§18.1 概述

标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。

18.1.1 构造

核心元件：滑动→滚动

使滚动体等距离分布，↓ 滚动体间的摩擦、磨损。

滚子轴承：圆柱、圆锥、球 滚子、滚针—线接触

保持架

内圈

外圈

滚动体

有时无

球 轴 承：球—点接触

18.1.2 材料

内外圈、滚动体：强度高、耐磨的铬锰高碳钢。

保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。

18.1.3 特点：与滑动轴承比较

优点：1 ）起动力矩小，可在负载下起动；

2 ）径向游隙较小，运动精度高；

3 ）轴向宽度较小；

4 ）可同时承受径向、轴向载荷 , 轴承组合较简单 ;

5 ）便于密封、易于维护；

6 ）不需有色金属，标准件，成本低。

缺点：

1 ）承受冲击载荷能力差；

2 ）振动、噪音较大；

3 ）径向尺寸较大；

4 ）有的场合无法使用；

按载荷方向、 α 的不用分为：

α↑—— 承受轴向载荷能力↑

向心轴承—— α= 0°~ 45° ，主要径向载荷。

向心角接触轴承： 450 ，如 3 、 7 类；

径向接触轴承： α=0° ，如 6 、 N 类；

推力轴承—— α= 45°~90° ，主要轴向载荷；

轴向接触轴承： 90

推力角接触轴承： 9045

公称接触角 α ：套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线间夹角。

向心推力轴承

18.2 滚动轴承的类型和选择

主要掌握：

5、 50000型 : 推力球轴承 单向：单向 Fa

双向：双向 Fa

1、 60000型 : 深沟球轴承2、 70000型 : 角接触球 轴承

70000AC： α=25°

70000C： α=15°

70000B： α=40°

4、 N0000型 : 圆柱滚子轴承 : 内外圈间可自由移动

3、 30000型 : 圆锥滚子轴承

6 、调心功能 10000 型：调心球 20000 型：调心滚子

外圈滚道为内球面

18.2.2 类型的选择

1 、球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。

承载能力：球轴承＜滚子轴承

耐冲击： 球轴承＜滚子轴承

nlim ： 球轴承＞滚子轴承

∴∴载荷大、有冲击载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高滚子轴承，转速高时选球轴承。球轴承。

2 、载荷性质

同时 Fa、 Fr ：角接触球轴承或圆锥滚子轴承；

Fr 大、 Fa 小：深沟球轴承；

Fa 大、 Fr 小：推力角接触轴承；

3 、轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、 多支点轴：调心轴承。

座孔不平形 不同轴 挠曲变形

举例：

4 、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型 (如 3 、 QJ类 ) 。

5 、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度↑——价↑↑；

1 ）直齿圆柱齿轮轴：

2 ）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴：

3 ）悬臂圆锥齿轮轴：

4 ）蜗杆轴： 分别承受 Fa、 Fr

5 ）滑轮轴： 4 类：双列深沟球轴承 （∵轴较长）

基本代号前置代号 后置代号

尺寸系列 代号 内径代号 类型代号

数字或字母表示不同类型的轴承

表示结构、内径相同的轴承在外径和宽度（高度）方面的变化系列

表示轴承公称直径的大小 20~480mm 代号 5= 内径 mm

• 有特殊要求时使用•表示轴承结构、形状、材料、公差等级等

18.3 滚动轴承的代号（ GB/T272—93 ）

代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。

但对圆锥滚子轴承 (3类 ) 和调心滚子轴承 (2类 ) 不能省略“ 0” 。

◆ 外径系列代号：特轻 (0、 1) 、轻 (2) 、中 (3) 、重 (4) 。

宽度系列代号：一般窄系列为“ 0” ，通常不标注。

◆ 公差等级代号：公差分 2、 4、 5 、 6(6x) 、 0 级，共五个级别。

以 /P2 、 /P4 、 /P5 、 /P6(/P6x) 为代号， 0 级不标注 。

高级 低级

内径 d 10 12 15 17代 号 00 01 02 03

◆内径代号特殊情况：

◆ 内部结构代号：具体见手册，主要掌握：

1 ）圆锥滚子轴承： 30000(α=10°~18°) →30000B(α=27°~30° 大锥角 )

2 ）角接触球轴承： 70000C （ α=15° ）、 70000AC （ α=25° ）、

70000B （ α=40° ）。3） E ：加强型 , N207E

◆ 配置代号 有时轴承需成对安装。

面对面（ /DF ） 背对背 (/DB) 串联 (/DT)

6 2 1 2

N 2 2 0 8

尺寸系列代号为2 表示轴承内径 8 5=40mm

深沟球轴承

圆柱滚子轴承

表示轴承内径 12 5=60mm

尺寸系列代号为 22

3 3 3 1 5 E

表示轴承内径 15 5=75mm

圆锥滚子轴承

尺寸系列代号为33

加强型

举例： 7306AC/P4——角接触球轴承， α=20°， d=30mm ，精度为 4 级

18.4 滚动轴承的力分析、失效和计算准则18.4.1 向心轴承中作用力的分布

由于内部游隙，最多只有半圈滚动体受载，且受载大小不同。

点接触轴承： rFzFF

50max0

线接触轴承： 0max 0

4.6rF F F

z

δ0——Fr作用线下滚动体变形量。

由于： δi <δ0 ∴ F2<F1<F0

1 、载荷分布

σH

t

内圈或滚动体上某一点 σH 的变化规律。

外圈上某一点 σH 的变化规律。

σH

t

均为脉动循环。

2 、应力变化规律

18.4.2 角接触轴承中的附加轴向力 Fs

70000 型、 30000 型

由于“公称接触角 α”存在： Fr作用 Fs

Fs

滚动体法向反力 Fi

径向分力 Fri

轴向分力 Fsi

rri FF

ssi FF （附加轴向力）各种角接触轴承附加轴向力：

70000C

15

rs eFF

70000AC

25

rs FF 68.0

70000B

40

rs FF 14.1

30000

YFF r

s 2

e —— 判断系数 P371 表 18.4

Y —— 轴向动载系数 P371 表 18.4

∵ Fs存在 ∴ 30000 型、 70000 型轴承成对使用，使FsⅠ与 FsⅡ 方向相反，使轴受力合理。

Fs 方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上 ,

附加轴向力 Fs是由于角接触轴承承受径向力 Fr引起的。

即“接触线箭头”方向。

3 类： 7 类：=

Fs

=Fs

Fs

Fs Fs Fs Fs

Fs

简化画法

18.4.3 滚动轴承的失效

2 、塑性变形：静载荷、冲击作用下 变形凹坑。

3 、磨损：磨粒磨损、粘着磨损；

1 、疲劳点蚀：回转轴承上，各元件受脉动接触应力。

4 、其它：电腐蚀、锈蚀、元件破裂等；

18.4.4 滚动轴承计算准则

1 、一般条件下的回转滚动轴承： 接触疲劳寿命计算 、静强度计算。

（重点、难点）

min10rn 2 、摆动、 n 很低轴承 ( ）：静强度计算

3 、高速轴承：寿命计算和 limmax nn （=N0修正系数）

三个基本性能参数：

Cr、 Ca — 基本额定动载荷：疲劳寿命

C0r、 C0a — 基本额定静载荷：静强度

N0 — 极限转速：控制磨损

18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算

18.5.1 基本额定动载荷和基本额定寿命

1 、轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速 下的工作小时数。

同型号轴承：离散性大、寿命相差数十倍。

一批轴承：服从一定的概率分布规律。

最低寿命：过于保守

∴ 采用基本额定寿命。

最长寿命：不安全 计算时，若按

2 、基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中 10% 的轴承发生疲劳点蚀前一套圈相对于另一套圈运转的总转数（ L10 ），或一定工作转速下工作的小时数（ L10h ）。 可靠度 R=90%

L10 的物理意义：

1 ）对一批轴承而言：指 90% 轴承能达到或超过的寿命。

2 ）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为 90% 。

3 ）当可靠度不为 90% 时，对 L10进行修正：101 LaLn

可靠性寿命修正系数 表 18.10 （ P380 ）

3 、基本额定动载荷 C ：L10=106r时，轴承所能承受的最大恒定

载荷。即：在 C 作用下，轴承工作 106r 而不点蚀失效的 R=90%

Cr ：径向基本额定动载荷

对向心轴承（ 6 、 N ）： Cr—纯径向载荷

对角接触轴承（ 3 、 7 ）： Cr— 载荷的径向分量

Ca ：轴向基本额定动载荷： 5 类 Ca—纯轴向载荷

C

1 ） C 由试验得出，查手册；

2 ） C↑— 轴承抗疲劳承载能力↑；同类不同型号轴承， C不同。3 ）设计时需满足：一定工况下的轴承所需的 C′≤C

说明：

材质、工作温度、零件硬度变化：对 C 修正CgC TT

温度系数

CgC HH 硬度系数

18.5.2 当量动载荷实际工作时，轴承可能同时受 Fa、 Fr

将 Fr、 Fa 转化为与 C 性质相同的载荷——当量动载荷 P

r aP X F Y F

X— 径向动载系数， Fr 对寿命影响效应的大小；

Y— 轴向动载系数， Fa 对寿命影响效应的大小；

—将 Fr、 Fa折合为 Cr或 Ca

为了与 C 在相同条件下比较 转化

式中：

向心轴承： P=Fr ；推力轴承： P=Fa

X 、 Y 受 e—— 轴向载荷“判断系数”影响

ora CF由 确定

1 ）当 a

r

Fe

F时， Fa 较小，忽略不计，取 X=1、 Y=0 ；

2 ）当 a

r

Fe

F时，需计入 Fa影响， X ＜ 1 ， Y ＞ 0 ，查手册

考虑机器冲击振动， P的公式为：

)( ard YFXFfP fd—— 冲击载荷系数（表 18.8 ）

※

P—L 曲线

constLP 10

※ε— 寿命指数球轴承： ε=3

滚子轴承： ε=10/3

∴ 101 LPC rP

CL 6

10 10

18.5.3 基本额定寿命

1 、已知： CP 时， rL 610 10 。 CP 时， ?10 L

工程中常用小时数表示寿命：

P

C

nP

C

nL h

16670

60

106

10n— 轴承转速 r/min

※注意： L10h与 n有关， L10与 n无关。

设计时，应： hh LL 10

2 、若已知

PLh， ，求得 hL

nPC

16670（ N ）

查手册，选型号，使 CC

用于校核寿命

用于设计选型

hL —— 轴承预期使用寿命

B

a

B/ 2α

Dpw

a

C

B

α

Fr作用点为“载荷作用中心”：位置用 a 表示。

a ：载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）

18.5.4 角接触轴承的载荷计算

面对面安装

18.5.4 角接触轴承的载荷计算

背对背安装

右端轴承 “压紧”左端轴承 “放松”

ASssa FFFFF 1222

11 sa FF

（ 1 ）若 21 sAs FFF 合力→右：轴有右移趋势

Fs1 Fs2FA

阻止轴右移： F’s2

F’s2

2 、轴向载荷计算

左端“压紧”右端“放松”

Asssa FFFFF 2111

22 sa FF

正安装：合力指向端为“压紧端”

（ 2 ） 21 sAS FFF 合力→左：轴有左移趋势

Fs1 Fs2FA

阻止轴左移： F’s1

F’s1

1 ）根据轴承安装方式和 FA 、 Fs1、 Fs2 合力指向，判定“压紧端”和“放松端”。

2 ）放松端： Fa 等于本身 Fs 。

3 ）压紧端： Fa 等于除本身 Fs 外，其它轴向力的代数和。

角接触滚动轴承寿命计算小结：

1 、求支反力（力平衡、力矩平衡） Fr1、 Fr2 ；

2 、求附加轴向力 Fs1、 Fs2(对 3 类：Y

FF rs 2 Y 取 e

F

F

r

a 时值 )

3 、根据轴承安装方式及合力的指向判定“压紧”、“放松”端， 求出 Fa1、 Fa2 ；

4 、根据 eF

F

r

a 1

1 ？：是— X 、 Y 查表，否— X=1、 Y=0

eF

F

r

a 2

2？：是— X 、 Y 查表，否— X=1、 Y=0

)( 111 arP YFXFfP )( 222 arP YFXFfP ，

取 ),max( 21 PPP

5 、校核式：10

16670h h

CL L

n P

设计选择式： CLn

PC h 16670

深沟球轴承：无 Fs ，∴ FA 由压紧端承受，

即： Fa 压紧 =FA ， Fa 放松 =0

球轴承： ε=3

滚子轴承： ε=10/3

FA

FR

18.6 滚动轴承的静载荷计算18.6.1 基本额定静载荷

11.18

00

荷。计算公式见表静载荷或中心轴向静载当的假想径向起一下接触应力是所相体与滚道接触中心处引

动）是指轴承最大载荷滚，轴向基本额定静载荷（径向 ar CC

18.6.2 当量静载荷

计算方法如下：

轴承等）承、角接触轴承、调心的向心轴承（深沟球轴

arr FYFXP 000

rr FP 0 取两式中大值 （ 18.1

5 ）

12.1800 轴向静载荷系数，查表径向静载荷系数，式中， YX

轴承、滚针轴承等）的向心轴承（圆柱滚子0

rr FP 0

（ 18.16 ）

承、推力滚子轴承等）的推力轴承（推力球轴90

aa FP 0

（ 18.17 ）

时当的推力调心滚子轴承， ar FF 55.00

raa FFP 7.20

（ 18.18 ）

18.6.3 静载荷计算

0000 PSCC （ 18.19 ）

；计算额定静载荷，；基本额定静载荷，式中， NCNC 00

。见表安全系数；当量静载荷， 13.18,00 SNP

18.7 极限转速

滚动轴承的极限转速 N0是指轴承载一定工作条件下，达到所能承

受最高热平衡温度时的转速值。

021 NffN

）载荷分布系数（图）；载荷系数（图

；－轴承的极限转速，；实际许用转速，式中，

20.1819.18

min/min/

21

0

ff

rNrN

18.9 滚动轴承组合设计

组合设计内容：

正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、刚度、精度问题。

组合设计要求：

固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。

轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合。

6 类

18.9.1 滚动轴承轴系的固定

在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有“左移”、“右移”趋势，防止轴向窜动，三种固定结构：

1 、两端单向固定（双支点单向固定）

3 类和 7 类

用于 mml 400

t℃ 不高

每个轴承承受一个方向的轴向力。

Δ 不大的轴。

组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力 FA 。

安装时，轴承外圈与端盖间隙： 0.25~0.4mm

很小，不必画出

——允许轴少量热膨胀，用垫片或调整螺钉调节。

FA大 :30000 70000

型

FA小 :60000 型轴承类型

2 、一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）：

用于 mml 400

t℃ 较高

固定端：承受双向轴向力 （ 6 ；一对 3 、 7 类；向心推力组合）

大的轴Δ

补偿 Δ （游动端自由伸缩）

游动端：补偿 ，防止卡死Δ

N 类：滚子与外圈间游动

6 类：外圈与座间游动内圈与轴固定

6 类6 类

N 类

6 类

N 类

一对 7 类

一对 3 类

6 类 向心推力组合

3 、两端游动两端游动

与其相啮合的齿轮轴系：两端单向固定（保证两轴都得到 轴向定位）

用于需左、右双向游动的轴，如人字齿轮的小齿轮轴。

18.9.2 轴承的轴向固定及装拆

1 、轴承内、外圈的轴向固定

根据轴向载荷大小选用不同结构，如轴端挡圈、圆螺母、套筒、弹性挡圈、端盖等。

轴肩高度低于内圈高度的 3/4 。

2 、装拆温差法（大尺寸轴承）：热油＜ 80~90℃加热轴承或干冰冷却轴

颈。压入法（大批量）：中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入。

装：

各类工具

从轴上拆轴承

18.9.3 滚动轴承的安装方式及调整

1 、安装方式

正、反安装将影响轴系刚度。

正安装正安装：面对面面对面安装 (“××”),安装调整方便 , 用得较多。

反安装反安装：背对背背对背安装 (“○○”)

2 、轴承组合的调整

1 ）轴承游隙的调整

垫片调整

螺钉调整

圆螺母调整

2 ）轴系位置的调整

套杯与机座间的垫片用来调整锥齿轮轴的轴向位置

通过增加或减少两个大端盖（轴承座）和箱体之间垫片垫片的厚度，对蜗轮轴系的轴向位置进行调整

18.9.4 滚动轴承的配合

游隙↑→受载滚动体↓→承载↓

∴ 游隙合适，其大、小受配合影响。

游隙影响运转精度寿命

过盈配合内圈膨胀

外圈收缩游隙↓

+

-0

+

-0

G7

H7J s7 J 7

j s6 j 6 k6 m6n6

?DH7

?dk6

标准件：内圈——基孔制 外圈——基轴制 （不标注）

原则：1 、尺寸大、载荷大、振动大、转速高，工作温度高： 选紧一点的配合。2 、经常拆卸、游动套圈：采用较松的配合。

3 、与轴承相配合的轴与孔：较高的加工精度，形位 公差要求。

18.9.5 提高轴系刚度的措施

刚度↑— 旋转精度↑、噪音↓、振动↓

1 、选用合理轴承类型

滚子轴承刚度＞球轴承

∴ 选用双列轴承、滚子轴承、四点接触轴承。

2 、选择合理的轴承安装方式

3 、轴承预紧

向心角接触轴承 预变形预紧轴承带负游隙运行

可以↑轴承刚度、 ↑旋转精度、 ↑轴承寿命。

悬伸端：反安装时，刚度↑

两轴承间：正安装时，刚度↑

加金属垫片 磨窄套圈 内外套筒宽度

预紧方法

4 、机架上安装轴承处加筋或增加厚度。

5 、一根轴上，两个轴承尽量取同一型号；若型号不同， 则在小外径

轴承外加一套圈，保证相同孔径，以便一 次镗出，保证同心度。

18.10 润滑与密封

18.10.1 润滑

目的： 1. ↓ 摩擦阻力、↓磨损； 2. 吸振、冷却、防锈、密封等。

方式： 高速— 油润滑低速— 脂润滑

高温、真空— 固体润滑

由速度因数 dn决定

脂润滑：装填量＜轴承空间得 1/3~1/2,否则 , 摩擦发热↑

润滑剂：取决于速度、载荷、温度等。载荷大、工作温度高时——高粘度油，易形成油膜；

dn 大或喷雾润滑——低粘度油，搅油损失小、冷却好。

18.10.2 密封

目的： 1. 防止润滑剂从轴承中流失； 2. 防止灰尘、水分浸入。

分类：接触式— 线速度较低时用

注意结构图

静止件与运动件不能直接接触，轴与端盖间应有间隙。

毡圈密封，脂润滑 v ＜ 5m/s

密封圈密封，油润滑 v ＜ 4~12m/s

非接触式——不受速度限制