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1、Foundation of Machine Design 能源动力与机械工程学院 机械教研室滕 伟第十六章第十六章 滚动轴承设计滚动轴承设计14-1 14-1 滚动轴承的基本滚动轴承的基本类型类型和特点和特点14-2 14-2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号14-4 14-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封14-5 14-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计14-3 14-3 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算轴承的功用：轴承的功用：用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承
2、一般分为两大类：轴承一般分为两大类：滚动轴承滚动轴承和和滑动轴承滑动轴承。滚动轴承滚动轴承有着一系列优点，在一般机器中获得了广泛有着一系列优点，在一般机器中获得了广泛应用。应用。在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，滑动轴承滑动轴承就体现出它的优异性能。就体现出它的优异性能。在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用用滑动轴承滑动轴承。外圈外圈装在机座或轴承装在机座或轴承座孔内，固定不动。座孔内，固定不动。保持架保持架:将滚动体分开。将滚动体分开。内圈内圈装在轴上，随轴装在轴上，随轴一起转
3、动；一起转动；滚动体：滚动体：内外圈上有内外圈上有滚道，当内外圈相对滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。着滚道滚动。滚动轴承的组成：滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。外圈、内圈、滚动体、保持架。一、一、滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构保持架：低碳钢冲压制成，高速轴承的保持架多采用保持架：低碳钢冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料。有色金属或塑料。硬度和接触疲劳强度硬度和接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。工作表面需经
4、磨削或抛光。滚动副的材料要求：滚动副的材料要求：优点：优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等和易于互换等。缺点：缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承滚动轴承 标准化标准化;。设计人员的主要任务是设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。熟悉标准，正确选用。滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。=0 表表16-1 各类轴承的公称接触角各类轴承的公称接触角 轴承类型轴承类型公称接触角公称接触角向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承径向接触径向接触角接触角接触轴向接触轴向接触角接触角接触0 4
5、545=9=90 45 9090接触角：接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角。线的平面之间的夹角称为公称接触角。接触角接触角 轴向承载能力轴向承载能力 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点轴承轴承类型类型按载荷按载荷方向分方向分按滚动体按滚动体形状分形状分向心轴承向心轴承 主要承受径向载荷主要承受径向载荷推力轴承推力轴承 主要承受轴向载荷主要承受轴向载荷圆柱滚子圆柱滚子圆锥滚子圆锥滚子球面滚子球面滚子滚针滚针球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承二、分类：二、分类：表表16-2 滚动轴承的主要类型和
6、特性滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用调心球轴承调心球轴承10000中中2 3 主要承受径向载荷，主要承受径向载荷，同时也能承受少量同时也能承受少量轴向载荷。因为外轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承滚道表面是以轴承中点为中心的球面，中点为中心的球面，故能调心。故能调心。调心滚调心滚子轴承子轴承20000C低低0.5 2 能承受很大的径向载荷能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载和少量轴向载荷。承载能力大，具有调心性能。能力大，具有调心性能。圆锥滚圆锥滚子轴承子轴承3
7、0000中中2 能同时承受较大的径向、能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，外圈可分离，装拆方便，称对使用。称对使用。推力球轴承推力球轴承50000低低不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。a)单向单向表表16-2 滚动轴承的主要类型
8、和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用推力球轴承推力球轴承50000低低不允许不允许 只能承受轴向载荷，且作用线只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。载荷大、转速不高之处。b)双向双向深沟球轴承深沟球轴承60000高高816 能同时承受较
9、大的径向、能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，外圈可分离，装拆方便，成对使用。成对使用。角接触角接触球轴承球轴承70000C(=15=15)70000AC(=25=25)70000B(=40=40)较高较高210 能同时承受较大的径向、能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。轴向联合载荷。大，大，承载能力越大，有三种承载能力越大，有三种规格。成对使用。规格。成对使用。表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方
10、向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用表表16-2 滚动轴承的主要类型和特性（续）滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、轴承名称、类型及代号类型及代号结构简图结构简图 承载方向承载方向极限转速极限转速 允许角偏差允许角偏差主要特性和应用主要特性和应用推力圆柱推力圆柱滚子轴承滚子轴承80000低低不允许不允许 能承受很大的单向能承受很大的单向轴向载荷。轴向载荷。圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承N0000较高较高24 能承受较大的径向。因能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡结构外，还有内圈
11、无挡边边(NU)、外圈单挡边外圈单挡边(NF)、内圈单挡边内圈单挡边(NJ)等等型式型式滚针轴承滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低低只能承受径向载荷。承只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限而滚针间有摩擦，极限转速低。转速低。不允许不允许 a)b)1.承载能力承载能力承受径向载荷为主；承受径向载荷为主；几点说明：几点说明：滚子轴承滚子轴承(1.53)球轴承球轴承2.极限转速极限转速当当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。0 4545 4545 90100
12、t100 时，时，C C 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。3 310/310/3=一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。表表16-8 温度系数温度系数 轴承工作轴承工作 温度温度 温度系数温度系数 ft 10025020015012530010.950.900.700.800.60表表16-9 载荷系数载荷系数 载荷性质载荷性质 无冲击或轻微冲击无冲击或轻微冲击 中等冲击中等冲击 强烈冲击强烈冲击fP1.01.21.21.81.83.0修正结果：修正结果：工作中冲击振动工作中冲击振动 C C 引进载荷系数引进载荷系数 fP 进行修正。
13、进行修正。表表16-10 轴承预期寿命轴承预期寿命Lh的参考值的参考值 使使 用用 场场 合合 不经常使用的仪器和设备不经常使用的仪器和设备 500 Lh/h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000 间断使用，中断时会引起严重后果间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天每天8h工作的机械工作的机械 1200020000 每天每天24h连续工作的机械连续工作的机械 4000060000 一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑润滑剂润滑剂 润滑目的润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温
14、、降噪。16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封密封目的密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑脂润滑油润滑油固体润滑剂固体润滑剂用速度因素用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件值作为选择润滑剂的条件:-常用常用-高速、高温高速、高温当当dn (1.52)105 mmr/min时，采用脂润滑，否则时，采用脂润滑，否则用油润滑。用油润滑。脂润滑优点：脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。次，可运转较长时间。油润滑优点：油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在摩擦阻力小
15、、能散热，可在高速、高温高速、高温环环 境下使用。境下使用。二、滚动轴承的密封二、滚动轴承的密封润滑油的选择：润滑油的选择：润滑油的粘度根据速度因素润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度和工作温度t t来确定。来确定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20 0 20 4060100 12080dn/(mmr/min)t/润滑油粘度的选择润滑油粘度的选择5cSt(40时时)102065110250400滚动轴承的密封方式的选择与滚动轴承的密封方式的选择与润润滑的种类、工作环境、温度、密滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度封表面的圆周速
16、度有关。有关。分类分类接触式接触式非接触式非接触式组合式密封组合式密封毛毡圈密封毛毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫式密封迷宫式密封-毛毡迷宫式密毛毡迷宫式密封封例如：例如：dn=100000，t=90 可用可用 110 号润滑油号润滑油 110设计：潘存云毛毡圈密封毛毡圈密封适用场合：适用场合：脂润滑，要求环境清洁，脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度不超过工作温度不超过90 矩形断面的矩形断面的毛毡圈被安毛毡圈被安装在梯形槽装在梯形槽内，它对轴内，它对轴产生一定的产生一定的压力而起到压力而起到密封作用。密封作用。适用场合：适用场合：脂或油
17、润滑，轴颈圆周轴脂或油润滑，轴颈圆周轴速度速度v45 m/s，工作温工作温度度:-40100 设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)防漏油防漏油防灰尘防灰尘密封圈密封密封圈密封密封圈用皮革、塑密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的具有金属骨架，有的没有，制成标有的没有，制成标准件。准件。密封唇朝密封唇朝里，目的里，目的是防漏油。是防漏油。密封唇朝外，密封唇朝外，主要目的是防主要目的是防灰尘、杂质灰尘、杂质接触式密封：接触式密封：适用场合：适用场合：脂润滑，要求环境干燥清洁。脂润滑，要求环境干燥清洁。靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙
18、取0.10.3 mm。间隙封圈间隙封圈设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)=0.10.3 mm非接触式密封：非接触式密封：适用场合：适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用 脂的滴点。密封效果可靠。脂的滴点。密封效果可靠。图图b为轴向曲路，因考为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，虑到轴受热后会变长，间隙取间隙取=1.52 mm。迷宫式封圈迷宫式封圈=0.10.2 mm设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)=1.52 mm将旋转件与静将旋转件与静止件之间的间止件之间的间隙做成迷宫形隙做成迷宫形式，并在间隙式，并在间隙中充填润滑油中充填润滑油或润滑脂以加或润
19、滑脂以加强密封效果。强密封效果。分为径向和轴分为径向和轴向两种结构。向两种结构。适用场合：适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。设计：潘存云组合封圈组合封圈组合式密封：组合式密封：一、轴承的固定一、轴承的固定固定方式固定方式两端固定两端固定一端固定、一端游动。一端固定、一端游动。两端固定支承两端固定支承C=0.20.3 mm预留补偿间隙预留补偿间隙设计：潘存云16-5 16-5 滚动轴承装置设计滚动轴承装置设计1、两端固定、两端固定两端固定支承两端固定支承2.一端固定、一端游动一端固定、一端游动固定支承固定支承游动支承游动支承L设计：潘存云一个支点双
20、向固定以承受轴向力、另一端游动。一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。适用于温度变化较大的长轴。适用于温度变化较大的长轴。设计：潘存云 选用深沟球轴承选用深沟球轴承时时,外圈与端盖间应外圈与端盖间应留有间隙。留有间隙。游动支承游动支承选用圆柱滚子轴承时选用圆柱滚子轴承时,外圈应双外圈应双 向固定。向固定。调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片二、二、轴承组合的调整轴承组合的调整加减垫片的厚度加减垫片的厚度设计：潘存云调整垫片调整垫片加减垫片加减垫片1.轴承间隙的调整轴承间隙的调整螺钉调整螺钉调整方法：方法：设计：潘存云螺钉调整螺钉调整设计：潘存云设计：潘存云2.轴承的预紧轴承的预紧方法方法加加金
21、属垫片金属垫片磨窄套圈磨窄套圈设计：潘存云设计：潘存云3.轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整目的：目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。使轴上的零件具有准确的工作位置。例如：例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。方法：方法：套杯套杯+调整垫片调整垫片设计：潘存云轴承组合位置调整的方法：轴承组合位置调整的方法：套杯套杯+调整垫片调整垫片锥顶点不重合！锥顶点不重合！设计：潘存云锥顶点重合！锥顶点重合！设计：潘存云四、轴承的拆装四、轴承的拆装三、三、轴承组合的配合轴承组合的配合配合类型配合类型内圈孔内圈孔-轴轴一般原则：一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定 套圈紧。套圈紧。基孔制基孔制外圈外圈-轴承座孔轴承座孔 基轴制基轴制 轴公差：轴公差：k6、m6 内圈：内圈：孔公差：孔公差：H7、J7、Js7 游动支点游动支点：G7内圈与轴采用具有过盈的过渡配合设计：潘存云结构不合理！结构不合理！轴肩高度轴肩高度 内圈外经内圈外经设计：潘存云设计：潘存云h1h1外圈：外圈：应留拆卸高度，或留螺孔。应留拆卸高度，或留螺孔。设计：潘存云设计：潘存云