第 13章 轴 承
?概述
?滑动轴承
?滚动轴承
本章特点：
? 液体润滑径向滑动轴承的设计准则和设计方法与其它零
部件有本质的区别，验算的项目也相随有所差异
? 滚动轴承是一个多种元件的组合体 (部件 )的标准件，而
且是用试验与统计的方法按 90％的可靠度来规定它的基
本额定动载荷的，因而在计算理论和方法上都与其它零
部件有着较大的区别
机械设计基础 —— 轴承
概述
机械设计基础 —— 轴承
箱体
齿轮
轴
轴承
轴承孔
? 轴承,支持轴或轴上转动零件的部件
? 作用：
? 支持轴及轴上零件，保持轴的旋转精度
? 减少转轴与支持面间的摩擦磨损
? 分类：
? 按承载方向分,向心轴承、推力轴承
? 按摩擦性质分,滑动轴承、滚动轴承
滑动轴承
13-1 滑动轴承概述
13-2 滑动轴承的结构
13-3 滑动轴承的材料
13-4 润滑剂和润滑装置
13-5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
? 基本要求,
? 了解滑动轴承的特点、应用场合
? 了解滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则
? 了解常用润滑剂及润滑装臵
? 掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计原理及设计方法
13-1 滑动轴承概述
? 主要特点,工作平稳，无噪声；液体润滑时摩擦损失小
? 应用情况,工作转速特高的轴承；要求对轴的支承位臵特别精确的轴
承；特重型轴承；大冲击和振动载荷的轴承；剖分式轴承；径向尺寸
小的轴承；特殊工况下
? 滑动轴承中的摩擦按润滑油存在方式分,干摩擦、边界摩擦、液体摩
擦、混合摩擦 (非液体摩擦 )
机械设计基础 —— 轴承
13-2 滑动轴承的结构
机械设计基础 —— 轴承
? 向心滑动轴承 推力滑动轴承
? 滑动轴承组成,轴承体、轴瓦及轴承衬、润滑与密封装臵
? 滑动轴承分类：
? 向心滑动轴承 —— 整体式、剖分式、自动调心式
? 推力滑动轴承
整体式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
轴承座
整体轴套
油孔
螺纹孔
? 结构,轴承座, 轴套 （ 整体 ）
? 轴承座设有安装润滑油杯的螺纹孔
? 轴套上开有油孔, 内表面开有油槽
? 特点,结构简单, 成本低
? 但装拆不便, 无法调整
? 应用,低速, 轻载或间歇性工作的机器
剖分式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
轴承座
轴承盖
双头螺柱
油孔
油槽
剖分式轴瓦
? 结构,轴承座, 轴承盖, 剖分式轴瓦, 螺柱
? 特点,剖分面作成阶梯状, 且垂直载荷方向
? 正剖, 斜剖, 装拆方便, 常在轴瓦表面粘附轴承衬
? 磨损后可调整间隙, 结构复杂
? 应用,常用
自动调心式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
? 应用：
? 用于支承挠度较大或多支点的长轴
? 结构,轴瓦瓦背制成凸球面
? 其支承面制成凹球面
? 特点,轴瓦能摆动, 适应轴的变形
推力滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
? 分类,空心式, 单环式, 多环式
? 轴上的轴向力应采用推力轴承来承受
? 止推面：轴端面, 轴中段做凸肩或装上
推力圆盘
13-3 滑动轴承的材料
机械设计基础 —— 轴承
? 轴瓦或轴承衬,轴颈应比轴瓦耐磨
? 对材料性能的要求,
? 良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性
? 良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性
? 足够的强度和抗腐蚀能力
? 良好的导热性、工艺性和经济性等
? 常用材料：
? 金属：青铜、轴承合金、粉末冶金、灰铸铁等
? 非金属：工程塑料、硬木、橡胶、聚四氟乙烯
? 轴承盖、轴承座,灰铸铁，铸钢
? 轴颈,钢
常用材料性能比较
机械设计基础 —— 轴承
材料 组成 性能特点 应用
轴承合金
(巴氏合金 )
Sn,Pb,Sb
合金
耐磨, 磨合, 导热
性, 油吸附性好
强度小, 价格贵
重载，中高速
青铜 Cu+Sn,Pb,
Al
较硬,强度高,耐磨
磨合性差
重载，中速
粉末冶金 Fe+石墨
Cu+石墨
含油轴承
韧性低
平稳载荷，无
冲击，中低速
铸铁 HT,KT 轴颈硬度 >轴瓦硬度 轻载，低速
13-4 润滑剂和润滑装臵
一,润滑剂
二,润滑装置
机械设计基础 —— 轴承
一、润滑剂
机械设计基础 —— 轴承
? 润滑油,液体, 用途最广泛
? 润滑脂,半固体, 润滑油＋稠化剂, 一般用于中低速
? 固体润滑剂,主要用作油, 脂的添加剂, 也可单独使用,
如 C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯 )等
? 作用,减少摩擦损失, 减轻工作表面的磨损, 冷却, 吸振等
? 常用润滑剂,润滑油, 润滑脂, 固体润滑剂
润滑油的性能指标及选择
性能指标：
? 粘度 ——液体流动时，每薄层相互间的阻抗剪力，它是液体流
动时内部摩擦阻力的度量
? 是最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据
? 油性 ——也称润滑性，表征油中的极性分子对金属表面的吸附
性能。油性好则摩擦系数小
? 凝点 ——反映润滑油的低温工作性能
? 闪点 ——反映润滑油的高温工作性能
机械设计基础 —— 轴承
润滑油的选择原则：
? 压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油
? 速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失
? 工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降
润滑脂的性能指标及选择
性能指标：
? 针入度 (稠度 )——表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度
? 用一特制重 1.5N锥形针在 25° C恒温下 5s内刺入润滑脂内
的深度。标志润滑脂内阻力的大小和受力后流动性的强弱
? 滴点 ——温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度，表征
润滑脂耐高温的性能
? 耐水性 ——润滑脂与水接触时，其特性的保持程度
机械设计基础 —— 轴承
润滑脂的选择原则：
? 压力大、速度低 ——小针入度，反之选针入度大的
? 润滑脂的滴点应高于轴承工作温度 20~30℃,以免流失
? 在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂
二、润滑装置
机械设计基础 —— 轴承
? 润滑油润滑装臵,油孔, 芯捻或线纱油杯, 针阀滴油杯,
油杯, 飞溅润滑, 压力润滑
? 润滑脂润滑装臵,旋转油杯, 压注油嘴
?油槽结构：
润滑油润滑装臵
? 油孔
? 芯捻或线纱油杯
? 针阀滴油杯
? 油环
机械设计基础 —— 轴承
? 飞溅润滑
? 压力润滑
13-5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
? 工作条件,边界膜不破坏、粗糙表面内有流体润滑存在
失效形式：
? 磨损 —— 导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使
轴承不能正常工作
? 胶合 —— 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴承
上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合
设计准则：
? 维持边界膜不遭破坏
? 主要进行压强 p、压强与速度乘积 pv 的验算
机械设计基础 —— 轴承
一,向心轴承的计算
二,推力轴承的计算
三,设计步骤
一、向心轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
2 压强和速度乘积 pv的验算
? 限制温升防止油膜破裂, 防止胶合破坏
1 压强 p验算
? 限制压力防止油膜破裂, 防止轴瓦过度磨损
b
d
F
bd
Fp ? M P a][ p?
许用压强 p
查表 13-1
b
nFdn
bd
Fpv
1 9 1 0 01 0 0 060 ????
? ][ pv?
许用 pv值
查表 13-1
二、推力轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
2 压强和速度乘积 pv的验算
? 限制温升防止油膜破裂, 防止胶合破坏
1 压强 p验算
? 限制压力防止油膜破裂, 防止轴瓦过度磨损
?? )(
4
2
0
2 ddz
F
p
?
? M P a][ p?
许用压强 p
查表 13-4
mpv ][ pv?
许用 pv值
查表 13-4
d0
F
n
平均速度
三、设计步骤
机械设计基础 —— 轴承
选择轴瓦材料确定轴承结构形式
确定轴承宽度 b和直径 d 验算 p,pv
选择轴承的配合 选择润滑剂与润滑装臵
滚动轴承
13-6 滚动轴承概述
13-7 滚动轴承的结构和类型
13-8 滚动轴承的代号
13-9 滚动轴承的失效形式及选择计算
13-10 滚动轴承的组合设计
机械设计基础 —— 轴承
? 基本要求,
? 熟悉滚动轴承的代号、正确地选择 滚动轴承的类型
? 掌握滚动轴承的寿命计算
? 正确进行滚动轴承组合设计
? 难点,向心推力轴承 (指角接触球轴承与圆锥滚子轴承 )的
受力分析
13-6 滚动轴承概述
? 滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产
机械设计基础 —— 轴承
? 特点：
? 摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏,f＝ 0.05,h= 0.98～
0.995
? 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构
? 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高
? 互换性好，易于维护，润滑简便,价格低
? 抗冲击能力差,高速时出现噪音
? 寿命也比不上液体润滑的滑动轴承
? 径向尺寸大
13-7 滚动轴承的结构 和类型
一,结构
二,材料
三,分类
四,类型及特点
机械设计基础 —— 轴承
一、结构
机械设计基础 —— 轴承
?组成,内圈, 外圈, 滚动体, 保持架
外圈
内圈
滚动体
保持架
二、材料
机械设计基础 —— 轴承
? 保持架,避免滚动体直接接触，减少发热和磨损
? 材料,低碳钢；铜, 铝, 工程塑料
? 内圈, 外圈, 滚动体,高硬度, 高接触
疲劳强度, 良好耐磨性和冲击韧性
? 材料,含铬轴承钢, 硬度 60~65 HRC
三、分类
机械设计基础 —— 轴承
1 按滚动体形状分
2 按受载方向分
1 按滚动体形状分
按滚动体形状分：
? 球轴承、滚子轴承
机械设计基础 —— 轴承
又可细分为：
? 球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、
球面滚子轴承
2 按受载方向分
? 按受载方向和公称接触角分：
机械设计基础 —— 轴承
滚动体与套圈接触处
的法线与轴承的径向
平面之间的夹角 ?
? 向心轴承, ?=0o
? 向心推力轴承,0o< ? <90o
? 向心角接触轴承, 0o < ?≤45o
? 推力角接触轴承, 45o < ? < 90o
? 推力轴承, ?=90o
注意：
? 在径向载荷作用下产生内部轴向力 Fd，其方向是使内外圈分离，所以
要成对使用
? 内部轴向力 Fd的大小与 ?有关
四、类型及特点
机械设计基础 —— 轴承
1 向心轴承 (?=0o)
2 调心轴承 (?=0o)
3 向心推力轴承 (0o＜ ?<90o)
4 推力轴承 (?=90o)
5 选择原则
1 向心轴承 (?=0o)
深沟球轴承, 6类 → nlim最高、价廉,优先采用
? 受力类型, Fr,不大的 Fa(双向 )
圆柱滚子轴承, N类 → 承载力较大
? 受力类型,很大的 Fr,不能承受轴向力 Fa
机械设计基础 —— 轴承
滚针轴承, NA类 → 内外圈可分离,径向尺寸小
? 受力类型,很大的 Fr,不能承受轴向力 Fa
2 调心轴承 (?=0o)
调心球轴承, 1类 → 调心性能最好
? 受力类型,Fr,不大的 Fa(双向 )
机械设计基础 —— 轴承
调心滚子轴承, 2(3)类 → 调心性能好、承载力较大
? 受力类型,Fr,不大的 Fa(双向 )
3 向心推力轴承 (0o＜ ?<90o)
角接触球轴承,７类,?＝ 15o,25o,40o
? 受力类型,Fr,单向 Fa
机械设计基础 —— 轴承
圆锥滚子轴承,3类
? 受力类型,Fr,单向 Fa
4 推力轴承 (?=90o)
推力球轴承, 5类
? 受力类型,只承受轴向 (Fa)
机械设计基础 —— 轴承
? 单列,承受单向轴向力
? 双列,承受双向轴向力
5 滚动轴承类型的 选择原则
? 根据载荷大小, 性质, 轴承的转速, 调心性能, 安装和拆
卸, 价格等确定轴承类型
? 其中, 载荷 (包括大小和方向 ),转速的大小一般是最主要的
机械设计基础 —— 轴承
? 一般而言，
? 高速，平稳低载,60000（深沟球轴承）
? 载荷较大 +冲击,滚子轴承
? 径 /轴向载荷较大：
? 较低转速,30000（圆锥滚子）
? 较高转速,70000角接触球轴承
? 轴向载荷 >>径向载荷,推力 +向心组合
13-8 滚动轴承的代号
? 滚动轴承为标准件,GB/T 272-1993
机械设计基础 —— 轴承
? 旧标准代号 举例
前臵代号 基 本 代 号 后臵代号
尺寸系列
代 号分部
件
代
号
类
型
代
号
内
径
代
号直径系列
代号
宽度
系列
代号
内
部
结
构
代
号
密
封
与
防
尘
代
号
公
差
等
级
代
号
。
。
。
字母 2 1 3 4 5 字母 (+数字 )
1 内径尺寸代号
2 尺寸系列代号
3 类型代号
基本代号
机械设计基础 —— 轴承
?表示轴承的基本类型, 结构和尺寸, 是轴承代号
的的基础
?表明轴承的内径, 直径系列, 宽度系列, 类型
1 内径尺寸代号
? 右起第 1,2位数字
? 内径 d,（即轴的直径）
? 00——10mm 01——12mm
? 02——15mm 03——17mm
? 04~96——数字 x 5 mm
机械设计基础 —— 轴承
?对于内径 (500mm，以及 22mm,28mm,32mm
的轴承，用公称内径数值直接表示，但在与尺寸
系列代号之间用,/”分开
2 尺寸系列代号
? 直径系列代号、宽度系列代号
? 直径系列代号,第三位数字
? 指结构相同、内径相同的轴承
使用不同直径的滚动体，在外
径和宽度方面的变化系列
? 0,1—特轻 2—轻
? 3—中 4—重
机械设计基础 —— 轴承
? 宽度系列代号,第四位数
字，常与直径系列代号同
时使用
? 表示同一内径和外径的轴
承可以有不同的宽度
? 多数正常系列可不标
0,1
特轻
2
轻
5
轻宽
3
中
6
中宽
4
重
3 类型代号
? 第五位 (从右到左数 )，用数字或字母表示
? 代号为 0（双列角接触球轴承），则省略
机械设计基础 —— 轴承
? 具体见 p308表 13-6
代号 轴承类型 旧代号
3 圆锥滚子轴承 7
5 推力球轴承 8
6 深沟球轴承 0
7 角接触球轴承 6
N 圆柱滚子轴承 2
NA 滚针轴承 4
? 常用的几类滚动轴承, 一般无前臵代号
前置代号
机械设计基础 —— 轴承
?用字母表示
?表示成套轴承分部件
公差等级 (精度 )代号：
? 0, 6x, 6,5,4,2六级精度, 逐渐增高
? 表示成,/P0,/P6x,/P6,/P5,/P4,/P2
内部结构代号：
? 如,C—?=15o,AC — ?=25o,B—?=40o
轴承径向游隙系列代号：
? /C1,/C2,/C0,/C3,/C4,/C5六组游隙, 由小到大
? 0组 ( /C0)） 游隙常用, 可省略
后置代号
机械设计基础 —— 轴承
? 用字母 （ +数字 ） 表示
? 表示轴承内部结构, 密封与防尘, 保持架及其材料, 轴承
材料及公差等级等
?
内
径
尺
寸
代
号
?
外
径
系
列
代
号
?
类
型
代
号
?
结
构
特
点
代
号
?
宽
度
系
列
代
号
?
精
度
代
号
滚动轴承代号,旧标准
机械设计基础 —— 轴承
□ X XX X X XX
了解
? 7212C
举例
机械设计基础 —— 轴承
? 6305
? 304/32
(/P0)
? 7211C/P5
深沟球轴承
直径系列为 3(中 ),
宽度系列为 0(不标 )
内径 d=25mm
0级精度 (不标 )
角接触球轴承
直径系列为 2(轻 )
宽度系列为 0(不标 )
内径 d =60mm
?=15o
内径 d=32mm
圆锥滚子轴承
宽度系列为 0
直径系列为 4(重 )
5级精度
接触角 15 ?
直径 55mm
正常宽度、轻系列
角接触球轴承
13-9 滚动轴承的失效形式及选择计算
一,失效形式
二,轴承寿命计算
三,轴承静载荷计算
机械设计基础 —— 轴承
设计轴承的基本方法：
? 由工作条件定轴承类型
? 结构定轴承直径
? 初选型号 → C,C0
? 验算寿命,计算轴承载荷 → 查 e,X,Y → 计算 P→ 计算
Lh→ 分析轴承是否合格
一、失效形式
机械设计基础 —— 轴承
失效形式：
? 疲劳点蚀 —— 最主要的失效形式, 滚动体
表面, 套圈滚道都可能发生点蚀
? 过大塑性变形 —— 低速轴承的主要失效形
式, 接触应力过大 (载荷过大或冲击载荷 )，
元件表面出现较大塑性变形
? 磨损, 胶合, 内外圈和保持架破损等 ——
使用维护不当而引起的, 属于非正常失效
设计准则：
? 一般转速的轴承
? — 进行寿命 (额定动载荷 )计算, 防止 疲劳 点蚀破坏
? 转速极低或仅作缓慢摆动的轴承
? — 按静强度 (额定静载荷 )计算, 防止塑性变形
二、轴承寿命计算
机械设计基础 —— 轴承
1 基本概念
2 寿命计算
3 当量动载荷 P 的计算
4 向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算
5 推力球轴承的当量动载荷
? 针对失效形式：疲劳 点蚀
1 基本概念 ——寿命
? 轴承寿命,( 106 r 或 h )
? 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数
? 基本额定寿命,用 L10 表示
? 一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中 90％的轴承不发生疲劳点
蚀前所经历的总转数或总工作小时数
机械设计基础 —— 轴承
? 寓意：
? 一批轴承中有 90％的寿命将比其基本额定寿命长
? 一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有 90％，失效率为 10％
? 注意,额定寿命随运转条件而变化
? 比如：外载荷增大，额定寿命降低
? 因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力
90％
10％完好
基本额定 动载荷
? 定义：
? 规定轴承在 基本额定寿命 L10为 106 转 时，所能承受的最大
载荷，用 C 表示
? 即：在 C 的作用下，运转 106 转 时，有 10％的轴承出现点
蚀,90％的轴承完好
机械设计基础 —— 轴承
? 对于具体轴承,C 为定值，按手册查取
? 对向心轴承 (0o ???45 o ),C为纯径向载荷 ——Cr
? 对推力轴承 (45o <? ?90o ), C为纯轴向载荷 ——Ca
额定动载荷越大 轴承的承载能力越大
2 寿命计算
? 目的,根据工作条件和设计要求，选
择合适的轴承尺寸
? 载荷与额定寿命的关系曲线：
? PeL10=常数
? 式中,P 为当量动载荷
? L10为 P 作用下的额定寿命
? e为寿命指数，球轴承 e ?3，滚子轴承 e=10/3
机械设计基础 —— 轴承
? 当载荷为额定动载荷 C 时：
L10 106r
P
C
P1
1 L1
轴承的疲劳曲线
L2
P2
rPCL
e
??????? 610 10
610 10?? ee CLP
小时数表示：
hPCnL h
e
??????? 6010
6
或：
NnLPC h
e
610
60 ???
－已知轴承的 C,计算额定寿命
－根据预期寿命 Lh′,计算所需的 C ′
预期寿命
所需额定
动载荷
轴承的额定寿命：
3 当量动载荷 P 的计算
? 对于向心轴承,C 为径向载荷 Cr
? 对于推力轴承,C 为轴向载荷 Ca
? 但轴承可能同时承受径向载荷 Fr 和轴向载荷 Fa
? 为了与 C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念
? 当量动载荷,一假想载荷，与 C 同类型，它对轴承的作用与
实际载荷的作用等效。用 P 表示
? 实际载荷的条件不同时，按确定基本额定动载荷的条件进行
换算后的载荷 ——即为纯径向力 Pr、纯轴向力 Pa
? 计算式：
机械设计基础 —— 轴承
? X － 径向 载荷 系数
? Y － 轴向 载荷 系数
? 见表 13-7
Fa
Fr
ar YFXFP ?? 实际工作条件下，需引入载荷
系数 fP (见表 13-8)修正 P：
)( arP YFXFfP ??
4 向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算
? Fr, Fa －轴承的径向、轴向力 （注意区别与轴上载荷）
? 对纯径向轴承,P=fPFr
? 对纯轴向轴承,P=fPFa
? 径向载荷 Fr 的计算见轴受力分析，即：
机械设计基础 —— 轴承
? Fa并不是外界的轴向作用力，而应是轴承所受的轴向力，
它应根据整个轴上的轴向载荷 (对于向心推力轴承还应包括
因径向载荷 Fr产生的派生轴向力 FS)之间的平衡条件得出
RV1 RV2RH1 RH2
FR
FAFT
22 VHr RRF ??
Aa FF ?而：
)( arP YFXFfP ??
⑴ 角接触轴承的派生轴向力 FS
? 向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向
载荷作用后，会产生派生轴向分力 FS
机械设计基础 —— 轴承
? 派生轴向力 FS 大小见表 13-9 F
S
Fr
QiRi
FSi
O
角
接
触
球
轴
承注意 F
S
的方向
α
表 13-9内部轴向力 FS
30000 70000C
?=15o
70000AC
?=25o
70000B
?=40o
FS=Fr/(2Y) FS=eFr FS=0.68Fr FS=1.14Fr
⑵ 角接触轴承的排列方法
? 为使 S 得到平衡，角接触轴承 一般 成对使用
? 正装 － 面对面安装
? 轴承外圈的窄边相对，
? 即内部轴向力指向相对
? 正装时跨距短，轴刚度大
机械设计基础 —— 轴承
? 反装 － 背靠背安装
? 两轴承外圈的宽边相对
? 即派生轴向力指向相背
? 反装时跨距长，轴刚度小
FR
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fr2Fr1FS1 FS2为简化计算，可认为支反力
作用于轴承宽度的中点
⑶ 角接触轴承的轴向载荷 Fa
? 当外载既有径向载荷
又有轴向载荷时，角
接触轴承的轴向载荷
Fa ＝？
机械设计基础 —— 轴承
? 要同时考虑轴向外载
Fa和派生轴向力 FS
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
Fa
Fr2Fr1FS1 FS2
FR
轴承正装时：
? 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：
机械设计基础 —— 轴承
? 若 FS1 + Fa > FS2
? 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，
? 右轴承被压紧，会产生反力 FS2’，使轴向力平衡，使得,
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
合力
FS2′
' 221 SSaS FFFF ???
' 222 SSa FFF ??右轴承被压紧,轴向力
左轴承被放松,轴向力 11 Sa FF ?
aS FF ?? 1
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
轴承正装时：
? 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：
机械设计基础 —— 轴承
? 若 FS1 + Fa < FS2
? 轴向合力向右，轴有向左移动的趋势，但外圈被固定，
? 左轴承被压紧，会产生反力 FS1’，使轴向力平衡，使得,
合力
FS1′
2' 11 SaSS FFFF ???
22 Sa FF ?
左轴承被压紧,轴向力
右轴承被放松,轴向力
' 111 SSa FFF ?? aS FF ?? 2
结论：
? 轴承 反 装时,可得到与正装同样的结论
? 结论总结如下：
? 根据 排列方式 判明派生轴向力 FS1,FS2 的方向
? 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被
“压紧”,哪端轴承被,放松”
?,放松” 端的轴向载荷等于 自身的内部轴向力
?,压紧” 端的轴向载荷等于 除去自身派生轴向力后 其它轴向
力的代数和
机械设计基础 —— 轴承
? 对于能承受少量轴向力而 ??0 的向心轴承 (如深沟球轴承 )：
Fa
Fr1 Fr2
因为,?＝ 0,FS1＝ 0, FS2＝ 0
所以,F合力 ＝ Fa
图中,Fa1＝ 0 Fa2＝ Fa
5 推力球轴承的当量动载荷
? 对推力球轴承，不能承受径向力，只能承受轴向力，则：
机械设计基础 —— 轴承
aP FfP ?
)( arP YFXFfP ??
三、轴承静载荷计算
机械设计基础 —— 轴承
? 失效形式,过大塑性变形
? 对象,低速或受较大冲击载荷作用的轴承
? 目的,防止轴承元件发生塑性变形
? 基本额定静载荷 C0, 限制塑性变形的极限载荷值, 由手
册查取
? 对向心轴承为 C0r － 径向基本额定静载荷
? 对推力轴承为 C0a － 轴向基本额定静载荷
? 径向轴承或角接触轴承的当量静载荷 P0:
? 实际选用：
? 推力轴承的当量静载荷：
? 静强度校核公式：
arr FYFXP 000 ??
),m a x ( 000 rarr FFYFXP ??
aa FP ?0
rr CP 00 ? aa CP 00 ?
13-10 滚动轴承的组合设计
? 组合设计的内容包括：
? 固定、配合与装拆、润滑与密封
? 组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、
轴承寿命及机器性能
机械设计基础 —— 轴承
一,轴承的固定
二,轴承的润滑与密封
三,轴承的配合与装拆
一、轴承的固定
机械设计基础 —— 轴承
?作用：
?实际上是对整个轴系起固定作用, 使轴系应有确
定的位臵, 承受轴向力, 防止轴向窜动；防止温
升后卡死；轴承游隙的调整 。
? 常用三种固定方法：
1 两端固定
2 一端固定, 一端游动
3 两端游动
1 两端固定
? 这是最常见的固定方式
? 两端的轴承各限制一个方向的轴向移动
? 适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm）
机械设计基础 —— 轴承
? 考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 0.2~0.3mm
调整垫片
调整垫片
2 一端固定、一端游动
? 适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm）
? 固定支点的轴承内外圈左右均固定，承担双向轴向力
? 游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力
机械设计基础 —— 轴承
? 当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附
加载荷作用，防止轴承卡住
为什么,N”类轴承
作游动支点时外圈
亦需轴向固定？
3 两端游动
? 一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定
? 主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴
机械设计基础 —— 轴承
? 大齿轮轴进行了两端固定，小齿轮轴系，其轴向位臵的约
束靠人字齿的形锁合来保证
调整垫片
二、轴承的润滑与密封
机械设计基础 —— 轴承
1 润滑
?目的,减少摩擦磨损, 冷却, 吸振, 防锈
?方式,脂；浸油, 滴油, 喷油, 油雾
? 浸油润滑时, 油
面不高于最下方
滚动体的中心
2 密封
?目的,防尘、防水、防止润滑剂流失
机械设计基础 —— 轴承
? 方式：
1 接触式密封：
? 毡圈,O形密封圈、唇形密封圈、机械密封（端面密封）
2 非接触式密封：
? 缝隙密封、离心式密封（甩油密封）、迷宫密封、螺旋密
封
1 接触式密封
? 毡圈
机械设计基础 —— 轴承
? 唇形密封圈
2 非接触式密封
机械设计基础 —— 轴承
?离心式密封（甩油密封）
? 缝隙密封
? 迷宫密封
三、轴承的配合与装拆
机械设计基础 —— 轴承
1 滚动轴承的配合
? 内圈与轴颈：采用基孔制
? 外圈与座孔：采用基轴制
? 选择的原则：
? 紧些的配合旋转精度高, 振动小
? 转动套圈, 速度高, 受载大, 工作温度变化大 ——选较紧
的配合 （ 过盈配合 ）
? 不动套圈, 常拆轴承 ——选较松的配合 （ 间隙配合
2 滚动轴承的装拆
? 要求：
? 容易装拆；装拆时不被损坏，也不能损坏其他零件
? ——安装力或拆卸力不要通过滚动体传递
机械设计基础 —— 轴承
? 轴肩高度应低于内圈厚度 → 拆卸时不损坏
? 轴肩开槽
? 轴承内圈Ｒ＞轴肩处ｒ
? 安装轴承轴段不宜过长 → 易装易拆
?概述
?滑动轴承
?滚动轴承
本章特点：
? 液体润滑径向滑动轴承的设计准则和设计方法与其它零
部件有本质的区别，验算的项目也相随有所差异
? 滚动轴承是一个多种元件的组合体 (部件 )的标准件，而
且是用试验与统计的方法按 90％的可靠度来规定它的基
本额定动载荷的，因而在计算理论和方法上都与其它零
部件有着较大的区别
机械设计基础 —— 轴承
概述
机械设计基础 —— 轴承
箱体
齿轮
轴
轴承
轴承孔
? 轴承,支持轴或轴上转动零件的部件
? 作用：
? 支持轴及轴上零件，保持轴的旋转精度
? 减少转轴与支持面间的摩擦磨损
? 分类：
? 按承载方向分,向心轴承、推力轴承
? 按摩擦性质分,滑动轴承、滚动轴承
滑动轴承
13-1 滑动轴承概述
13-2 滑动轴承的结构
13-3 滑动轴承的材料
13-4 润滑剂和润滑装置
13-5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
? 基本要求,
? 了解滑动轴承的特点、应用场合
? 了解滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则
? 了解常用润滑剂及润滑装臵
? 掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计原理及设计方法
13-1 滑动轴承概述
? 主要特点,工作平稳，无噪声；液体润滑时摩擦损失小
? 应用情况,工作转速特高的轴承；要求对轴的支承位臵特别精确的轴
承；特重型轴承；大冲击和振动载荷的轴承；剖分式轴承；径向尺寸
小的轴承；特殊工况下
? 滑动轴承中的摩擦按润滑油存在方式分,干摩擦、边界摩擦、液体摩
擦、混合摩擦 (非液体摩擦 )
机械设计基础 —— 轴承
13-2 滑动轴承的结构
机械设计基础 —— 轴承
? 向心滑动轴承 推力滑动轴承
? 滑动轴承组成,轴承体、轴瓦及轴承衬、润滑与密封装臵
? 滑动轴承分类：
? 向心滑动轴承 —— 整体式、剖分式、自动调心式
? 推力滑动轴承
整体式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
轴承座
整体轴套
油孔
螺纹孔
? 结构,轴承座, 轴套 （ 整体 ）
? 轴承座设有安装润滑油杯的螺纹孔
? 轴套上开有油孔, 内表面开有油槽
? 特点,结构简单, 成本低
? 但装拆不便, 无法调整
? 应用,低速, 轻载或间歇性工作的机器
剖分式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
轴承座
轴承盖
双头螺柱
油孔
油槽
剖分式轴瓦
? 结构,轴承座, 轴承盖, 剖分式轴瓦, 螺柱
? 特点,剖分面作成阶梯状, 且垂直载荷方向
? 正剖, 斜剖, 装拆方便, 常在轴瓦表面粘附轴承衬
? 磨损后可调整间隙, 结构复杂
? 应用,常用
自动调心式向心滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
? 应用：
? 用于支承挠度较大或多支点的长轴
? 结构,轴瓦瓦背制成凸球面
? 其支承面制成凹球面
? 特点,轴瓦能摆动, 适应轴的变形
推力滑动轴承
机械设计基础 —— 轴承
? 分类,空心式, 单环式, 多环式
? 轴上的轴向力应采用推力轴承来承受
? 止推面：轴端面, 轴中段做凸肩或装上
推力圆盘
13-3 滑动轴承的材料
机械设计基础 —— 轴承
? 轴瓦或轴承衬,轴颈应比轴瓦耐磨
? 对材料性能的要求,
? 良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性
? 良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性
? 足够的强度和抗腐蚀能力
? 良好的导热性、工艺性和经济性等
? 常用材料：
? 金属：青铜、轴承合金、粉末冶金、灰铸铁等
? 非金属：工程塑料、硬木、橡胶、聚四氟乙烯
? 轴承盖、轴承座,灰铸铁，铸钢
? 轴颈,钢
常用材料性能比较
机械设计基础 —— 轴承
材料 组成 性能特点 应用
轴承合金
(巴氏合金 )
Sn,Pb,Sb
合金
耐磨, 磨合, 导热
性, 油吸附性好
强度小, 价格贵
重载，中高速
青铜 Cu+Sn,Pb,
Al
较硬,强度高,耐磨
磨合性差
重载，中速
粉末冶金 Fe+石墨
Cu+石墨
含油轴承
韧性低
平稳载荷，无
冲击，中低速
铸铁 HT,KT 轴颈硬度 >轴瓦硬度 轻载，低速
13-4 润滑剂和润滑装臵
一,润滑剂
二,润滑装置
机械设计基础 —— 轴承
一、润滑剂
机械设计基础 —— 轴承
? 润滑油,液体, 用途最广泛
? 润滑脂,半固体, 润滑油＋稠化剂, 一般用于中低速
? 固体润滑剂,主要用作油, 脂的添加剂, 也可单独使用,
如 C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯 )等
? 作用,减少摩擦损失, 减轻工作表面的磨损, 冷却, 吸振等
? 常用润滑剂,润滑油, 润滑脂, 固体润滑剂
润滑油的性能指标及选择
性能指标：
? 粘度 ——液体流动时，每薄层相互间的阻抗剪力，它是液体流
动时内部摩擦阻力的度量
? 是最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据
? 油性 ——也称润滑性，表征油中的极性分子对金属表面的吸附
性能。油性好则摩擦系数小
? 凝点 ——反映润滑油的低温工作性能
? 闪点 ——反映润滑油的高温工作性能
机械设计基础 —— 轴承
润滑油的选择原则：
? 压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油
? 速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失
? 工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降
润滑脂的性能指标及选择
性能指标：
? 针入度 (稠度 )——表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度
? 用一特制重 1.5N锥形针在 25° C恒温下 5s内刺入润滑脂内
的深度。标志润滑脂内阻力的大小和受力后流动性的强弱
? 滴点 ——温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度，表征
润滑脂耐高温的性能
? 耐水性 ——润滑脂与水接触时，其特性的保持程度
机械设计基础 —— 轴承
润滑脂的选择原则：
? 压力大、速度低 ——小针入度，反之选针入度大的
? 润滑脂的滴点应高于轴承工作温度 20~30℃,以免流失
? 在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂
二、润滑装置
机械设计基础 —— 轴承
? 润滑油润滑装臵,油孔, 芯捻或线纱油杯, 针阀滴油杯,
油杯, 飞溅润滑, 压力润滑
? 润滑脂润滑装臵,旋转油杯, 压注油嘴
?油槽结构：
润滑油润滑装臵
? 油孔
? 芯捻或线纱油杯
? 针阀滴油杯
? 油环
机械设计基础 —— 轴承
? 飞溅润滑
? 压力润滑
13-5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
? 工作条件,边界膜不破坏、粗糙表面内有流体润滑存在
失效形式：
? 磨损 —— 导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使
轴承不能正常工作
? 胶合 —— 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴承
上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合
设计准则：
? 维持边界膜不遭破坏
? 主要进行压强 p、压强与速度乘积 pv 的验算
机械设计基础 —— 轴承
一,向心轴承的计算
二,推力轴承的计算
三,设计步骤
一、向心轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
2 压强和速度乘积 pv的验算
? 限制温升防止油膜破裂, 防止胶合破坏
1 压强 p验算
? 限制压力防止油膜破裂, 防止轴瓦过度磨损
b
d
F
bd
Fp ? M P a][ p?
许用压强 p
查表 13-1
b
nFdn
bd
Fpv
1 9 1 0 01 0 0 060 ????
? ][ pv?
许用 pv值
查表 13-1
二、推力轴承的计算
机械设计基础 —— 轴承
2 压强和速度乘积 pv的验算
? 限制温升防止油膜破裂, 防止胶合破坏
1 压强 p验算
? 限制压力防止油膜破裂, 防止轴瓦过度磨损
?? )(
4
2
0
2 ddz
F
p
?
? M P a][ p?
许用压强 p
查表 13-4
mpv ][ pv?
许用 pv值
查表 13-4
d0
F
n
平均速度
三、设计步骤
机械设计基础 —— 轴承
选择轴瓦材料确定轴承结构形式
确定轴承宽度 b和直径 d 验算 p,pv
选择轴承的配合 选择润滑剂与润滑装臵
滚动轴承
13-6 滚动轴承概述
13-7 滚动轴承的结构和类型
13-8 滚动轴承的代号
13-9 滚动轴承的失效形式及选择计算
13-10 滚动轴承的组合设计
机械设计基础 —— 轴承
? 基本要求,
? 熟悉滚动轴承的代号、正确地选择 滚动轴承的类型
? 掌握滚动轴承的寿命计算
? 正确进行滚动轴承组合设计
? 难点,向心推力轴承 (指角接触球轴承与圆锥滚子轴承 )的
受力分析
13-6 滚动轴承概述
? 滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产
机械设计基础 —— 轴承
? 特点：
? 摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏,f＝ 0.05,h= 0.98～
0.995
? 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构
? 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高
? 互换性好，易于维护，润滑简便,价格低
? 抗冲击能力差,高速时出现噪音
? 寿命也比不上液体润滑的滑动轴承
? 径向尺寸大
13-7 滚动轴承的结构 和类型
一,结构
二,材料
三,分类
四,类型及特点
机械设计基础 —— 轴承
一、结构
机械设计基础 —— 轴承
?组成,内圈, 外圈, 滚动体, 保持架
外圈
内圈
滚动体
保持架
二、材料
机械设计基础 —— 轴承
? 保持架,避免滚动体直接接触，减少发热和磨损
? 材料,低碳钢；铜, 铝, 工程塑料
? 内圈, 外圈, 滚动体,高硬度, 高接触
疲劳强度, 良好耐磨性和冲击韧性
? 材料,含铬轴承钢, 硬度 60~65 HRC
三、分类
机械设计基础 —— 轴承
1 按滚动体形状分
2 按受载方向分
1 按滚动体形状分
按滚动体形状分：
? 球轴承、滚子轴承
机械设计基础 —— 轴承
又可细分为：
? 球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、
球面滚子轴承
2 按受载方向分
? 按受载方向和公称接触角分：
机械设计基础 —— 轴承
滚动体与套圈接触处
的法线与轴承的径向
平面之间的夹角 ?
? 向心轴承, ?=0o
? 向心推力轴承,0o< ? <90o
? 向心角接触轴承, 0o < ?≤45o
? 推力角接触轴承, 45o < ? < 90o
? 推力轴承, ?=90o
注意：
? 在径向载荷作用下产生内部轴向力 Fd，其方向是使内外圈分离，所以
要成对使用
? 内部轴向力 Fd的大小与 ?有关
四、类型及特点
机械设计基础 —— 轴承
1 向心轴承 (?=0o)
2 调心轴承 (?=0o)
3 向心推力轴承 (0o＜ ?<90o)
4 推力轴承 (?=90o)
5 选择原则
1 向心轴承 (?=0o)
深沟球轴承, 6类 → nlim最高、价廉,优先采用
? 受力类型, Fr,不大的 Fa(双向 )
圆柱滚子轴承, N类 → 承载力较大
? 受力类型,很大的 Fr,不能承受轴向力 Fa
机械设计基础 —— 轴承
滚针轴承, NA类 → 内外圈可分离,径向尺寸小
? 受力类型,很大的 Fr,不能承受轴向力 Fa
2 调心轴承 (?=0o)
调心球轴承, 1类 → 调心性能最好
? 受力类型,Fr,不大的 Fa(双向 )
机械设计基础 —— 轴承
调心滚子轴承, 2(3)类 → 调心性能好、承载力较大
? 受力类型,Fr,不大的 Fa(双向 )
3 向心推力轴承 (0o＜ ?<90o)
角接触球轴承,７类,?＝ 15o,25o,40o
? 受力类型,Fr,单向 Fa
机械设计基础 —— 轴承
圆锥滚子轴承,3类
? 受力类型,Fr,单向 Fa
4 推力轴承 (?=90o)
推力球轴承, 5类
? 受力类型,只承受轴向 (Fa)
机械设计基础 —— 轴承
? 单列,承受单向轴向力
? 双列,承受双向轴向力
5 滚动轴承类型的 选择原则
? 根据载荷大小, 性质, 轴承的转速, 调心性能, 安装和拆
卸, 价格等确定轴承类型
? 其中, 载荷 (包括大小和方向 ),转速的大小一般是最主要的
机械设计基础 —— 轴承
? 一般而言，
? 高速，平稳低载,60000（深沟球轴承）
? 载荷较大 +冲击,滚子轴承
? 径 /轴向载荷较大：
? 较低转速,30000（圆锥滚子）
? 较高转速,70000角接触球轴承
? 轴向载荷 >>径向载荷,推力 +向心组合
13-8 滚动轴承的代号
? 滚动轴承为标准件,GB/T 272-1993
机械设计基础 —— 轴承
? 旧标准代号 举例
前臵代号 基 本 代 号 后臵代号
尺寸系列
代 号分部
件
代
号
类
型
代
号
内
径
代
号直径系列
代号
宽度
系列
代号
内
部
结
构
代
号
密
封
与
防
尘
代
号
公
差
等
级
代
号
。
。
。
字母 2 1 3 4 5 字母 (+数字 )
1 内径尺寸代号
2 尺寸系列代号
3 类型代号
基本代号
机械设计基础 —— 轴承
?表示轴承的基本类型, 结构和尺寸, 是轴承代号
的的基础
?表明轴承的内径, 直径系列, 宽度系列, 类型
1 内径尺寸代号
? 右起第 1,2位数字
? 内径 d,（即轴的直径）
? 00——10mm 01——12mm
? 02——15mm 03——17mm
? 04~96——数字 x 5 mm
机械设计基础 —— 轴承
?对于内径 (500mm，以及 22mm,28mm,32mm
的轴承，用公称内径数值直接表示，但在与尺寸
系列代号之间用,/”分开
2 尺寸系列代号
? 直径系列代号、宽度系列代号
? 直径系列代号,第三位数字
? 指结构相同、内径相同的轴承
使用不同直径的滚动体，在外
径和宽度方面的变化系列
? 0,1—特轻 2—轻
? 3—中 4—重
机械设计基础 —— 轴承
? 宽度系列代号,第四位数
字，常与直径系列代号同
时使用
? 表示同一内径和外径的轴
承可以有不同的宽度
? 多数正常系列可不标
0,1
特轻
2
轻
5
轻宽
3
中
6
中宽
4
重
3 类型代号
? 第五位 (从右到左数 )，用数字或字母表示
? 代号为 0（双列角接触球轴承），则省略
机械设计基础 —— 轴承
? 具体见 p308表 13-6
代号 轴承类型 旧代号
3 圆锥滚子轴承 7
5 推力球轴承 8
6 深沟球轴承 0
7 角接触球轴承 6
N 圆柱滚子轴承 2
NA 滚针轴承 4
? 常用的几类滚动轴承, 一般无前臵代号
前置代号
机械设计基础 —— 轴承
?用字母表示
?表示成套轴承分部件
公差等级 (精度 )代号：
? 0, 6x, 6,5,4,2六级精度, 逐渐增高
? 表示成,/P0,/P6x,/P6,/P5,/P4,/P2
内部结构代号：
? 如,C—?=15o,AC — ?=25o,B—?=40o
轴承径向游隙系列代号：
? /C1,/C2,/C0,/C3,/C4,/C5六组游隙, 由小到大
? 0组 ( /C0)） 游隙常用, 可省略
后置代号
机械设计基础 —— 轴承
? 用字母 （ +数字 ） 表示
? 表示轴承内部结构, 密封与防尘, 保持架及其材料, 轴承
材料及公差等级等
?
内
径
尺
寸
代
号
?
外
径
系
列
代
号
?
类
型
代
号
?
结
构
特
点
代
号
?
宽
度
系
列
代
号
?
精
度
代
号
滚动轴承代号,旧标准
机械设计基础 —— 轴承
□ X XX X X XX
了解
? 7212C
举例
机械设计基础 —— 轴承
? 6305
? 304/32
(/P0)
? 7211C/P5
深沟球轴承
直径系列为 3(中 ),
宽度系列为 0(不标 )
内径 d=25mm
0级精度 (不标 )
角接触球轴承
直径系列为 2(轻 )
宽度系列为 0(不标 )
内径 d =60mm
?=15o
内径 d=32mm
圆锥滚子轴承
宽度系列为 0
直径系列为 4(重 )
5级精度
接触角 15 ?
直径 55mm
正常宽度、轻系列
角接触球轴承
13-9 滚动轴承的失效形式及选择计算
一,失效形式
二,轴承寿命计算
三,轴承静载荷计算
机械设计基础 —— 轴承
设计轴承的基本方法：
? 由工作条件定轴承类型
? 结构定轴承直径
? 初选型号 → C,C0
? 验算寿命,计算轴承载荷 → 查 e,X,Y → 计算 P→ 计算
Lh→ 分析轴承是否合格
一、失效形式
机械设计基础 —— 轴承
失效形式：
? 疲劳点蚀 —— 最主要的失效形式, 滚动体
表面, 套圈滚道都可能发生点蚀
? 过大塑性变形 —— 低速轴承的主要失效形
式, 接触应力过大 (载荷过大或冲击载荷 )，
元件表面出现较大塑性变形
? 磨损, 胶合, 内外圈和保持架破损等 ——
使用维护不当而引起的, 属于非正常失效
设计准则：
? 一般转速的轴承
? — 进行寿命 (额定动载荷 )计算, 防止 疲劳 点蚀破坏
? 转速极低或仅作缓慢摆动的轴承
? — 按静强度 (额定静载荷 )计算, 防止塑性变形
二、轴承寿命计算
机械设计基础 —— 轴承
1 基本概念
2 寿命计算
3 当量动载荷 P 的计算
4 向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算
5 推力球轴承的当量动载荷
? 针对失效形式：疲劳 点蚀
1 基本概念 ——寿命
? 轴承寿命,( 106 r 或 h )
? 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数
? 基本额定寿命,用 L10 表示
? 一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中 90％的轴承不发生疲劳点
蚀前所经历的总转数或总工作小时数
机械设计基础 —— 轴承
? 寓意：
? 一批轴承中有 90％的寿命将比其基本额定寿命长
? 一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有 90％，失效率为 10％
? 注意,额定寿命随运转条件而变化
? 比如：外载荷增大，额定寿命降低
? 因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力
90％
10％完好
基本额定 动载荷
? 定义：
? 规定轴承在 基本额定寿命 L10为 106 转 时，所能承受的最大
载荷，用 C 表示
? 即：在 C 的作用下，运转 106 转 时，有 10％的轴承出现点
蚀,90％的轴承完好
机械设计基础 —— 轴承
? 对于具体轴承,C 为定值，按手册查取
? 对向心轴承 (0o ???45 o ),C为纯径向载荷 ——Cr
? 对推力轴承 (45o <? ?90o ), C为纯轴向载荷 ——Ca
额定动载荷越大 轴承的承载能力越大
2 寿命计算
? 目的,根据工作条件和设计要求，选
择合适的轴承尺寸
? 载荷与额定寿命的关系曲线：
? PeL10=常数
? 式中,P 为当量动载荷
? L10为 P 作用下的额定寿命
? e为寿命指数，球轴承 e ?3，滚子轴承 e=10/3
机械设计基础 —— 轴承
? 当载荷为额定动载荷 C 时：
L10 106r
P
C
P1
1 L1
轴承的疲劳曲线
L2
P2
rPCL
e
??????? 610 10
610 10?? ee CLP
小时数表示：
hPCnL h
e
??????? 6010
6
或：
NnLPC h
e
610
60 ???
－已知轴承的 C,计算额定寿命
－根据预期寿命 Lh′,计算所需的 C ′
预期寿命
所需额定
动载荷
轴承的额定寿命：
3 当量动载荷 P 的计算
? 对于向心轴承,C 为径向载荷 Cr
? 对于推力轴承,C 为轴向载荷 Ca
? 但轴承可能同时承受径向载荷 Fr 和轴向载荷 Fa
? 为了与 C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念
? 当量动载荷,一假想载荷，与 C 同类型，它对轴承的作用与
实际载荷的作用等效。用 P 表示
? 实际载荷的条件不同时，按确定基本额定动载荷的条件进行
换算后的载荷 ——即为纯径向力 Pr、纯轴向力 Pa
? 计算式：
机械设计基础 —— 轴承
? X － 径向 载荷 系数
? Y － 轴向 载荷 系数
? 见表 13-7
Fa
Fr
ar YFXFP ?? 实际工作条件下，需引入载荷
系数 fP (见表 13-8)修正 P：
)( arP YFXFfP ??
4 向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算
? Fr, Fa －轴承的径向、轴向力 （注意区别与轴上载荷）
? 对纯径向轴承,P=fPFr
? 对纯轴向轴承,P=fPFa
? 径向载荷 Fr 的计算见轴受力分析，即：
机械设计基础 —— 轴承
? Fa并不是外界的轴向作用力，而应是轴承所受的轴向力，
它应根据整个轴上的轴向载荷 (对于向心推力轴承还应包括
因径向载荷 Fr产生的派生轴向力 FS)之间的平衡条件得出
RV1 RV2RH1 RH2
FR
FAFT
22 VHr RRF ??
Aa FF ?而：
)( arP YFXFfP ??
⑴ 角接触轴承的派生轴向力 FS
? 向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向
载荷作用后，会产生派生轴向分力 FS
机械设计基础 —— 轴承
? 派生轴向力 FS 大小见表 13-9 F
S
Fr
QiRi
FSi
O
角
接
触
球
轴
承注意 F
S
的方向
α
表 13-9内部轴向力 FS
30000 70000C
?=15o
70000AC
?=25o
70000B
?=40o
FS=Fr/(2Y) FS=eFr FS=0.68Fr FS=1.14Fr
⑵ 角接触轴承的排列方法
? 为使 S 得到平衡，角接触轴承 一般 成对使用
? 正装 － 面对面安装
? 轴承外圈的窄边相对，
? 即内部轴向力指向相对
? 正装时跨距短，轴刚度大
机械设计基础 —— 轴承
? 反装 － 背靠背安装
? 两轴承外圈的宽边相对
? 即派生轴向力指向相背
? 反装时跨距长，轴刚度小
FR
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fr2Fr1FS1 FS2为简化计算，可认为支反力
作用于轴承宽度的中点
⑶ 角接触轴承的轴向载荷 Fa
? 当外载既有径向载荷
又有轴向载荷时，角
接触轴承的轴向载荷
Fa ＝？
机械设计基础 —— 轴承
? 要同时考虑轴向外载
Fa和派生轴向力 FS
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
Fa
Fr2Fr1FS1 FS2
FR
轴承正装时：
? 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：
机械设计基础 —— 轴承
? 若 FS1 + Fa > FS2
? 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，
? 右轴承被压紧，会产生反力 FS2’，使轴向力平衡，使得,
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
合力
FS2′
' 221 SSaS FFFF ???
' 222 SSa FFF ??右轴承被压紧,轴向力
左轴承被放松,轴向力 11 Sa FF ?
aS FF ?? 1
FR
Fr1 F
r2
FS1 F
S2
Fa
轴承正装时：
? 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：
机械设计基础 —— 轴承
? 若 FS1 + Fa < FS2
? 轴向合力向右，轴有向左移动的趋势，但外圈被固定，
? 左轴承被压紧，会产生反力 FS1’，使轴向力平衡，使得,
合力
FS1′
2' 11 SaSS FFFF ???
22 Sa FF ?
左轴承被压紧,轴向力
右轴承被放松,轴向力
' 111 SSa FFF ?? aS FF ?? 2
结论：
? 轴承 反 装时,可得到与正装同样的结论
? 结论总结如下：
? 根据 排列方式 判明派生轴向力 FS1,FS2 的方向
? 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被
“压紧”,哪端轴承被,放松”
?,放松” 端的轴向载荷等于 自身的内部轴向力
?,压紧” 端的轴向载荷等于 除去自身派生轴向力后 其它轴向
力的代数和
机械设计基础 —— 轴承
? 对于能承受少量轴向力而 ??0 的向心轴承 (如深沟球轴承 )：
Fa
Fr1 Fr2
因为,?＝ 0,FS1＝ 0, FS2＝ 0
所以,F合力 ＝ Fa
图中,Fa1＝ 0 Fa2＝ Fa
5 推力球轴承的当量动载荷
? 对推力球轴承，不能承受径向力，只能承受轴向力，则：
机械设计基础 —— 轴承
aP FfP ?
)( arP YFXFfP ??
三、轴承静载荷计算
机械设计基础 —— 轴承
? 失效形式,过大塑性变形
? 对象,低速或受较大冲击载荷作用的轴承
? 目的,防止轴承元件发生塑性变形
? 基本额定静载荷 C0, 限制塑性变形的极限载荷值, 由手
册查取
? 对向心轴承为 C0r － 径向基本额定静载荷
? 对推力轴承为 C0a － 轴向基本额定静载荷
? 径向轴承或角接触轴承的当量静载荷 P0:
? 实际选用：
? 推力轴承的当量静载荷：
? 静强度校核公式：
arr FYFXP 000 ??
),m a x ( 000 rarr FFYFXP ??
aa FP ?0
rr CP 00 ? aa CP 00 ?
13-10 滚动轴承的组合设计
? 组合设计的内容包括：
? 固定、配合与装拆、润滑与密封
? 组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、
轴承寿命及机器性能
机械设计基础 —— 轴承
一,轴承的固定
二,轴承的润滑与密封
三,轴承的配合与装拆
一、轴承的固定
机械设计基础 —— 轴承
?作用：
?实际上是对整个轴系起固定作用, 使轴系应有确
定的位臵, 承受轴向力, 防止轴向窜动；防止温
升后卡死；轴承游隙的调整 。
? 常用三种固定方法：
1 两端固定
2 一端固定, 一端游动
3 两端游动
1 两端固定
? 这是最常见的固定方式
? 两端的轴承各限制一个方向的轴向移动
? 适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm）
机械设计基础 —— 轴承
? 考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 0.2~0.3mm
调整垫片
调整垫片
2 一端固定、一端游动
? 适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm）
? 固定支点的轴承内外圈左右均固定，承担双向轴向力
? 游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力
机械设计基础 —— 轴承
? 当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附
加载荷作用，防止轴承卡住
为什么,N”类轴承
作游动支点时外圈
亦需轴向固定？
3 两端游动
? 一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定
? 主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴
机械设计基础 —— 轴承
? 大齿轮轴进行了两端固定，小齿轮轴系，其轴向位臵的约
束靠人字齿的形锁合来保证
调整垫片
二、轴承的润滑与密封
机械设计基础 —— 轴承
1 润滑
?目的,减少摩擦磨损, 冷却, 吸振, 防锈
?方式,脂；浸油, 滴油, 喷油, 油雾
? 浸油润滑时, 油
面不高于最下方
滚动体的中心
2 密封
?目的,防尘、防水、防止润滑剂流失
机械设计基础 —— 轴承
? 方式：
1 接触式密封：
? 毡圈,O形密封圈、唇形密封圈、机械密封（端面密封）
2 非接触式密封：
? 缝隙密封、离心式密封（甩油密封）、迷宫密封、螺旋密
封
1 接触式密封
? 毡圈
机械设计基础 —— 轴承
? 唇形密封圈
2 非接触式密封
机械设计基础 —— 轴承
?离心式密封（甩油密封）
? 缝隙密封
? 迷宫密封
三、轴承的配合与装拆
机械设计基础 —— 轴承
1 滚动轴承的配合
? 内圈与轴颈：采用基孔制
? 外圈与座孔：采用基轴制
? 选择的原则：
? 紧些的配合旋转精度高, 振动小
? 转动套圈, 速度高, 受载大, 工作温度变化大 ——选较紧
的配合 （ 过盈配合 ）
? 不动套圈, 常拆轴承 ——选较松的配合 （ 间隙配合
2 滚动轴承的装拆
? 要求：
? 容易装拆；装拆时不被损坏，也不能损坏其他零件
? ——安装力或拆卸力不要通过滚动体传递
机械设计基础 —— 轴承
? 轴肩高度应低于内圈厚度 → 拆卸时不损坏
? 轴肩开槽
? 轴承内圈Ｒ＞轴肩处ｒ
? 安装轴承轴段不宜过长 → 易装易拆
