機械設計基礎第16章滾動軸承滾動軸承是標準件，由專業軸承廠集中生產。組成外圈內圈滾動體保持架16.1滾動軸承的基本類型和特點16.1.1滾動軸承的組成滾動體類型球圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針滾動軸承的主要優點：●摩擦阻尼小，啟動靈活；●可同時承受徑向和軸向載荷，簡化了支承結構；●徑向間隙小，還可用預緊方法消除間隙，因此回轉精度高；●互換性好，易于維護。缺點：●抗沖擊能力較差；●高速時噪聲大，壽命較低；●徑向尺寸大。16.1.2滾動軸承的特點1.按承載方向和公稱接觸角分向心軸承：0°≤α≤45°，主要承受徑向載荷；徑向接觸軸承——α＝0°的向心軸承；向心角接觸軸承——0°<α≤45°的向心軸承；16.1.3滾動軸承的基本類型推力軸承：45°<α≤90°，主要承受軸向載荷；軸向接觸軸承——α＝90°的推力軸承推力角接觸軸承——45°<α<90°的推力軸承2.按滾動體的種類可分為：球軸承和滾子軸承

前置代號

基本代號

后置代號

類型代號

尺寸系列代號

內徑代號16.2滾動軸承的代號16.2.1代號（1）類型代號2.基本代號用數字或字母表示

1—調心球軸承

3—圓錐滾子軸承

5—推力球軸承

6—深溝球軸承

7—角接觸球軸承

N—圓柱滾子軸承1.前置代號

用字母表示成套軸承的分部件，代號和含義參閱《機械設計手冊》

（2）尺寸系列代號

同一內徑的軸承有不同的寬度和外徑，故尺寸系列代號由軸承的寬度系列和直徑系列代號（2位數字）組成。寬度系列直徑系列0—窄

1—正常

2—寬

3、4—特寬

5、6—特寬0—特輕

1—特輕

2—輕

3—中

4—重

（3）內徑代號

內徑在20~495mm之間的軸承，其代號為d/5，其余見表16-5。3.后置代號

用于表示軸承的結構、公差及材料的特殊要求，用字母或數字表示；如：接觸角為150、250和400的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內部結構的不同。

又如：軸承的公差等級分別為2級、4級、5級、6x級、6級和0級，共6個級別，依次由高級到低級，其代號分別為：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6和/P0。1.根據載荷的大小及性質載荷大或沖擊大－選滾子軸承（線接觸）；載荷小或沖擊小－選球軸承（點接觸）；16.2.2類型的選擇徑向、軸向載荷－角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3)軸向載荷不大時，可用深溝球軸承2.根據載荷的方向純徑向載荷－選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N)純軸向載荷－選推力軸承（5或8）3.根據轉速的高低轉速高－選球軸承；轉速低－選滾子軸承；4.根據回轉精度精度要求高－選球軸承；5.根據調心性能軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點支承

——選調心軸承（“1”類或“2”類）；各滾動體上的受力情況如何：FaFaiFaj▲當軸承僅受到純軸向力Fa

作用時：載荷由各滾動體平均分擔，即：Fai＝Faj

16.3.1向心軸承中載荷的分布16.3滾動軸承的選擇計算接觸點產生彈性變形，內圈下沉δ，最多只有半圈滾動體受載。承載區各滾動體的變形量不同，受載大小也不同。對于點接觸軸承：對于線接觸軸承：滾動體與套圈滾道接觸點的接觸應力是變應力，因此：可看成脈動循環變應力。全部滾動體個數▲當軸承僅受到純徑向力Fr

作用時：16.3.2失效形式1.疲勞點蝕——最主要的失效形式

滾動體表面、套圈滾道都可能發生點蝕。

防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。接觸應力過大，元件表面出現較大塑性變形。2.塑性變形——低速軸承的主要失效形式原因是載荷過大或沖擊載荷作用。3.磨損、膠合、保持架斷裂等潤滑和密封不良將導致磨粒磨損和粘著磨損。

使用維護不當或受到沖擊而引起套圈、保持架破裂，屬于非正常失效。16.3.3軸承壽命1.軸承壽命

軸承中任一元件出現疲勞點蝕前所經歷的總轉數或總工作小時數。2.基本額定壽命

一批相同的軸承，在相同的條件下運轉，其中90％的軸承不發生疲勞點蝕前所經歷的總轉數或總工作小時數。用L或Lh

表示。90％10％完好按額定壽命選用軸承，可靠性為90％。注意：額定壽命隨運轉條件而變化。比如：外載增大，額定壽命降低。因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。3.基本額定動載荷

規定軸承在額定壽命為106轉時，所能承受的最大載荷，稱為基本額定動載荷，用C表示。即：在C的作用下，運轉106轉時，有10％的軸承出現點蝕，90％的軸承完好。額定動載荷越大軸承的承載能力越大對于具體軸承，C為定值，按手冊查取。Cr

－向心軸承的基本額定動載荷，稱為徑向額定動載荷。Ca

－推力軸承的基本額定動載荷，稱為軸向額定動載荷。

當工作溫度變化（高于120℃）或材質變化時，C值會變化，用溫度系數ft修正：對于向心軸承，C為徑向力；對于推力軸承，C為軸向力。但軸承可能同時承受徑向載荷Fr

和軸向載荷Fa。FaFr為了與C在相同的條件下進行比較，引入當量動載荷的概念。當量動載荷：一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效。用P表示。計算式：X

－徑向系數Y

－軸向系數查表16-114.當量動載荷PX、Y的作用是將Fr、Fa折合成當量動載荷。實際工作條件下，需引入載荷系數fP（表16-9）修正P：X、Y取決于：Fa/Fr和參數e。若：Fa/Fr＞e

X≠0、Y≠0若：Fa/Fr≤e

X

＝1、Y

＝0參數e根據Fa/C0確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力。基本額定靜載荷對于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：對于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：或：5.基本額定壽命計算目的—根據工作條件和設計要求，選擇合適的軸承。載荷與額定壽命的關系曲線：式中：P為當量動載荷；L為P作用下的額定壽命。ε為壽命指數，球軸承ε

＝3，滾子軸承ε

＝10/3。所以：實際計算時，常用小時數表示軸承的額定壽命：或：－已知軸承的C，計算額定壽命－根據預期壽命Lh′，計算所需的C′

當載荷為額定動載荷C時：壽命計算時，應滿足：或：16.3.4角接觸軸承中的附加軸向力由于角接觸軸承受徑向載荷后會產生相應的附加軸向力，所以應成對使用1.角接觸軸承的內部軸向力Fs向心角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）受純徑向載荷作用后，會產生內部軸向分力Fs

。O

－支反力作用點，即法線與軸線的交點。表16-12給出了Fs

的近似計算方法。內部軸向力：注意Fs的方向2.角接觸軸承的排列方法一般有兩種安裝形式：●

正裝－面對面安裝兩軸承外圈的窄邊相對，即內部軸向力指向相對。●

反裝－背靠背安裝兩軸承外圈的寬邊相對，即內部軸向力指向相背。正裝時跨距短，軸剛度大；反裝時跨距長，軸剛度小；3.角接觸軸承的軸向載荷Fa當外載既有徑向載荷又有軸向載荷時，角接觸軸承的軸向載荷Fa

＝？要同時考慮軸向外載FA和內部軸向力

Fs。①軸承正裝●

若Fs1+FA>Fs2Fs1Fs2FAFa圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內圈與軸視為一體）：12軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，但外圈被固定，使得

Fs2和△Fa

都是右軸承所受的力，故：使軸向力平衡，故：右軸承被壓緊，會產生反力△Fa，而左軸承被放松，Fr1Fr2合力即：（壓緊端）（放松端）●

若Fs1+FA<Fs2Fs1Fs2FAFa’12軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，

Fs1和△Fa′

都是左軸承所受的力，故：使軸向力平衡：故：左軸承被壓緊，會產生反力△Fa′，而右軸承被放松，即：（壓緊端）（放松端）合力FAFa′Fs1Fs212②軸承反裝●

若Fs2+FA>Fs1軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，左軸承被壓緊，會產生反力△Fa′，使軸向力平衡：∴（壓緊端）（放松端）FAFaFs1Fs212軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，右軸承被壓緊，會產生反力△Fa，使軸向力平衡：●

若Fs2+FA<Fs1，（放松端）（壓緊端）∴歸納如下：根據排列方式判明內部軸向力Fs1、Fs2的方向；判明軸向合力指向及軸可能移動的方向，分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”；“放松”端的軸向載荷等于自身的內部軸向力，“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身內部軸向力外其它軸向力的代數和。對于能夠承受少量軸向力而α＝0的向心軸承：（如深溝球軸承）FAFr1Fr2因為：α＝0,Fs1＝0，Fs2＝0所以：Fa＝FA圖中：Fa1＝0Fa2＝FA16.3.5滾動軸承的靜載荷計算目的—防止軸承元件發生塑性變形針對低速或受較大沖擊載荷作用的軸承1.基本額定靜載荷C0：該性能參數——限制塑性變形的極限載荷值對向心軸承為C0r－徑向額定靜載荷對推力軸承為C0a－軸向額定靜載荷調心球軸承——4600MPa

指軸承最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起以下接觸應力時所相當的假想徑向靜載荷或中心軸向靜載荷：所有其他球軸承——4200MPa所有滾子軸承——4000MPa靜強度條件

：P0

－當量靜載荷S0

－靜強度安全系數2.當量靜載荷P0

：

同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承，應按當量靜載荷進行分析計算。α≠0的向心軸承（深溝球軸承、角接觸球軸承、調心軸承）查手冊，取大值α=0的向心軸承（圓柱滾子軸承、滾針軸承）：α=900的推力軸承（推力球軸承、推力滾子軸承）：α≠0的推力調心滾子軸承軸承，當Fr≤0.55Fa時：3.靜強度計算徑向系數軸向系數一般工作條件的軸承轉速極低或僅作緩慢擺動的軸承—進行壽命計算，防止點蝕破壞—靜強度計算—按靜強度計算，防止塑性變形16.3.6滾動軸承的計算準則高速運轉的軸承—進行壽命計算—驗算極限轉速③固體潤滑劑——二硫化鉬，石墨2.潤滑劑①潤滑油——植物油，礦物油，動物油主要指標：粘度、油性、凝點、閃點、酸值等②潤滑脂——鈣基、鈉基、鋰基潤滑脂主要指標：針入度，滴點1.潤滑的目的減少摩擦磨損、冷卻、吸振、防銹16.4滾動軸承的潤滑和密封油潤滑：高速時脂潤滑：低速時。裝填量不超過軸承空間的1/3～1/2，裝脂過多，易于引起摩擦發熱，影響軸承的正常工作固體潤滑：特殊情況下（高溫、真空等）油潤滑：浸油（飛濺）潤滑滴油潤滑噴油潤滑油霧潤滑

根據速度及軸承類型選擇。3.潤滑類型密封型式接觸式密封非接觸密封★轉速不高時用接觸式密封★轉速較高時用非接觸式密封4.密封目的：防塵、防水、防止潤滑劑流失氈圈密封皮碗密封油溝密封迷宮密封接觸式密封氈圈密封v＜5m/s，結構簡單。壓緊力不能調整。用于脂潤滑皮碗密封v＜4m/s~12m/s，實驗方便，密封可靠。用于油潤滑非接觸密封組合設計的內容包括：①固定②調整③配合與裝拆④潤滑與密封

組合設計合理與否將影響軸系的受力、運轉精度、軸承壽命及機器性能。重點：軸承的固定方法和調整。16.5滾動軸承的組合結構設計16.5.1軸承的固定

軸的支撐結構對整個軸系起固定作用，承受軸向力，防止軸系發生軸向躥