～4′），故只能用于刚性较大的轴上，并要求支承座孔很好地对中轴承的外圈、内圈可以分离，还可以不带外圈或内圈

滚针

轴承

NA

NA

NA

48

49

69

NA48

NA49

NA69

这类轴承采用数量较多的滚针作滚动体，一般没有保持架。

径向结构紧凑，且径向承受载荷能力较大，价格低廉

缺点是不能承受轴向载荷，滚针间有摩擦，旋转精度及极限转速低，工作时不允许内、外围轴线有偏斜。

常用于转速较低而径向尺寸限制的场合。

内外圈可分离

4、滚动轴承类型选择

设计滚动轴承部件时，首先是选择滚动轴承的类型，应考虑轴承的工作条件、各类轴承的特点、价格等因素。

一般，选择滚动轴承类型时应考虑的问题主要有：

（1）轴承所受的载荷

1）载荷的大小载荷较轻或中等载荷时，可选用球轴承；载荷较大时宜选用滚子轴承。

2）载荷的方向根据表10.1各类轴承所能承受的载荷方向来选择。

当径向载荷与轴向载荷联合作用时，也可选用向心轴承和推力轴承联合使用，以分别承受径向载荷和轴向载荷。

3）载荷的性质承受径向冲击载荷时，宜选用螺旋滚子轴承或圆锥滚子轴承。

（2）轴承的转速

通常，转速较高，载荷较小或要求旋转精度较高时，宜选用球轴承；转速较低，载荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承。

推力轴承的极限转速很低。

工作转速较高时，若轴向负荷不十分大，可采用角接触球轴承承受轴向负荷，

（3）调心性能的要求

当轴承的内、外圈轴线有较大的相对转角时，应采用调心球轴承或调心滚子轴承。

（4）安装和拆卸

当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承（如圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等）。

当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1：

12的圆锥孔的轴承。

（5）经济性要求

一般，深沟球轴承价格最低，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，必须详细了解各类轴承的价格，在满足使用要求的前提下，尽可能地降低成本。

（二）滚动轴承代号

（1）基本代号

基本代号用来表明轴承的内径、直径系列、宽度系列和类型，一般最多为五位数，现分述如下：

1）内径代号：

用基本代号右起第一、二位数字表示。

对常用内径d＝20～495mm的轴承，内径一般为5的倍数，这两位数字表示轴承内径尺寸被5除得的商数，如04表示d＝20mm。

对于内径为10mm、12mm．、15mm和17mm轴承，内径代号依次为00、0l、02和03。

对于内径小于10mm和大于495mm的轴承，内径表示方法另有规定，可参看GB／T272—93。

2）直径系列代号：

用基本代号右起第三位数字表示，反映了结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列。

例如，对于向心轴承和向心推力轴承，0、1表示特轻系列；2表示轻系列；3表示中系列；4表示重系列。

各系列之间的尺寸对比如上图所示。

推力轴承除了用1表示特轻系列之外，其余与向心轴承的表示一致。

3）宽度系列代号：

用基本代号右起第四位数字表示，反映了结构、内径和直径系列都相同的轴承，在宽度方面的变化系列。

例如，0表示窄系列；1表示正常系列，当宽度系列为0（或1）系列时，对多数轴承在代号中可不标出宽度系列代号0（或1），但对于调心滚子轴承、圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承，宽度系列代号0（或1）应标出。

直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号。

4）类型代号：

用基本代号右起第五位数字或字母表示

（2）后置代号

轴承的后置代号是用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等等。

后置代号的内容很多，下面介绍几个常用的代号。

1）内部结构代号：

表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。

如：

接触角为15º、25º和40º的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。

2）公差等级代号：

为／P2、／P4、／P5、／P6、／P6x和／P0，分别对应公差等级为2级、4级、5级、6级、6x级和0级，依次由高级到低级。

公差等级中，6x级仅适用于圆锥滚子轴承；0级为普通级，在轴承代号中不标出。

3）径向游隙组别代号：

用／C1、／C2、／C0、/C3、／C4、／C5表示，分别对应径向游隙系列为1组、2组、0组、3组、4组和5组，径向游隙依次由小到大。

0组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出。

（3）前置代号

轴承的前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。

如用L表示可分离轴承的可分离套圈；K表示轴承的滚动体与保持架组件等等。

实际应用的滚动轴承类型是很多的，相应的轴承代号也是比较复杂的。

关于滚动轴承详细的代号方法可查阅GB／T272—93。

二、滚动轴承的载荷分析和失效形式

.1滚动轴承载荷分析

在中心轴向载荷作用下的滚动轴承，可认为载荷由各个滚动体平均负担。

在径向载荷作用下的滚动轴承，如图10.4所示，一般只有半圈滚动体受载。

而且各个滚动体的载荷P0、P1…Pi的大小也各不相同。

根据力的平衡条件和变形协调条件，可求出受载最大的滚动体的载荷为：

点接触时

线接触时

式中z—滚动体数目。

由滚动轴承的载荷分布可知，轴承工作时各滚动体所承受载荷将由小逐渐增大，直到最大值P0，然后再逐渐减小。

因此，滚动体承受的载荷是变化的。

滚动轴承径向载荷分布图

滚动轴承各零件上载荷及应力分布图

对于工作时旋转的内圈上的任一点a（图10.4）在承受负荷区内，每次与滚动体接触就受载荷一次，因此旋转内圈上a点的载荷及应力是呈周期性地不稳定变化的。

如滚动轴承各零件上载荷及应力分布图（a）所示。

对于固定的外圈，各点所受载荷随位置不同而大小不同，对位于承受载荷区内的任一点b（滚动轴承径向载荷分布图），当每一个滚动体滚过便受载荷一次，而所受载荷的最大值是不变的，承受稳定的脉动负荷。

如滚动轴承各零件上载荷及应力分布

图（b）所示。

滚动体工作时，有自转又有公转，因而，其上任一点所受的载荷和应力也是变化的，其变化规律与内圈相似，只是变化频率增加。

2、滚动轴承常见失效形式及计算准则

（1）疲劳点蚀在正常使用条件下，滚动体与套圈在相互接触的表层内产生脉动循环接触应力，经过一定次数循环后，此应力就导致零件浅表层形成微观裂缝，微观裂缝被渗入其中的润滑油挤裂而引起点蚀。

是滚动轴承常见的失效形式。

（2）塑性变形在过大的静负荷或冲击负荷作用下，滚动体或套圈滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑，这种情况多发生在转速极低或摆动的轴承。

（3）磨损滚动轴承在密封不可靠以及多尘的运转条件下工作时，易发生磨粒磨损。

转速越高，磨损越严重。

（4）裂纹和断裂由于材料缺陷和热处理不当，配合过盈量过大或轴承组合设计不当而引起应力集中，及不正常的安装，拆卸操作等，会使座圈或保持架出现裂纹，甚至断裂。

对于中速运转的轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，应按疲劳寿命进行校核计算。

对于高速轴承，由于发热大，常产生过度磨损和烧伤，为避免轴承产生失效，除保证轴承具有足够的疲劳寿命之外，还应限制其转速不超过极限值。

对于不转动或转速极低的轴承，其主要的失效形式是产生过大的塑性变形，应进行静强度的校核计算。

三、滚动轴承疲劳寿命计算

1基本额定寿命和基本额定动载荷

所谓轴承的寿命，是指轴承在一定的载荷和工作条件下运转，轴承中任一零件材料首次出现疲劳点蚀之前，内圈（或外圈）相对于外圈（或内圈）所运转的总转数。

同型号的同一批轴承，在完全相同的工作条件下，各个滚动轴承的疲劳寿命是不同的，最低寿命和最高寿命相差几倍，甚至几十倍。

为了兼顾工作的可靠性和经济性，将轴承失效概率为10％时的寿命定义为轴承的基本额定寿命，即轴承基本额定寿命L10为一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90％轴承不发生疲劳点蚀前能运转的总转数（以106转为单位）或在一定转速下所能运转的总工作小时数。

滚动轴承的基本额定动载荷，是使轴承的基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C代表。

对向心轴承，指的是纯径向载荷，用Cr表示；对推力轴承，指的是纯轴向载荷，用Ca表示；对角接触球轴承或圆锥滚子轴承，指的是使套圈间只产生纯径向位移的载荷的径向分量。

Cr、Ca可在轴承样本中查到。

2、滚动轴承疲劳寿命计算的基本公式

下图所示为某型号同一批轴承的寿命－载荷曲线，该曲线表示这类轴承的载荷P与基本额定寿命L10之间的关系，其曲线方程为

式中P—当量动载荷（N）；

ε—寿命指数，对于球轴承ε＝3；对于滚子轴承ε＝10／3。

寿命曲线

实际计算时，用小时数表示寿命比较方便。

令n代表轴承的转速（r／min），则以小时数表示的轴承寿命Lh为

通常在轴承样本中列出的额定动载荷值，是对一般温度下（120℃以下）工作的轴承而言，如果轴承的工作温度高于120℃，轴承元件材料的组织将产生变化，硬度将要降低，影响其承受载荷能力。

为此，寿命计算时，引入温度系数ft，寿命公式可写为

式中ft—温度系数，见下表。

温度系数ft

轴承工作温度（℃）

≤120

125

150

175

200

225

250

300

350

温度系数ft

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.6

0.5

如果载荷P和转速n为已知，预期寿命L’h又已取定，则所需轴承应具有的基本额定动载荷为

N

式中L’h—轴承预期计算寿命，列于表，可供参考。

推荐的轴承预期寿命L’h

机器类型

预期寿命L’h（h）

不经常使用的仪器或设备，如闸门开闭装置等

300～3000

短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械等

3000～8000

间断使用的机械，中断使用后果严重，如发动机辅助设备、流水作业线自动传递装置、升降机、车间吊车、不常使用的机床等

8000～12000

每日8h工作的机械（利用率较高），如一般的齿轮传动、某些固定电动机等

12000～20000

每日8h工作的机械（利用率不高），如金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械、印刷机械等

20000～30000

24h连续工作的机械，如矿山升降机、纺织机械、泵、电机等

40000～60000

24h连续工作的机械，中断使用后果严重。

如纤维生产或造纸设备、发电站主电机、矿井水泵、船舶桨轴等

100000～200000

滚动轴承的当量动载荷

滚动轴承寿命计算公式中的当量动载荷P是一个假想的载荷，在它的作用下的轴承寿命与工作中的实际载荷作用下的寿命相等。

当量动载荷P与轴承的实际径向载荷R和实际轴向载荷A之间关系为

式中x、y—径向载荷系数和轴向载荷系数，查表得。

fp—载荷系数，考虑机器工作时还可能产生振动和冲击，轴承实际所受的载荷要比计算值大而引入的修正系数，查表得。

3、角接触球轴承与圆锥滚子轴承的轴向载荷

角接触球轴承和圆锥滚子轴承承受纯径向载荷时，会产生派生的轴向力S。

派生轴向力的大小取决于该轴承所受的径向载荷和轴承结构，其值可按下表计算。

约有半数滚动体接触时派生轴向力S的计算公式

圆锥滚子轴承

角接触球轴承

7000C（α=15º）

70000AC（α＝25º）

70000B（α=40º）

S=R/（2y）

S=0.5R

S=0.7R

S=1.1R

注：

y是对应于表10.5中A／R>e的y

为了使角接触球轴承与圆锥滚子轴承的派生的轴向力S得到平衡，通常要成对使用。

下图所示为两种不同安装方式。

图（a）为正装（或称为“面对面”安装）；图（b）为反装（或称“背靠背”安装）。

不同安装方式时所产生的派生轴向力S的方向不同，但其方向总是沿轴向由外圈的宽端面指向窄端面的。

角接触球轴承轴向载荷分析

设作用于轴上的径向外载荷及轴向外载荷分别为FR及FA。

两轴承所受的径向载荷分别为Rl及R2，相应的派生轴向力为S1及S2。

以上图（a）中的正装结构为例，若视轴颈、轴承内圈和滚动体为一体，并以它们为分离体考虑轴系的平衡。

如果Sl+FA>S2，则轴有左移的趋势，此时轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”。

为保持轴的平衡，轴承座必然通过轴承2的外圈上对轴系施加一平衡力Fb2，Fb2＝Sl＋FA－S2，用来阻止轴向窜动。

则作用在轴承2上的轴向力应为

作用在轴承1上的轴向力为

如果Sl+FA

为了保持轴的平衡,在轴承1的外圈上必有一个平衡力Fb1作用，Fb1＝S2－（Sl＋FA），作用在轴承1及轴承2上的轴向力则分别为

综上所述，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力的方法，可归结为：

①根据轴承的受载和安装情况，通过对轴承的派生轴向力和外部轴向载荷的分析与计算，找出被“压紧”轴承及被“放松”轴承；②被“压紧”轴承的轴向载荷等于除本身派生轴向力以外的其它所有轴向载荷的代数和，被“放松”轴承的轴向载荷等于轴承自身的派生轴向力。

4、滚动轴承静强度校核

对于基本不转动或转速极低的轴承，其主要失效形式是产生过大的塑性变形，轴承强度计算准则是校核其额定静载荷

式中S0—轴承静强度安全系数，其值见下表。

静强度安全系数S0

轴承使用情况

使用要求、负荷性质及使用场合

S0

旋转轴承

对旋转精度和平稳性要求较高，或受强大冲击负荷

一般情况

对旋转精度和平稳性要求较低，没有冲击或振动

1．2～2．5

0．8～1．2

0．5～0．8

不旋转

或

摆动轴承

水坝门装置

吊桥

附加动载荷较小的大型起重机吊钩

附加动载荷很大的小型装卸起重机吊钩

≥1

≥1．5

≥1

≥1．6

各种使用场合下的推力调心滚子轴承

≥2

Co为额定静负荷，是限制塑性变形的极限载荷值。

标准规定为受载最大滚动体与滚道接触中心处，引起与下列计算接触应力相当的静载荷：

对调心球轴承为4600N/mm2；对所有其它的向心球轴承为4200N/mm2；对所有向心滚子轴承为4000N/mm2；对推力球轴承为4200N/mm2；对所有推力滚子轴承为4000N/mm2。

Co可从有关设计手册中查到。

Po为当量静载荷，它是指受载最大滚动体与滚道接触中心处，引起与实际载荷条件下相同接触应力的静载荷。

当量静载荷Po按下式计算

深沟球轴承、角接触球轴承、调心球轴承

（取两式计算值的较大者）

（2）向心球轴承和α≠0º的向心滚子轴承

（取两式计算值的较大者）

α=0º且仅承受径向载荷的向心滚子轴承

（3）α=90º的推力轴承

（4）α≠90º的推力轴承

式中，x0和y0分别为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，其值见下表。

轴承的x0、y0值

轴承类型

单列向心球轴承

双列向心球轴承

α≠0º的向心滚子轴承

x0

y0

x0

y0

x0

y0

深沟球轴承

0．6

0．5

0．6

0．5

单列

双列

单列

双列

15º

20º

25º

角接触球轴承α＝30º

35º

40º

45º

0．5

0．5

0．5

0．5

0．5

0．5

0．5

0．46

0．42

0．38

0．33

0．29

0．26

0．22

1

1

1

1

1

1

1

0．92

0．84

0．76

0．66

0．58

0．52

0．44

0．5

1

0.22cotα

0.44cotα

圆锥滚子轴承

0．5

0.22cotα

1

0.44cotα

调心球轴承（α≠0º）

0．5

0.22cotα

1

0.44cotα

注：

对于两套相同的单列深沟或角接触轴承以“背对背”或“面对面”排列安装（成对安装）在同一轴上作为一个支承整体运转情况下，计算其当量静载荷时用双列轴承的xo和yo值，以R和A为作用在该支承上的总负荷。

四、滚动轴承的润滑和密封

1滚动轴承的润滑

（1）润滑方式的选择

滚动轴承在各种润滑方式下的dn允许值mm.r/min

轴承类型

脂润滑

油润滑

油浴、飞溅润滑

滴油润滑

压力循环、喷油润滑

油雾润滑

深沟球轴承、调心球轴承、

角接触球轴承、圆柱滚子轴承

<180000

250000

400000

600000

>600000

圆锥滚子轴承

100000

160000

230000

300000

-

推力球轴承

40000

60000

120000

150000

-

（2）润滑剂的选择

滚动轴承润滑剂选择主要取决于载荷、速度和温度等工作条件。

下图供确定润滑油的粘度时参考。

选择时由速度参数4×105/（dmn）和载荷参数C/P从下图左图确定工作温度条件下所需的运动粘度，再根据该运动粘度画水平线与轴承实际工作温度的垂线得一交点，按交点所接近的粘度等级线确定润滑油的粘度。

图中参数dm为轴承内、外径的平均值（mm）；n为轴承转速（r/min）；C为基本额定动载荷；Pr为当量动载荷。

润滑油的运动粘度和轴承载荷、速度和温度的关系

a线适用：

C/P>20b线适用：

C/P≈20c线适用：

C/P<5

下图为可供选择润滑脂时参考。

选择时根据Kadmn（对于调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承，Ka=2，球轴承和园柱滚子轴承Ka=1）和P/C确定区域（Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ），再按区域选用不同的润滑脂。

一般润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂等，高压、高速润滑脂可查有关资料。

润滑脂的选用

I区－常用区域，选用一般润滑脂

II区－高压区域，选用高压润滑脂

III区－高压、高速区域，选用高压、高速润滑脂

2、滚动轴承的密封

轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。

密封装置可分为两大类，即接触式密封和非接触式密封，它们的密封型式、适用范围和性能见下表。

常见滚动轴承密封型式

密封类型

图列

适用场合

说明

接

触

式

密

封

脂润滑。

要求环境清洁，轴径圆周速度v不大于4～5m/s，工作温度不超过90ºC

矩形截面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起密封作用

脂或油润滑。

轴径圆周速度v<7m/s，工作温度－40～100ºC

唇形密封圈用耐油橡胶制成，靠弯折了的橡胶的弹力和附加的环形螺旋弹簧的扣紧作用而紧套在轴上，起密封作用。

图a密封唇朝内，目的防漏油；图b反向放置的两个密封唇，既防漏油又防灰尘、杂质进入

非

接

触

式

密

封

脂润滑。

干燥清洁环境

靠轴与盖间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好。

间隙δ取0.1～0.3mm

脂或油润滑。

工作温度不高于密封用脂的滴点。

这种密封效果可靠

将旋转件与静止件之间的