第十三章 滚动轴承
（一）教学要求
1、 掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况 2、 掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则
（二）教学的重点与难点
1、 滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀 2、 寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计
（三）教学内容
§13—1 概述
滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。 一、滚动轴承的构造
标准滚动轴承的组成：内圈1、外圈2、滚动体3（基本元件）、保持架4（图13-1） 一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。
球——滚珠轴承—— 滚动体的形状 短圆柱形 柱形 长圆柱形
螺旋滚子 滚柱轴承 圆锥滚子 鼓形滚子 滚针
保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热（图13-3） 二、滚动轴承的材料
内、外圈、滚动体；GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢，热处理后硬度：HRC60~65 保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯 三、滚动轴承的特点
优点：1）f小起动力矩小，η高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）
缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）
应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。
§13—2 滚动轴承的类型与选择
一、滚动轴承的主要类型与特点
接触角?——如图13-4所示，外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。 类型——按承载方向：
向心轴承——??0?，主要承受径向载荷，可受一定Fa，如深沟球、圆柱滚柱轴承等，1、4、6、N、NA、2调心滚子等
推力轴承——??90?（如图13-4d）5（推力球），8（推力圆柱滚子）
向心推力轴承——0????90?：0????45?—向心角接触轴子（0、3、7） 45????90?—推力角接触轴承，2（推力调心滚子轴承） 按滚动体形状：球~——承载能力低，极限转速高 滚子~——承载能力高，极限转速低 常用滚动轴承的类型与特性见表13—1
注意代号结构特点：承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等 特别注意最常用几种
①深沟球轴承（向心球轴承）——6（0）主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷，f小精度高，结构简单，价格低，最常用。
②调心球轴承（111）（调心滚子（2、3））——主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。
③圆柱滚子轴承——N（2）只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。
④角接触球轴承——7（6）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角??15?,25?,40?，
?越大，承载Fa能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。 ⑤圆锥滚子轴承——3（7）能同时承受径向载荷和单向Fa，?越大，承受Fa能力越大，
承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。
⑥推力球轴承——5（8）单向推力球轴承51000—只能受单向Fa；双向推力球轴承52000—能承受双向Fa。不能受Fr，且极限nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。
⑦滚针轴承，↑Fr，承载能力较高
∴高速时用深沟球轴承或角接触球轴承代替。 另：注意优化选用深沟球轴承！ 二、滚动轴承的代号
滚动轴承类型和尺寸规格繁多，为便于设计和选用，标准规定了用代号表示滚动轴承的类型、尺寸、结构特点及公差等级等。
国家标准：GB/T272-93（向ISO靠）（替代GB272-88），滚动轴承代号的构成见表13-2
前置代号（字母） 基本代号（数字、字母） 后置代号（字母+数字）
∣ 轴 承 分 部 件 代 号
五 ∣ 类 型 代 号
四 ∣ 宽 度 系 列 代 号
三 ∣ 直 径 系 列 代 号
二 ∣ 内 径 代 号 一
∣ 内 部 结 构 代 号
∣ 密 封 与 防 尘 代 号
∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ 保 特 公 游 多 其 持 殊 差 隙 轴 它 架 轴 等 代 承 代 及 承 级 号 配 号 材 材 代 置 料 料 号 代 代 代 号 号 号
1、基本代号——表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位
（1）轴承类型——基本代号右起五位用数字或字母表示（尺寸系列代号如有省略，则为第4位，）或基本代号左起第一位。见表13-1，重点：6—深沟球~；3—圆锥滚子~；5—推力球~；7—角接触球~；1—调心球；N—圆柱滚子~。
（2）尺寸系列——表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。
宽度系列——右起第四位——某些宽度系列（主要为0系列和和正常系列）代号可省略，详见表13-1中带（）的代号。
直径系列——右起第三位——相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对比如图13-5所示。 组合见表13-3
（3）轴承的内径——基本代号右起一二位数字。 a) d=10, 12, 15, 17mm时 代号00 01 02 03
b) 内径d=20~480mm，且为5的倍数时 代号=d/5或d=代号×5(mm)
(c) d<10mm，或d>500mm，及d=22，28，32mm时 代号/内径尺寸（mm）
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LN207 K——轴承的滚动体与保持架组件K81107
R——不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207 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。 3、后置代号——反映轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等，共8组代号。 （1）内部结构代号——反映同一类轴承的不同内部结构
例：C、AC、B——代表角接触球轴承的接触角??15?，25?和40?，E代表增大承载能力进行结构改进的增强型等，如7210B，7210AC，NU207E
（2）密封、防尘与外部形状变化代号
—RS——一面有骨架式橡胶密封圈（接触式） —RZ——一面有骨架式橡胶密封圈（非接触式）
—Z——一面有防尘盖 例：6210-2RS —FS——一面有毡圈密封
字母前加数字2，则说明是两面有~
R、N、NR——轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环，例：6210N （3）轴承的公差等级
精度高 ————————————→低 公差等级 2 4 5 6 6X 0 代号 新标准 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0
旧标准 B C D EX E G——普通级可省略 （4）轴承的径向游隙
游隙 小 ————————→大 游隙组别 1， 2， 0， 3， 4， 5 代号 /C1、/C2、 /C3、/C4、/C5
C1、C2——小游隙组；0——不标（基本游隙）；C3、C4、C5——大游隙组 （5）保持架代号
表示保持架在标准规定的结构材料外，其他不同结构型式与材料。 A、B分别表示外圈引导和内圈引导 J——钢板冲压 Q——青铜实体
M——黄铜实体 保持架 N——工程塑料
其他在配置、振动、噪声、摩擦力矩、工作温度、润滑等方面的特殊要求的代号表示见标准GB/T272-93，或厂家的说明。
例13-1，试说明下列轴承代号的含义，见P502 三、滚动轴承类型的选择
应根据轴承的工作载荷（大小、方向和性质）、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。
几条基本原则：
1） n高，载荷小，要求旋转精度高→采用球轴承
n低，载荷大，或有冲击载荷时→采用滚子轴承——但滚子轴承对轴线偏斜较敏感。2） 主要受径向载荷Fr时→用向心轴承
主要受轴向载荷Fa，n不高时用推力轴承
同时受Fr和Fa均较大时——可采用角接触球轴承7类（n较高时）或圆锥滚子轴
承3类（n较低时）
Fr较大，Fa较小时——深沟球~
Fa较大，Fr较小时——深沟球~+推力球轴承组合，或推力角接触轴承。 3）要求n 推力轴承——极限转速较低，∴只受Fa而n较高时——不用推力轴承而宁可用6\\7两类，球轴承极限转速高于滚子轴承，轻系列极限转速高于中或重系列轴承。 4）当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承，如图13-6 5）为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承。 6）6、7两点轴承一般应成对使用，对称安装。 7）施转精度较高时，应选用较高的公差等级和较小的游隙 转速较高时，应选用较高的公差等级和较大的游隙 公差等级越高，轴承价格越贵 滚子轴承价格高于球轴承，深沟球轴承价格最低 8）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承。 §13—3 滚动轴承的受力分析、失效形式及计算准则 一、滚动轴承的载荷分布 1、滚动轴承受轴向载荷Fa（A） 中心轴向力Fa作用下——Fa由各滚动体平均分担 2、向心轴承受径向载荷R 如图13-7所示，上半圈滚动体不受力，下半圈滚动体受力，且根据变形协调条件，在R作用线下方滚动体变形和受力最小，滚动体所受的最大接触载荷为 Qmax?5R（深沟球轴承） Z46R（圆柱滚子轴承） Z Z——滚动体数 （13-1） Qmax?由于游隙的存在，受载滚动体小于半圈，而作用一定的轴向载荷，则可使承载区扩大。 3、角接触轴承同时受R和A （1）角接触轴承的派生轴向力S 由于滚动体与滚道接触点的法线与轴承中心平面有接触角? 承载区流动体i→法向力Qi Ri——径向分力 ΣRi=R——外载 Si——轴向分力 ΣSi=S——派生轴向力。 派生轴向力S≈1.25Rtgα——或接表13-4 （13-2） S方向——沿轴承外圈宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上，有使内、外圈分离的趋势。∴要成对使用、对称安装。 （2）轴向载荷对载荷分布的影响 如图13-8所示，受R作用时，派生轴向力S迫使轴颈（连同轴承内圈和滚动体）向左移动，并与轴向力A平衡 ①当只有下面+滚动体受载时 S?Rtg? 或 tg??而 SA? A?Rtg? RRA?tg? ?——载荷角，A与R的合力F与径向平面的夹角如图13-8 B∴tg??tg?，??? ②受载滚动体增多时，在同样R作用下，派生轴向力S↑ ∵各滚动体法向力Qi方向各不相同，其径向分力Ri（方向不同）向量之和与R平衡，但?Ri?R；而Qi→（产生）Si方向均相同，∴S是Si的代数和S??Si ∴在同样的径向载荷R作用下由多个滚动体接触分别派生的轴向力的合力S大于只有
最新机械制造与控制 - 机械设计第十三章 滚动轴承教学教案
