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毕业设计论文滚动轴承的选择及组合设计模板

摘要

随着轴承精加工的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主题。

高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。

而对于轴承加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的加工方法，对一些工艺问题（加工路线等）也需要一些处理。

并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。

本文根据轴承加工的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工艺方案的确定，确定加工顺序和加工路线，加工效率，简化工序等方面的优势。

关键词:

轴承寿命计算、强度计算、轴承的尺寸及公差、类型

第一章：

轴承的功用和类型……………………………………………

第二章：

滚动轴承的组成、代号、类型及特点………………………

第一节滚动轴承的组成……………………………………………

第二节滚动轴承的类型及特点……………………………………

第三节滚动轴承的代号……………………………………………

第三章：

滚动轴承的工作情况分析及计算……………………………

第一节滚动轴承的受载情况分析…………………………………

第二节滚动轴承的失效形式和计算准则…………………………

第三节滚动轴承的寿命计算………………………………………

第四节滚动轴承的静强度计算……………………………………

第四章：

滚动轴承的选择及组合设计…………………………………

第一节影响轴承载能力的参数……………………………………

第二节滚动轴承的类型选择………………………………………

第三节滚动轴承的尺寸及公差选择………………………………

第四节轴承套圈的轴向固定及组件的轴向固定…………………

第五节轴承组合调整及支承部分的刚度和同轴度………………

第六节滚动轴承的预紧及配合与装拆……………………………

毕业总结

致谢

参考文献

第一章轴承的功用和类型

轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持州的旋转精度，减少轴与支承之间的摩擦和磨损。

根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承。

如图所示

第二章滚动轴承的组成、代号、类型及特点

第一节滚动轴承的组成

滚动轴承一般有内圈、外圈、滚动体和保持架组成。

内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。

大多数情况下，外圈不动，内圈与轴一起转动。

当外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚到滚动。

保持架使滚动体均匀的分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。

我们常见的滚动体有6种如图所示

滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度，良好的耐磨性和冲击韧性。

一般用特殊轴承钢制造，常用的材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等，经过热处理后硬度可达到60～65HRC滚动体的工作表面必须经过抛光以提高接触疲劳强度。

为了适应某些特殊要，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构：

例如轴承无内圈或外圈：

带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。

第二节滚动轴承的类型及特点

<1>滚动轴承的类型

滚动轴承按结构特点的不同有多种分类方法，各类轴承分别适用于不同载荷、转速及特殊需要。

1按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承如图所示

图中的α为滚动体与套圈接触处的公法线与轴承径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角：

称为公称接触角。

向心轴承又可分为径向接触轴承和向心角接触轴承。

径向接触轴承的公称接触角α=度，主要承受径向载荷，有些可承受较小的轴向载荷；向心角接触轴承公称角的范围为α0～45度，能同时承受径向载荷和轴向载荷。

推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。

推力角接触轴承α的范围为45～90度，主要承受轴向载荷，也可以承受较小的径向载荷；轴向接触轴承的α=90度，只能承受轴向载荷。

2按滚动体的种类可以分为球轴承和滚子轴承

球轴承的滚动体为球，球与滚道表面的接触为点接触；滚子轴承的滚动体为滚子，滚子与滚道表面的接触为线接触。

按滚子的形状又可分为圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承和调心滚子轴承。

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，但是球轴承摩擦小、高速性能好。

3按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。

调心轴承允许的偏位角大。

4按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。

5按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高，0级为普通级。

另外还有只用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。

6按运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。

<2>滚动轴承的特点

滚动轴承是用来支承传动轴的组件，具有结构紧凑、摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑简便和装拆方便、动能损耗小等优点。

滚动轴承是标准件，其结构、尺寸均已标准化，有专业厂家生产，需要时可根据设计要求选择。

第三节滚动轴承的代号

滚动轴承的代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号，有字母和数字组成。

按GB/T272-93的规定，轴承代号由基本代号和后置代号构成。

其表达方式如下

轴承的代号构成

前置代号

基本代号

后置代号

字母

字母和数字

XXXXXXX

内部结构的改变

类宽直

度径

密封、防尘与外部形状变化

成套轴承的分部件

型系系

列列

保持架结构、材料改变及轴承材料

代代代

公差等级和游隙

号号号

其他

（1）基本代号

基本代号表示轴承的基本类型、结构尺寸是轴承代号的基础。

基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号及内径代号三部分组成。

1类型代号用字母或拉丁字母表示如表所示

轴承类型

代号

原代号

轴承类型

代号

原代号

双列角接触球轴承

深沟球轴承

调心球轴承

角接触球轴承

调心滚子轴承和推力调心滚子轴承

3和9

推力圆柱滚子轴承

圆锥滚子轴承

圆柱滚子轴承

双列深沟球轴承

外球面球轴承

推力球轴承

四点接触球轴承

2尺寸系列代号由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组合而成直径系列代号表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径和宽度；宽度系列代号表示内外径相同的同类轴承宽度的变化。

如表所示

直径系列代号

（外径）

向心轴承

推力轴承

宽度系列代号（宽度）

高度系列代号（高度）

尺寸系列代号

24-

3径内代号表示轴承的内径尺寸如图所示

轴承公称内径/mm

内径代号

示例

0.6到10（非整数）

直接用公称内径毫米数表示，在其与尺寸

系列代号之间用“/”分开

深沟球轴承618/2.5

d=2.5㎜

1到9（整数）

直接用公称内径毫米数表示，对深沟球轴

承及角接触球轴承7、8、9直径系列，内

径与尺寸系列代号之间用“/”分开

深沟球轴承625

618/5d=5㎜

10到17

深沟球轴承6200

d=10mm

20到480（22,28,

32除外）

用公称内径除以5的商数表示，商数为

一位时，需在商数左边加“0”，如08

调心滚子轴承23208

d=40mm

大于和等于500以

及22,28,32

直接用公称内径毫米表示，但在其与尺

寸系列代号之间用“/”分开

调心滚子轴承230/500

d=500mm

例：

调心滚子轴承232242-类型代号32-尺寸系列代号24-内径代号d=120mm

<3>前置代号和后置代号

前置代号和后置代号是当轴承的结构形状、公差、技术要求等有改变时在轴承基本代号左右添加的补充代号。

其含义及代号如表

前置代号

基

本

代号

后置代号

代号

含义

示例

KOW-

KIW-

凸缘外圈的向心球d≤10mm

可分离内圈或外圈轴承

不可分离内圈或外圈轴承

推力滚子圆柱滚子轴承圈

无轴圈推力轴承

无座圈圆锥轴承

滚子和保持架组件

F618/4

LNU207

RUN207

WS81107

GS81107

KOW-51108

KIW-51108

K81107

内

部

结

构

密

封

与

防

尘

套

圈

保

持

架

及

材

料

轴

承

材

料

公

差

等

级

游

隙

配

置

其

他

后置代号用字母或字母加数字表示。

公差等级代号及含义如表

代号

含义

示例

/P0

公差等级符合标准规定的0级在代号中可以省略不表示（普通级）

6203

/P6

公差等级符合标准规定的6级

6203/P6

/P6X

公差等级符合标准规定的6X级

30210/P6X

/P5

公差等级符合标准规定的5级

6023/P5

/P4

公差等级符合标准规定的4级

6023/P4

/P2

公差等级符合标准规定的2级

6023/P2

滚动轴承的代号示例：

71908/P5

7-轴承的类型为角接触球轴承；

19-尺寸系列代号。

1为宽度系列代号，9为直径系列代号；

08-内径代号，d=40㎜；

P5-公差等级为5级

例：

6204

6-轴承类型为深沟球轴承；

（0）2-尺寸系列代号，宽度系列代号为0（省略），2为直径系列代号；

04-内径代号，d=20mm；公差等级为0级（公差等级/P0省略）

轴承代号中的基本代号最为重要，而7位数字中以右起4位数字最为常用。

第三章滚动轴承的工作情况分析及计算

第一节滚动轴承的受载情况分析

以深沟球轴承为例进行分析，如图。

轴承承受径向载荷Fr时，各滚动体承受的载荷大小是不同的。

处于最低位置的滚动体承受的载荷最大。

随着轴承内圈相对于外圈的转动；滚动体也随着运动。

轴承元件所承受的载荷呈周期性变化，即各元件是在交换的接触应力下工作的

第二节滚动轴承的失效形式和计算准则

（1）失效形式：

滚动体的失效形式主要有三种疲劳点蚀、塑性变形和磨损。

1疲劳点蚀：

滚动体和套圈滚道在交变接触应力的作用下会发生表面疲劳点蚀，这是滚动轴承的主要失效形式。

点蚀使轴承在运转中产生振动和噪音，回转精度降低而且工作温度升高，使轴承丧失正常的工作能力。

为防止点蚀需要进行疲劳寿命计算。

2塑性变形：

在静载荷或冲击载荷作用下，滚动体和套圈滚道可产生塑性变形，出现凹坑，由此导致摩擦增大，运动精度降低，使轴承产生剧烈的振动和噪声，不能正常的工作。

为防止塑性变形，需对轴承进行静强度计算。

3磨损：

轴承在多尘或密封不可靠、润滑不良的条件下工作时，滚动体或套圈滚道易产生磨粒磨损。

（2）计算准则：

在选择滚动轴承类型后要确定其型号和尺寸，为此需要针对轴承的主要形式进行计算。

其计算准则为：

1对于一般转速轴承，即10r/min

2对于高速轴承除疲劳点蚀外其工作表面的过热而导致的轴承失效也是重要的失效形式，因此除需要进行寿命计算外还要校验其极限转速。

3对于低速轴承，即n<1r/min,可近似的认为轴承各元件是在静力作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以不发生塑性变形为准则的静强度计算。

第三节滚动轴承的寿命计算

在一般条件下工作的轴承，只要轴承类型选择合适，能正确安装与维护；绝大数轴承是因为疲劳点蚀而报废。

因此滚动轴承的型号选择主要取决于疲劳强度的要求。

（1）基本额定寿命和基本额定动载荷

1寿命：

轴承中任一元件首次出现疲劳点蚀前轴承所经历的总转数或轴承在恒定转速下的总工作小时数称为轴承的寿命。

2可靠度：

在同一工作条件运转的一组近似于相同的轴承能达到或超过某一规定寿命的百分率，称为轴承的可靠度。

3基本额定寿命

基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转数，或在恒定转速下运转的总工作小时数，分别用L10和L10h表示。

按基本额定寿命计算选用轴承时，可能有10%以内的轴承提前失效、也即可能有90%以上的轴承超过预期寿命。

4基本额定动载荷

轴承抵抗点蚀破坏的承载能力可由基本额定动载荷表示。

基本额定寿命为10^6转，即L10=1（单位为10^6r）时轴承受的最大载荷称为基本额定动载荷，用符合C表示。

<2>当量载荷

当轴承受到径向载荷Fr和轴向载荷Fa的作用时，为了计算轴承寿命时与基本额定动载荷作等价比较，需将实际工作载荷化为等效的当量动载荷P。

P的含义是轴承在当量动载荷P作用下的寿命与实际工作载荷条件下的寿命相等，当量载荷的计算公式为P=fp（xFr+yFa）式中fp为载荷系数是考虑机器工作时振动、冲击、对轴承寿命影响的系数如表所示为径载荷系数

载荷系数fp

载荷性质

举例

无冲击或轻微冲击

电机、汽轮机、水泵、通风机

1.0～1.2

中等冲击

机床、车辆、内燃机、冶金机械、起重机、减速机

1.2～1.8

强大冲击

轧钢机、破碎机、钻探机、剪床

1.8～3.0

当量载荷系数X,Y

轴承类型

Fa/FOR

单列轴承

双列轴承（或成对安装单列轴承）

名称

类型代号

Fa/Fr≤e

Fa/Fr>e

Fa/Fr≤e

Fa/Fr>e

深

沟

球

轴

承

0.014

0.028

0.056

0.084

0.11

0.17

0.28

0.42

0.56

0.19

0.22

0.26

0.28

0.30

0.34

0.38

0.42

0.44

0.56

2.30

1.99

1.71

1.55

1.45

1.31

1.15

1.04

1.00

0.56

2.3

1.99

1.71

1.55

1.45

1.31

1.15

1.04

1.00

角

接

触

球

轴

承

α=15

α=25

0.015

0.029

0.056

0.087

0.12

0.17

0.29

0.44

0.58

0.38

0.40

0.43

0.46

0.47

0.50

0.55

0.56

0.68

0.44

1.47

1.40

1.30

1.23

1.19

1.12

1.02

1.00

1.65

1.57

1.46

1.38

1.34

1.26

1.14

1.12

0.92

0.72

2.39

2.28

2.11

2.00

1.93

1.82

1.66

1.63

1.41

对于只承受纯径向载荷向心轴承其当量载荷为P=fPFr

对于只承受纯轴向载荷的推力轴承当量动载荷为P=fpFr

<3>滚动体的寿命计算

实验证明滚动轴承所承受的载荷P与寿命L有关系方程式为

P^εL10=常数，式中P为当量载荷,单位为N；L10为基本额定寿命，单位为10^6转；ε=3，对于滚子轴承ε=10/3。

基本额定载荷可以定义为P^εl10=C^e,因此滚动轴承的寿命计算基本公式为L10=（C/P）^ε

若给定转速下的工作小时数L10h=10^6/60n（C/P）^ε当轴承的工作温度100℃时，其基本额定动载荷C的值将降低，需要引入温度系数ft进行修正，得L10h=10^6/60n（ftC/P）^ε≥[Lh]。

温度系数ft

轴承工作温度/℃

100

125

150

175

200

225

250

300

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

o.60

轴承预期寿命[Lh]的参考值

机器种类

预期寿命/h

不经常使用的仪器及设备

500

航空发动机

500～2000

间断使用的机器

中断使用不至引起严重后果的手动机械、农业机械等

4000～8000

中断使用会引起严重后果的机械设备，如升降机、输送机、吊车等

8000～12000

每天工作8h的机器

利用率不高的齿轮传动、电机等

12000～20000

利用率较高的通风机、机车等

20000～30000

连续工作24h的机器

一般可靠性的空气压缩机、电机、水泵等

30000～50000

高可靠性的电站设备、给排水装置等

>100000

例如：

振动电机选用深沟球轴承，已知轴的直径d=50mm,转速为n=3000r/min；轴承所受径向载荷Fr=8000N，轴向载荷Fa=2150N，工作温度正常ft=1,由于振动电机无间歇运动要求轴承预期寿命[Lh]=2500小时试选择轴承型号

解：

<1>求当量载荷P根据公式P=fp（XFr+YFa）查表可得fp=1.1式中径向载荷系数X和轴向载荷系数Y要根据Fa/Fr的值查取。

Cor是轴承的径向额定静载荷，未选轴承型号前故用试算法计算。

根据表暂取Fa/Fr=0.056,则e=0.26。

由Fa/Fr=2150/8000=0.268>e,由表知X=0.56，Y=1.71则

P=1.1×（0.56×8000＋1.71×2150）N=8071N

<2>计算所需的径向额定动载荷由公式C=P/ft（60n[Lh]/10^6）^1/3

C=8071×（60×3000÷10^6×2500）^1/3N=56479N

<3>选用轴承型号查有关手册，根据d=50mm选择6130轴承，其

Cr=61800>56497，Cor=38000。

6130轴承的Fa/Cor=2150/38000=0.565,与初定值相近所以选用深沟球轴承6130合适。

例如:

工程机械的传动装置中根据工作条件决定采用一对向心接触球轴承（如图）,并初选轴承型号为7211AC。

已知轴承承受的载荷Fr1=3300N,Fr2=1000N,轴向载荷Fa=900N轴的转速n=1750r/min,轴承在常温下工作。

运转中受中等冲击轴承预期寿命11000h。

试问所选轴承型号是否恰当？

解：

<1>计算轴承的轴向力Fa1、Fa2由表可知7211AC轴承内部轴向力的计算公式为Fs=0.68Fr,Fs1=0.68×3300N=2244N方向如图所示

Fs2=0.68Fr2=0.68×1000N=680N方向如图所示，

因为Fs2＋Fa=680＋900=1580N

Fa1=Fs1=2244N,Fa2=Fs1－Fa=（2244－900）=1344N

<2>计算轴承的当量载荷P1、P2由表可知7211AC的e=0.68而Fa/Fc=2244/3300=0.68=eFa2/Fr2=1344/1000=1.344>e可知X1=1,

Y1=0；X2=0.41，Y2=0.87。

取fp=1.4则轴承的当量载荷为

P1=fp（X1Fr1＋Y1Fa1）=1.44×（3300＋2244）N=4620N

P2=fp（X2Fr2＋Y2Fa2）=1.4×（0.41×1000＋0.87×1344）=2211N

<3>计算轴承的寿命

因此两个轴承的型号相同，所以其中当量载荷大的寿命短。

P1>P2所以只需计算轴承1的寿命。

由表可知7211AC轴承的Cr=50500N,取ε=3、ft=1,则L10h=10^6/60n（ftCr/P）^ε

L10h=10^6/60×1750×（50500/4620）^3=12437h

由此可见轴承的寿命大于轴承的预期寿命，所以选轴承类型合适。

第四节滚动轴承的静强度计算

基本额定静载荷Co：

<1>基本额定静载荷是指轴承的最大载荷滚动体与滚道中心处引起一下接触应力时的载荷；调心轴承4600Mpa，所有其他型号的轴承为4200Mpa，滚子轴承为4000Mpa。

<2>当量静载荷Po向心轴承的径向当量载荷Po按下式计算

a=0的向心滚子轴承位Po=Fr,向心球轴承和α≠0的向心滚子轴承为Po=XoFr＋YoFa,Po=Fr式中Xo、Yo分别为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，取两式计算值较大值。

<3>静强度计算：

限制轴承产生较大的塑性变形的静强度计算公式为C0/P0≥S0式中S0为静强度安全系数，C0为基本额定静载荷，单位为N；P0为当量静载荷，单位为N

例如：

试对7205AC角接触轴承进行强度计算。

已知轴承所受轴向载荷Fa=1300N，径向载荷Fr=1800N，载荷系数fp=1.2工作转速n=460r/min,每天工作12小时。

解:

<1>计算当量载荷查手册得7205AC轴承的C0r=9880；由表的X0=0.5,Y0=0.38P0=X0Fr＋Y0Fa=（0.5×1800＋0.38×1300）=1394N

P0=Fr=1800N取两者中较大值为计算值即P0=1800N

<2>静强度校核:

由表可知对于旋转精度和平稳性要求高的轴承取S0=1.2～2.5C0r=9880/1800=5.5>S0所以轴承的强度足够。

第四章滚动轴承的选择及组合设计

第一节影响轴承承载能力

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