滾動軸承設計第1頁，課件共70頁，創作于2023年2月

滾動軸承依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉動零件，具有摩擦阻力小、起動容易、效率高等優點，因而在各種機械中得到廣泛的應用。滾動軸承已標準化，在一般機械設計中，只需根據具體工作條件正確地選擇軸承的類型和尺寸，并進行軸承組合設計。

第2頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸減速器軸承軸承的作用:支承軸和軸上零件第3頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸頸軸頸滾動軸承滾動軸承軸承蓋軸承蓋第4頁，課件共70頁，創作于2023年2月型號（尺寸）選擇——重點類型選擇本章的主要內容：1．滾動軸承選擇難點：角接觸軸承軸向載荷FA的確定軸承壽命計算——重點2．滾動軸承部件組合設計包括軸承內外圈固定、間隙調整、軸承配合、軸承裝拆、潤滑與密封等——

重點第5頁，課件共70頁，創作于2023年2月一、滾動軸承的基本結構

滾動軸承(rollingbearing)的基本結構由外圈、內圈、滾動體(rollingelement)和保持架(cage)組成。外圈—裝在軸承座孔內，一般不轉動。內圈—裝在軸頸上，隨軸轉動。滾動體—滾動軸承的核心元件。保持架—將滾動體均勻隔開，避免摩擦。§20-1概述第6頁，課件共70頁，創作于2023年2月球圓柱滾子滾針球面滾子圓錐滾子常用的滾動體形狀

第7頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸承內徑d——軸承內圈孔徑，它與軸頸直徑相同，是軸承公稱直徑；軸承寬度B——

軸承兩端面之間的軸向距離。

軸承外徑D——軸承外圈外徑，它與軸承座孔直徑相同；滾動軸承的主要尺寸DdB第8頁，課件共70頁，創作于2023年2月

接觸角是滾動軸承的一個主要參數，滾動軸承的分類以及受力分析都與接觸角有關。

二、滾動軸承的主要類型

軸承的公稱接觸角α:滾動體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面之間的夾角，反映軸承承受軸向載荷的能力。公稱接觸角(nominalcontactangle)越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。α第9頁，課件共70頁，創作于2023年2月各類球軸承的接觸角軸承類型向心軸承：主要承受徑向負荷

推力軸承：主要承受軸向負荷

徑向接觸

向心角接觸推力角接觸

軸向接觸

公稱接觸角α

α=00

00<α≤450

450<α<900

α=900

圖例

ααα第10頁，課件共70頁，創作于2023年2月按軸承所能承受的載荷方向或公稱接觸角的不同分為：徑向接觸軸承，α=00。1．向心軸承：主要承受徑向載荷向心角接觸軸承00≤α≤450。2．推力軸承：主要承受軸向載荷軸向接觸軸承α=900。推力角接觸軸承450＜α＜900。向心軸承α推力軸承α第11頁，課件共70頁，創作于2023年2月滾動軸承的主要類型和特點1.調心球軸承——主承徑向負荷FR，也能承受少量的雙向軸向負荷FA，具有調心性能，θ=0.50~20

。FRFAFAFRFAFA2.調心滾子軸承——主承徑向負荷FR也能承受少量的雙向軸向負荷FA，具有調心性能，θ=0.50~20

類型代號：（10000）類型代號：（20000）第12頁，課件共70頁，創作于2023年2月FRFAFAFRFA結構特點：內外圈可分離；3.推力調心滾子軸承——可承很大的軸向負荷FA和一定徑向負荷FR，具有調心性能，允許軸線偏20~30。使用要求：成對使用。類型代號：（30000）4.圓錐滾子軸承——能承受較大的徑向負荷FR和單向的軸向負荷FA。類型代號：（29000）α第13頁，課件共70頁，創作于2023年2月正裝（面對面安裝）圓錐滾子軸承安裝形式一：安裝形式簡圖：第14頁，課件共70頁，創作于2023年2月反裝（背對背安裝）圓錐滾子軸承安裝形式二：反裝簡圖第15頁，課件共70頁，創作于2023年2月松圈松圈5.推力球軸承51000——單向推力球軸承，只能受單向FA類型代號：（50000）52000——雙向推力球軸承，能受雙向FAFA5100052000緊圈結構特點：由緊圈（內孔較小，裝在軸上）松圈（內孔較大，裝在機座上）和滾動體組成，套圈與滾動體可分離。承載類型——只能受軸向負荷FA松圈緊圈滾動體FAFA第16頁，課件共70頁，創作于2023年2月6.深溝球軸承

承載類型——能同時承受徑向負荷FR

與單向軸向負荷FAFRFAFAFRFA承載類型——主要承受徑向負荷FR，也可同時承受少量雙向軸向負荷FA類型代號：（60000）7.角接觸球軸承類型代號：（70000）使用要求：成對使用α第17頁，課件共70頁，創作于2023年2月正裝（面對面安裝）角接觸軸承安裝形式一：正裝簡圖第18頁，課件共70頁，創作于2023年2月反裝（背對背安裝）角接觸軸承安裝形式二：反裝簡圖第19頁，課件共70頁，創作于2023年2月8.圓柱滾子軸承FR承載類型——只能承受徑向負荷FR，不能承受軸向負荷。結構特點：內外圈可分離類型代號：外圈無擋邊圓柱滾子軸承（N0000）雙列圓柱滾子軸承（NN0000）FRN0000NN0000FRNA00009.滾針軸承類型代號：（NA0000）結構特點：內外圈可分離，可以沒有保持架。承載類型——只能承受徑向負荷FR，不能承受軸向負荷。第20頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸承代號組成：由基本代號、前置代號、后置代號構成。三、滾動軸承的代號軸承代號前置代號

后置代號

×（數字或字母）×（數字）×（數字）××（數字）

類型代號尺寸系列代號內徑代號向心軸承推力軸承直徑系列代號寬度系列代號高度系列代號結構形狀尺寸公差技術要求

成套軸承分部件基本代號

第21頁，課件共70頁，創作于2023年2月1、基本代號調心球軸承——

1（1）類型代號

調心滾子軸承——

2推力調心滾子軸承——

2圓錐滾子軸承——

3推力球軸承——

5深溝球軸承——

6角接觸球軸承——7圓柱滾子軸承——

N滾針軸承——

NA第22頁，課件共70頁，創作于2023年2月（2）尺寸系列代號直徑系列代號向心軸承推力軸承寬度系列代號高度系列代號0（窄）1（正常）2（寬）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）尺寸系列代號2（輕）021222729212223（中）031323739313234（重）04142474941424第23頁，課件共70頁，創作于2023年2月d02031324DDDBBBB同一公稱內徑d，不同尺寸系列軸承的外徑D和寬度B變化情況第24頁，課件共70頁，創作于2023年2月（3）軸承公稱內徑代號d<20mm的軸承d=10mm軸承——代號：00d=12mm軸承——代號：01d=15mm軸承——代號：02d=17mm軸承——代號：03d=20mm～480mm的軸承：d為：22、28、32及d>500mm以上軸承——

代號：（/內徑毫米）直接表示第25頁，課件共70頁，創作于2023年2月×（數字或字母）×（數字）×（數字）××

（數字）

類型代號尺寸系列代號內徑代號向心軸承推力軸承直徑系列代號寬度系列代號高度系列代號1、基本代號

圓錐滾子軸承:3推力球軸承:5深溝球軸承:6角接觸球軸承:7圓柱滾子軸承:N窄:0正常:1寬:2特低：7低：9正常：1（單向）正常：2（雙向）輕：2中：3重：4特寬：3特寬：4特寬：5特寬：6d<20mm的軸承d=10mm代號：00d=12mm代號：01d=15mm代號：02d=17mm代號：03d=20mm～480mm的軸承d為：22、28、32及d>500mm以上軸承代號：/內徑毫米表示特輕：0特輕：1調心球軸承:1調心滾子軸承:2推力調心滾子軸承:29滾針軸承:NA第26頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、后置代號后置代號12345678內部結構

密封與防塵套圈變型

保持架及材料軸承材料公差等級

游隙配置其他C：角接觸球軸承，α=150

AC：角接觸球軸承，α=250

B：角接觸球軸承，α=400

B：圓錐滾子軸承，接觸角加大E：加強型/P0：0級（省略不標）/P6：6級/P6X：6X級/P5：5級/P4：4級/P2：2級第27頁，課件共70頁，創作于2023年2月6（0）2

06

（/P0）3

32

15

E（/P0）公差等級為0級加強型軸承內徑d=75mm尺寸系列3，2為特寬輕系列圓錐滾子軸承解答：軸承內徑d=30mm尺寸系列（0）2,為窄輕系列深溝球軸承公差等級為0級

例1：試說明軸承代號6206、33215E、7312C及52412/P6的含義。第28頁，課件共70頁，創作于2023年2月7（0）3

12

C（/P0）5

14

10

/P6公差等級為6級軸承內徑d=50mm尺寸系列14,為正常高度、重系列單向推力求軸承解答：軸承內徑d=60mm尺寸系列（0）3,為窄中系列深溝球軸承公差等級為0級α=150

例1：試說明軸承代號6206、33215E、7312C及52412/P6的含義。第29頁，課件共70頁，創作于2023年2月四.滾動軸承類型的選擇承輕、中及較小波動載荷的場合——選球軸承承重及較大波動的載荷的場合——選滾子軸承一）根據軸承所受的載荷選載荷的大小、性質載荷的方向深溝軸承（6類）圓柱滾子軸承（N類）及滾針軸承（NA類）純徑向負荷可選用純軸向負荷——可選用推力軸承（5類）同時受徑向負荷和軸向負荷時徑向負荷為主——可用深溝球軸承（6類）徑向負荷，軸向負荷都很大角接觸球軸承（7類）圓錐滾子軸承（3類）可用推力調心滾子軸承（29類）也可用圓柱滾子N類（或深溝球軸承6類）與推力軸承（5類）聯合使用。軸向負荷很大徑向負荷較小第30頁，課件共70頁，創作于2023年2月轉速較高、負荷較小或要求旋轉精度較高時——宜選用球軸承轉速較低、負荷較大或有沖擊載荷時——宜選用滾子軸承二）軸承的轉速當兩軸承座孔同心度難以保證，或軸受載后撓曲變形較大時，應選用調心球軸承或調心滾子軸承。三）調心性能的要求四）安裝和拆卸方便一般，球軸承價格最低，滾子軸承比球軸承價格高。軸承精度愈高，則價格愈高，選擇軸承時，在滿足工作要求的前提下，應使成本最低。當軸承座不是剖分式而必須沿軸向安裝和拆卸軸承時，應優先選用內外圈可分離的軸承五）考慮經濟性第31頁，課件共70頁，創作于2023年2月調心軸承簡圖第32頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸孔不平行調心軸承支承情況軸孔不平行普通軸承支承情況第33頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸孔不同軸調心軸承支承情況軸孔不同軸普通軸承支承情況第34頁，課件共70頁，創作于2023年2月受載撓曲變形調心軸承支承情況受載撓曲變形普通軸承支承情況第35頁，課件共70頁，創作于2023年2月§20—2滾動軸承的載荷、應力、失效形式和設計準則一．滾動軸承的受力及應力分析（以深溝球軸承為例）δFR當深溝球軸承承受徑向力FR時，由于各接觸點存在著彈性變形，使內圈沿FR方向下移一距離δ。只有下半圈滾動體受載，上半圈動體不受載。沿FR作用線上滾動體受載最大（FQ），而鄰近的滾動體受載逐漸減小（FQ>FQ1>FQ2)FQ2FQFQ1FQ1FQ2

一）受力分析第36頁，課件共70頁，創作于2023年2月二）軸承工作時元件上應力的變化滾動體——當滾動體進入承載區后，所受負荷就由零逐漸增大到最大，然后，再逐漸減小到直至零。因此，對滾動體某一點而言，它的應力是周期性不穩定變化的。轉動的內圈——其上各點的受載情況類似于滾動體。因此，旋轉圈上任一點的應力是周期性不穩定變化的。固定的外圈——各點所受應力隨位置不同而大小不同，對位于承載區內的任一點，當每個滾動體滾過一次便受載一次，而所受負荷和應力的最大值是不變的，承受穩定的脈動循環應力。滾動軸承工作時，一般是內圈轉動，外圈固定。σHt0σHt0σHt0通過承載區時間通過非承載區時間通過承載區時間通過非承載區時間滾動體應力的變化內圈應力的變化外圈應力的變化第37頁，課件共70頁，創作于2023年2月1．疲勞點蝕滾動軸承工作時，由于它的內圈、外圈和滾動體上任意點的接觸應力都是變化的，工作一定時間后，其接觸表面就可能發生疲勞點蝕。點蝕發生后，噪聲和振動加劇，發熱嚴重，致使軸承失效。一般在安裝、潤滑和密封正常的情況下，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。二.滾動軸承的失效形式及計算準則一）失效形式2．塑性變形轉速很低或間歇往復擺動的軸承，一般不會發生疲勞點蝕，但在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使套圈滾道和滾動體接觸處的局部應力超過材料的屈服極限，以致表面出現塑性變形（凹坑），運轉精度降低，并會出現振動和噪聲而不能正常工作

3．磨損在潤滑不良和密封不嚴的情況下，軸承工作時易發生磨損。轉速愈高，磨損愈嚴重。軸承磨損后會降低旋轉精度，甚至失效。

第38頁，課件共70頁，創作于2023年2月對一般工作條件下的回轉滾動軸承——經常發生點蝕，主要進行壽命計算，必要時進行靜強度校核；對于不轉動、擺動或轉速低（n≦10r/min）的軸承，要求控制塑性變形，只需進行靜強度計算；對于高速軸承——由于發熱而造成的粘著磨損、燒傷常常是突出的矛盾，除進行壽命計算外，還需校驗極限轉速。二）計算準則第39頁，課件共70頁，創作于2023年2月

基本額定壽命(basicratinglife)：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轉過的總轉數，用L10表示，或用一定轉速下運轉的總小時效Lh表示。

§20—3滾動軸承的壽命計算目的：防止軸承在預期工作時間內產生疲勞點蝕破壞。

壽命：指軸承中任一滾動體或內、外圈滾道上出現疲勞點蝕前所經歷的總轉數或在一定轉速下所工作的工作小時數。第40頁，課件共70頁，創作于2023年2月一、滾動軸承壽命計算的基本公式P—當量動載荷，N；L10—基本額定壽命，(r)；ε—壽命指數，球軸承ε＝3，滾子袖承ε＝10／3。

標準規定，在基本額定壽命L＝(106r)，軸承能承受的載荷值稱為基本額定動載荷，用C表示。則公式可寫成PεL10＝Cε

×106，故得：

PεL10=常數第41頁，課件共70頁，創作于2023年2月n—軸承的工作轉速，r／min；L10—基本額定壽命，r；C—基本額定動載荷，N。當t≤1200時，C值可查有關手冊；當t>120℃時，需引入溫度系數ft來修正C值，則Ct＝C×ft，ft可查表20—8。L10=106

或第42頁，課件共70頁，創作于2023年2月二、滾動軸承的當量動載荷

滾動軸承可能同時承受徑向和軸向復合載荷，為了計算軸承壽命時能和基本額定動載荷在相同條件下比較，需要將此復合載荷下的實際工作載荷轉化為徑向當量動載荷（當量動載荷），其計算式為P=XFR+YFAFR—名義徑向載荷；FA—名義軸向載荷；X、Y—徑向動載荷系數和軸向動載荷系數，查表20-10。

計算載荷：P=fP(XFR+YFA)第43頁，課件共70頁，創作于2023年2月三、角接觸球軸承及圓錐滾子軸承軸向載荷FA的計算

當圓錐滾子軸承只承受徑向載荷FR，有一接觸角，將產生一個內部軸向力FS。FS的方向總是沿著內圈和滾動體對外圈脫離的方向。軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承α=150α=250α=400Fs0.5FR0.7FR1.1FRFR/2Y第44頁，課件共70頁，創作于2023年2月角接觸球軸承及圓錐滾子軸承軸向載荷FA的計算軸承I和Ⅱ為面對面安裝，作用于軸上各軸向力如圖。分析：

(1)FS1＋FA＞FS2：則軸有向右移動的趨勢，使軸承Ⅱ“壓緊”，軸承I“放松”。由力的平衡關系，軸承的Ⅱ外圈上必有一個向左的附加軸向平衡力ΔFS。或ΔFS＝FS1＋FA－FS2FS1＋FA＝FS2＋ΔFS，由此得兩軸承的軸向力分別為：FAIIIFs1Fs2Fs2△Fs

FS1＋FA＞FS2

第45頁，課件共70頁，創作于2023年2月由此得兩軸承的軸向力分別為：(2)FS1＋FA＜FS2：則軸有向左移動的趨勢，使軸承I“壓緊”，軸承Ⅱ“放松”。同理，軸承I的外圈上必有一個向右的附加軸向平衡力ΔFS‘。FS1＋FA＋ΔFS‘＝FS2

或ΔFS‘＝FS2－FA－FS1Fs1+FA＜Fs2IIIFs2Fs1Fs1△Fs第46頁，課件共70頁，創作于2023年2月計算軸向力的方法可歸納如下：1）判明軸上全部軸向力（包括外載荷和內部軸向力）合力的指向，確定“壓緊”端和“放松”端軸承；3）“放松”端軸承的軸向力等于它本身的內部軸向力。

2）“壓緊”端軸承的軸向力等于除本身的內部軸向力外其他所有軸向力的代數和；第47頁，課件共70頁，創作于2023年2月§20—4滾動軸承裝置設計為了保證軸承的正常工作，除了正確選擇軸承的類型和尺寸外，還要合理地進行軸承部件的組合設計。潤滑和密封軸承的固定調整預緊配合裝拆軸承裝置的設計，要解決的問題：第48頁，課件共70頁，創作于2023年2月1、兩端固定式一、滾動軸承的軸向固定目的：防正軸向竄動，保證滾動體不至于因軸受熱膨脹而卡住。

常用于普通工作溫度下的短軸（跨距L≤400mm）。由兩個支承各限制軸沿著一個方向的軸向移動，即限制軸的雙向移動。為使軸的伸長不致引起附加應力，在軸承蓋與外圈端面之間留出熱補償間隙C＝0.2～0.4mm。第49頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、一端固定，一端游動式——之一

用于軸較長或工作溫度較高時，軸的伸縮量大，為了補償較大的熱膨脹，采用一端固定，一端游動式。固定端軸承外圈與端蓋間留適當的間隙游動端第50頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、一端固定，一端游動式——之二固定端一對角接觸球軸承游動端圓柱滾子軸承軸承外圈與端蓋間不需留有間隙，但軸承外圈應作雙向固定，以保證內圈和滾子相對于外圈作較大的軸向移動。第51頁，課件共70頁，創作于2023年2月二、滾動軸承裝置的調整1、軸承間隙的調整

（1）調整墊片（2）調節螺釘

第52頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、軸系部件位置的調整

目的：使軸上零件得到準確助工作位置。軸承端蓋和箱體之間的墊片用來調整軸承間隙；套杯和機體之間的墊片則用來調整小圓錐齒輪的軸向位置。

第53頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、軸系部件位置的調整

調軸系位置調軸承間隙第54頁，課件共70頁，創作于2023年2月三、動軸承的預緊1、利用金屬墊片在內圈或外圈之間置以不同厚度的墊片

“背對背”安裝時，在兩外圈間置一薄墊片

“面對面”安裝時，將墊片置于兩內圈之間消除游隙、在套圈和滾動體接觸處產生彈性預變形，以提高軸的旋轉精度和剛度。第55頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、采用磨窄內（或內）圈來預緊

“背對背”安裝時，磨窄內圈“面對面”安裝時，磨窄外圈磨內圈磨外圈第56頁，課件共70頁，創作于2023年2月外圈與座孔：采用基軸制。J7、J6、H7、G7。四、滾動軸承裝置的配合及裝拆1、滾動軸承的配合

軸承的配合，應根據軸承的類型、尺寸、載荷、轉速以及內外圈是否轉動來確定。內圈與軸頸：采用基孔制。n6、m6、k6、js6。2、滾動軸承的裝拆軸肩高度通常不大于內圈高度的3/4，過高不便于軸承拆卸；否則，須在軸上制出溝槽以形成拆卸用的空間。

第57頁，課件共70頁，創作于2023年2月軸承拆卸軸肩處開槽結構2、滾動軸承的裝拆第58頁，課件共70頁，創作于2023年2月五、滾動軸承裝置的潤滑和密封1、滾動軸承的潤滑目的：減少摩擦阻力和減輕磨損，也有吸振、冷卻、防銹和減少噪聲。常用潤滑劑：潤滑脂和潤滑油兩種。按速度因數Dmn來決定。

Dmn＜2×105～3×105mm·r／min：潤滑脂潤滑。

Dmn＞6×105mm·r／min：噴油或油霧潤滑。Dm：軸承的平均直徑，mm；n：軸承轉速，r／min第59頁，課件共70頁，創作于2023年2月2、滾動軸承的密封目的：阻止潤滑劑從軸承中流失和防止外界灰塵、水分等侵入軸承。（1）接觸式密封用于轉速不高且軸表面硬度＞40HRc，表面粗糙度Ra＜0．8μm。1）氈圖密封。如(a)圖所示。結構簡單，但摩擦較嚴重，用于V＜4～5m／s的油脂潤滑結構。2）皮碗密封。如圖（b）所示。密封安裝方便，使用可靠，用于V＜7m／s的場合。第60頁，課件共70頁，創作于2023年2月接觸式密封(a)氈圖密封(b)皮碗密封第61頁，課件共70頁，創作于2023年2月唇的方向朝向密封部位，主要目的防漏油。唇朝外，主要目的是防灰塵。箱體內箱體內2）皮碗密封。第62頁，課件共70頁，創作于2023年2月箱體內

當采用兩個皮碗密封相背放置時，則上述兩個目的均可達到。2）皮碗密封。箱體內組合式密封第63頁，課件共70頁，創作于2023年2月(2)非接觸式密封（多用于速度較高的情況）1)油溝式密封。如圖(a)所示，結構簡單，多用于V＜5～6m/s的場合。2）密宮式密封。如圖(b)所示，用于環境比較臟場合。3）油環式與油溝式組合密封。如圖(c)所示，用于高速場合。非接觸式密封第64頁，課件共70頁，創作于2023年2月1.段軸過長，頂住了軸端擋圈，帶輪軸向固定不可靠。例題一：軸系結構設計中常見錯誤事例分析1232.套筒不應頂在固定的軸承蓋上，影響軸系的正常工作。3.軸承蓋與外伸軸段之間應有間隙，且軸承蓋通孔與軸之間應有密封件。44.軸承蓋螺釘孔與螺釘桿之間應留有間隙。5678910111213圖示減速器輸入軸，dmin=25mm，Z1=19，m=2mm，滾動軸承油潤滑。5.箱體加工面與非加工面應分開。6.軸承蓋與箱體之間應加調整墊片。7.不通螺紋孔畫法錯誤。8.角接球軸承安裝錯誤，面對面安裝時，應使兩端軸承外圈窄邊相對。9.小齒輪齒根圓直徑與軸徑相近，不應該