轴承设计手册

轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,并承受载荷。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。径向滑动轴承推力滑动轴承滚动轴承（向心轴承）滚动轴承（推力轴承）第15章轴承§15—1滚动轴承的构造，类型及特点一、滚动轴承的构造内圈、外圈、滚动体、保持架滚动轴承依靠滚动体与轴承座圈间的滚动接触来工作，用于支撑旋转零件或摆动零件。内圈：内圈装在轴颈上，与轴一起转动。外圈：外圈装在机座或零件的轴承孔内。多数情况下，外圈不转动。滚动体：当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架：保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。(各类滚动体)滚动轴承的特点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，常用材料有GCrl5、GCrl5SiMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60-65HRC。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。滚动轴承的材料二、滚动轴承的类型与特点球轴承—滚子轴承—点接触，承载能力低，极限转速高。线接触，承载能力高，极限转速低。6深沟球轴承L四点接触球轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型QJ调心球轴承1000调心滚子轴承2000圆锥滚子轴承3000双列深沟球轴承4000推力球轴承5000深沟球轴承6000角接触球轴承7000推力圆柱滚子轴承8000圆柱滚子轴承N一、滚动轴承的代号§15—2滚动轴承的代号及类型选择前置代号基本代号后置代号轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其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五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。类型代号为字母时与后数字空半格1、基本代号（1）轴承类型基本代号右起五位轴承类型代号轴承类型代号双列角接触球轴承0深沟球轴承6调心球轴承1角接触球轴承7调心滚子轴承和推力调心滚子轴承2推力圆柱滚子轴承8圆锥滚子轴承3圆柱滚子轴承N双列深沟球轴承4外球面球轴承U推力球轴承5四点接触球轴承QJ宽度系列——右起第四位数字0~9（2）尺寸系列基本代号右起三、四位宽度系列在前，直径系列在后801234567912特窄窄正常宽特宽特低低正常向心轴承宽度增加推力轴承高度增加但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。直径系列——右起第三位数字0~9789012345超轻特轻轻中重特重直径增加（3）轴承的内径——右起一二位数字a)d=10,12,15,17mm时代号00010203b)d=20~480mm时d=代号×5(mm)c)d10mm，d500mm，d=22，28，32mm时代号=内径尺寸直径代号/内径代号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LN207K——轴承的滚动体与保持架组件K81107R——不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU2073、后置代号——轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等（1）内部结构代号C、AC、B——角接触球轴承的接触角152540（2）密封、防尘与外部形状变化代号（3）轴承的公差等级精度高————————————→低代号/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、/P0公差等级2456X60—普通级可省略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。（4）轴承的径向游隙（5）保持架代号游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。游隙值：小大将滚动轴承的一个套圈固定,另一个套圈沿径向的最大活动量,称为径向游隙;沿轴向最大活动量,称为轴向游隙。游隙:径向游隙轴向游隙轴承中的滚动体与内、外滚道之间的间隙；分为径向游隙和轴向游隙：6308：6─深沟球轴承，3─中系列，08─内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N105/P5：7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=15°；30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；工作载荷、转速、支承刚性、安装精度1）n高，载荷小，旋转精度高→球轴承n低，载荷大，或冲击载荷→滚子轴承2）主要受Fr→向心轴承（径向接触轴承）主要受Fa，n不高时→推力轴承（轴向接触轴承）n高时→角接触球轴承或深沟球轴承二.滚动轴承的类型选择同时受Fr和Fa均较大时——圆锥滚子轴承3类（n较低时）Fr较大，Fa较小时Fa较大，Fr较小时——深沟球轴承——深沟球轴承+推力球轴承推力角接触轴承——角接触球轴承7类（n较高时）3）要求nnlim——极限转速球轴承极限转速高滚子轴承极限转速低推力轴承极限转速低4）轴的刚性较差，轴承孔不同心——调心轴承5）便于装拆和间隙调整——内、外圈不分离的轴承6）3、7两类轴承应成对使用，对称安装7）旋转精度较高时——较高的公差等级和较小的游隙8）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承9)要求支承刚度高时——滚子轴承1、受力分析1)受轴向载荷Fa各滚动体平均分担2)受径向载荷Fr上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力一、滚动轴承失效形式及计算准则§15—3滚动轴承的寿命计算滚动体,内圈——不稳定脉动循环变应力固定套圈——稳定的脉动循环变应力进入非承载区进入承载区Q,HQ,HTT进入非承载区进入承载区Q,HQ,HTT详细分析详细分析2、主要失效形式：1）疲劳点蚀安装润滑和维护良好更多的失效2）塑性变形转速很低或作间歇摆动3）磨损润滑不良、密封不严、多尘条件滚动轴承的失效形式3、轴承寿命计算准则：一般轴承——疲劳寿命计算（针对点蚀）,静强度计算(针对塑性变形)低速或摆动轴承——只进行静强度计算高速轴承——进行疲劳寿命计算、校验极限转速。二、滚动轴承的承载能力计算（寿命计算）1、滚动轴承的基本额定寿命与可靠度寿命：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，或恒定转速下的总工作小时数。与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的可靠度：在同一条件下运转的一组近于相同的轴承所能达到或超过某一规定寿命的百分率。1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承不出现疲劳点蚀时的总转数或在给定转速下工作的小时数，用L10或Lh表示。2、基本额定动载荷：一批同型号的轴承基本额定寿命为1(106转)时轴承所承受的载荷，用C表示。对径向接触轴承(6,7,3)C=径向载荷Cr表示；对推力轴承C=轴向载荷Ca表示；C=载荷径向分量Cr表示；C（100°c）可查手册得到CP1P2O1L1L2L10(10r)6P(N)PL10=常数角接触球轴承圆锥滚子轴承3、滚动轴承的寿命计算公式CP1P2O1L1L2L10(10r)6P(N)PL10=常数载荷与寿命的关系CLP10=3球轴承=10/3滚子轴承——寿命指数110CLP)(10PCL)(16670)(60106PCnPCnLh代入一组数据求解P=CL10=1（106r）或P:轴承当量动载荷)(10PfCfLpt)(16670PCfnLth16670''htnLfPC当工作t100℃时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降，∴引入温度系数ft当P、n已知，预期寿命为Lh'，则要求选取的轴承的额定动载荷为——选轴承型号和尺寸——校核轴承寿命Lh≥L'hCC'三、滚动轴承的当量动载荷P1、对只能承受径向载荷Fr的轴承（6，N、NA轴承）P=fPFR3．同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承2、对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）P=fPFAP=fP（XFR+YFA）fP——载荷系数X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算1、内部轴向力大小方向圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C(a=15º)70000AC(a=25º)70000B(a=40º)S=Fr／(2Y)S=eFrS=0.68FrS=1.14Fr方向：由外圈宽端面指向窄端面支反力作用点偏向窄端面一侧a)正装（面对面）S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2适合于传动零件位于两支承之间b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端二内部轴向力相对二内部轴向力相背2、实际轴向载荷FA的确定S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2（1）当12SSFa轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”轴承1上的内部轴向力由S1增大到Fa+S2,阻止轴左移轴承2上的轴向力为21SFFaA22SFA∴轴承1的实际轴向载荷为S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2（2）当12SSFa轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”轴承2上的内部轴向力由S2增大到S1-Fa,阻止轴右移∴轴承2实际所受的轴向力为aAFSF12轴承1实际所受的轴向力为11SFA结论：——实际轴向力Fa的计算方法1）分析轴上内部轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身内部轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的内部轴向力向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法也可以归纳为：就一个支点的轴承而言，对比其本身内部轴向力与外加轴向力（另一支点的内部轴向力与外加轴向力之合力），其较大者为该轴承的轴向力。五、滚动轴承的静强度计算对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限—基本额定静载荷，用C0表示。000PSC式中：P0—当量静载荷，S0—静强度安全系数其值查表11—14当量静载荷P0计算：对于α=0°的向心滚子轴承：P0=Fr对于角接触轴承：P0r=X0Fr+Y0FaP0r=Fr取上式中的P0较大值。X0、Y0——静径向和轴向载荷系数——教材表11—13选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径滚动轴承选择的一般过程如下：对没有严格要求的轴承可不进行寿命计算END进行寿命计算合格不合格对有较严格要求的轴承滚动轴承寿命计算的过程由力分析确定轴承所承受的FR与FA计算当量动载荷P=XFR+YFA明确轴承的工作转速n与预计寿命与C比较计算轴承应满足的基本额定动载荷/116670''