机械设计滚动轴承
机械设计基础第章滚动轴承轴向力的计算
机械设计基础第章滚动轴承轴向力的计算滚动轴承是一种重要的机械传动部件，广泛应用于各种机械设备中。
在滚动轴承的设计中，轴向力的计算是重要的一环。
轴向力是指作用在轴承上的沿轴向方向的力，它对轴承的正常工作和寿命具有重要影响。
轴承在工作过程中，常常受到来自外部或内部的轴向力的作用。
外力主要包括：1.传动装置的轴向力：在一些传动装置中，由于齿轮、联轴器、皮带轮等传动元件的轴向对各来的作用，会使得轴承受到轴向力的作用。
2.轴向定位力：当轴承所选择的结构形式为非推力轴承，即由轴承的其他结构形式来决定轴承承受的轴向力，比如圆锥滚子轴承、调整心形滚子轴承等。
3.实际工况的影响力：比如离心力、旋转不平衡力等，由于转子的形状和运动特性，往往会使得轴承受到轴向力的作用。
内力主要包括：1.轴的伸长引起的力：当轴受到拉伸力或拉压力时，会产生轴向力作用于滚动轴承上。
2.温度变化引起的力：由于温度变化引起的轴线伸长或缩短导致的轴向力。
3.轴的变形引起的力：由于轴的变形导致的轴向力，如轴端的盖板，轴承座两侧安装的螺钉张紧方式的变形。
1.当轴承承受的轴向力为外力时，根据传动装置的轴向力大小和方向来计算。
一般可以通过传动装置的设计手册或相关文献来获取。
2.当轴承承受的轴向力为内力时，可以通过相关的计算公式来计算。
比如，当轴受到拉伸力时，轴向力可以通过公式F=σ×A计算，其中F为轴向力，σ为轴的应力，A为轴截面积。
3.当轴承承受的轴向力为温度变化引起的力时，可以通过计算轴线伸长或缩短的量来计算轴向力。
在滚动轴承的设计中，合理计算轴向力是十分重要的，轴向力过大或者过小都会对轴承的使用寿命和运行效果产生负面影响。
因此，在设计滚动轴承时，需要结合实际应用情况，充分考虑轴向力的计算，以确保轴承正常工作并具有较长的使用寿命。
机械设计64h-第九章滚动轴承小结
S '2
A2=S1-FA
A1=S1
正安装：外圈窄边相对， 正安装ห้องสมุดไป่ตู้外圈窄边相对，S相对
3、FA+S2=S1 、
轴系力平衡， 轴系力平衡，则
S1 = FA + S 2 A2=S2 A1=S1
S1 R1 Fa S2 R2
S1 R1 Fa S2 R2
总结： 总结：
正安装：外圈窄边相对， 正安装：外圈窄边相对，S相对
三、滚动轴承组合设计
3、轴承的配合、装拆与预紧 、轴承的配合、
冷压法 热套法 用工具拆卸 长度不等的套筒弹簧等预紧
4、支承部分的刚度和同轴度 、 5、轴承的润滑 、
1）、脂润滑 ）、脂润滑 ）、
2）、油润滑：油浴润滑、飞溅润滑、喷油润滑。 ）、油润滑 油浴润滑、飞溅润滑、喷油润滑。 ）、油润滑：
6、滚动轴承的密封 、
C0：受力最大滚动体与滚道接触处, 永久变形量的 受力最大滚动体与滚道接触处, 总和达到滚动体直径的0.0001 0.0001时 轴承上所加载荷。 总和达到滚动体直径的0.0001时,轴承上所加载荷。
二、基本计算
1、疲劳寿命计算
的步骤： *求L（Lh)(C)的步骤： （ 的步骤
1、求派生轴向力Si的大小、方向 求派生轴向力S 的大小、 方向：从小口指向大口。大小： 方向：从小口指向大口。大小： Si=f(Ri) 求轴向力A 2、求轴向力Ai的大小 通过F 定出松、紧端; 通过FA、Si定出松、紧端; 紧端： 松端： 紧端：A紧=S松±FA 松端：A松=S松 3、求径向系数 ，轴向系数 、 径向系数X 轴向系数Y 表9 − 6，Ai 与e比较 → X , Y i i Ri
求当量动载荷P 4、求当量动载荷P 5、求L（Lh)(C`)
考研备考期末复习 机械设计题库 滚动轴承
考研备考期末复习机械设计题库滚动轴承考研备考和期末复习对于机械设计这门课来说可都不轻松啊，尤其是滚动轴承这部分，那真的是让很多同学头疼不已。
我记得之前有个学生叫小李，他平时上课的时候总是迷迷糊糊的，对机械设计这门课没太放在心上。
结果一到期末，他傻眼了，发现啥也不会。
特别是滚动轴承这块儿，他完全搞不清楚什么是深沟球轴承，什么是圆锥滚子轴承，更别提计算它们的承载能力和寿命了。
小李找到我，一脸苦相地说：“老师，我这可咋办呀？马上就要考试了，我感觉自己要挂科了。
”我看着他那着急的样子，心里也是又好气又好笑。
我跟他说：“别慌，咱们一步步来。
先把教材上关于滚动轴承的基础知识搞清楚。
”于是，我带着他重新梳理教材。
咱们先来说说考研备考这方面。
考研的机械设计题目可比期末考要难多了，而且更注重对知识的综合运用和深入理解。
在复习滚动轴承的时候，不能只是死记硬背那些公式和概念，得真正理解它们的原理和应用。
比如说，在设计一个机械传动系统的时候，怎么根据实际的工作条件选择合适的滚动轴承类型？是选深沟球轴承呢，还是角接触球轴承？这可不能随便瞎选，得考虑载荷的大小、方向、转速、工作环境等好多因素。
再看看期末复习，重点还是要放在教材上的基本知识点和常见的题型上。
像滚动轴承的主要类型、特点、代号含义，这些都是必考的内容。
比如说，6208 这个轴承代号，你得知道 6 代表深沟球轴承，2 表示轻系列，08 表示内径是 40mm。
在机械设计的题库里，关于滚动轴承的题目那也是五花八门。
有计算轴承寿命的，有判断轴承是否满足工作要求的，还有让你设计轴承组合结构的。
就拿计算轴承寿命的题目来说吧，得先搞清楚载荷的大小和方向，然后根据公式算出当量动载荷。
这里面还涉及到一些系数的选择，可不能马虎。
要是系数选错了，那整个结果就全错了。
还有判断轴承是否满足工作要求的题目，得先根据已知条件算出轴承所承受的载荷，再和轴承的额定载荷进行比较。
如果计算出来的载荷超过了额定载荷，那这轴承可就不行啦，得重新选择。
机械设计08滚动轴承
两端单向固定
调整垫片
调整垫片
(a)
(b)
正装
图 13-16
L1
L2
b
b
(a)
(b)
图 13-17
正装 3、7类轴承在大端轴向固定
2、一端双向固定，一端游动
3、两端游动——人字齿轮高速主动轴
深沟球轴承旳游动
圆柱滚子轴承旳游动
低速齿轮轴必须两端固定
二、滚动轴承旳轴向固定 内圈与轴：
1）轴肩
2）轴用弹性挡圈
径向力 径向力（主要） 径向力
轴向力
轴向力
轴向力 （主要）
按滚动体形状： 球 轴承 ——承载能力低，极限转速高 滚子轴承——承载能力高，极限转速低
常用滚动轴承旳类型 表13—1
最常用几种 ： ①深沟球轴承（向心球轴承）——6
表3-1图
②圆锥滚子轴承——3
③角接触球轴承——7
二、滚动轴承旳代号
4）常拆卸旳轴承或游动套圈应取较松旳配合 5）与空心轴配合旳轴承应取较紧旳密合。
六、滚动轴承旳预紧 预紧旳目旳 预紧原理 常用预紧措施： 1）用垫片和长短隔套预紧
(a)
(b)
l
l+ (a)
l+ l (b)
(a)
(b)
l
l+ (a)
l+ l (b)
2）夹紧一对磨窄了旳外圈（或内圈）旳角接触轴承
(a)
L2 b
措施：调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度
五、滚动轴孔旳配合 轴承内圈与轴 基孔制： 松 ————→紧 js6，j6，k6，m6，n6
轴承外圈与轴承座孔 基轴制： 松 ————→紧 G7，H7，JS7，J7
DH7 dk6
机械设计基础--滚动轴承
?
RV2 RH2 Fr
角 接 触 球 轴 承
RV1 RH1 1,角接触轴承的派生轴向力 Fs O -支反力作用点,即法线与轴线的交点. 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 FS 向分力 FS . O F 派生轴向力: si ≈ 1.25 Fr tgα 注意 F 的
Fr1 ● 若 FS1 + FA > FS2
Fr2
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′, 即:Fa1=FS1 (放松端) 使轴向力平衡, 使得 FS 1 + FA = FS 2 + FS 2 ′ FS2 和 FS2′ 都是右轴承所受的力,故: Fa 2 = FS 2 + FS 2 ′ = FS 1 + FA 而左轴承被放松, 故:Fa1 = FS 1
(放松端)
1 FS2′
FS1
2
FA
FS2
● 若 FS2 + FA < FS1, 轴向合力向左,轴有向左移动的趋势, 右轴承被压紧,会产生反力FS 2′, 使轴向力平衡:
FS 1 = FS 2 + FA + FS 2 ′ Fa1 = FS 1
(放松端)
∴
Fa 2 = FS 1 FA(压紧端)
归纳如下: 根据排列方式判明派生轴向力 FS 1,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. 对于能够承受少量轴向力而α=0 的向心轴承: (如深沟球轴承) 因为:α=0 , FS1=0 ,FS2= 0 所以:Fa=FA 图中: Fa1=0 Fr1 Fa2=FA FA
机械设计基础第节滚动轴承轴向力的计算
机械设计基础第节滚动轴承轴向力的计算滚动轴承是一种常用的机械元件，用于支撑与传递轴向载荷和径向载荷。
在机械设计中，计算滚动轴承轴向力是非常重要的一部分，涉及到轴承的选型和设计。
本文将介绍滚动轴承轴向力的计算方法。
一、轴向载荷的种类在机械系统中，轴向载荷分为静载荷和动载荷两种。
1.静载荷：轴向载荷恒定不变的情况下的载荷称为静载荷。
静载荷通常由设备的自重、安装在轴上的其他零件的重量、负荷的重量等构成。
2.动载荷：轴向载荷大小在运行过程中有变化的载荷称为动载荷。
动载荷通常通过计算得出，可以是来自于负载的力或力矩引起的轴向力。
二、静载荷的计算静载荷的计算主要包括扭矩产生的轴向力、径向载荷以及其他附加载荷的计算等。
1.扭矩产生的轴向力：扭矩产生的轴向力是由于传递扭矩而引起的轴向力。
一般情况下，扭矩产生的轴向力可以通过计算得出，计算公式如下：Fa=(KT×Md)/L其中，Fa为扭矩产生的轴向力，KT为轴向力系数，Md为传递的扭矩，L为轴承的有效传递长度。
2.径向载荷：径向载荷是指垂直于轴向的力。
径向载荷通常由设备的自重、传动装置的重量、负载的重量等构成。
径向载荷的计算需要考虑设备的结构和工作环境等因素。
3.其他附加载荷：其他附加载荷通常包括轴向预紧力、温度变化引起的载荷、振动引起的载荷等。
这些附加载荷需要在设计过程中进行综合考虑。
三、动载荷的计算动载荷的计算需要考虑到设备在运行中的工况、运行速度、负载类型等因素。
常见的动载荷计算方法有以下几种：1.动载荷的估计：根据设备的工作环境和使用条件，根据经验公式或实验结果进行动载荷的估计。
2.动载荷的测量：通过测量设备在运行过程中的实际载荷，得到动载荷的大小。
3.动载荷的模拟计算：通过建立设备的动态模型，对工作过程进行模拟计算，得到动载荷的大小。
四、滚动轴承轴向力的选型在计算得到滚动轴承的轴向力后，还需要根据轴承的轴向载荷容量、速度等特性进行选型。
轴向载荷容量是指滚动轴承在承受轴向力时的极限载荷能力，通常通过轴向载荷容量图进行选型。
机械工程中滚动轴承的动力学分析与优化设计
机械工程中滚动轴承的动力学分析与优化设计引言：滚动轴承在机械工程中扮演着重要的角色，广泛应用于各个领域，如汽车工业、飞机制造和工业设备等。
滚动轴承的性能对于机械设备的运行稳定性和效率具有重要影响。
本文将针对滚动轴承的动力学分析与优化设计展开讨论。
1. 滚动轴承的工作原理滚动轴承通过滚珠或滚柱在内外圈之间滚动，从而减小了摩擦和阻力，使机械设备的转动更为平稳。
滚动轴承的工作原理基于滚动接触而不是滑动摩擦，因此具有更低的摩擦损失和更高的效率。
2. 滚动轴承的动力学分析方法在滚动轴承的设计与分析过程中，动力学分析方法是至关重要的。
其中一种常用的方法是基于有限元分析，通过建立轴承的数学模型，分析其在不同工况下的应力和变形情况。
另外，还可以采用实验验证的方法，使用测试设备对滚动轴承进行动态载荷测试，以获取其在实际工作中的性能参数。
这些参数可以用于验证数值分析结果和评估轴承的可靠性。
3. 滚动轴承的优化设计滚动轴承的优化设计旨在提高其性能和寿命。
一种常见的优化方法是通过优化轴承结构和减小摩擦损失来提高轴承的效率。
在轴承结构优化方面，可以通过优化内、外圈的几何形状、滚珠或滚柱的数量和分布等参数来提高轴承的刚度和承载能力。
同时，减小摩擦损失也是提高轴承效率的关键。
例如，可以采用更好的润滑方式、改进润滑油的性能以及优化轴承材料的表面处理等方法来减小轴承的摩擦损失。
4. 滚动轴承的故障分析与预测在机械设备运行过程中，轴承故障是一个常见的问题，会导致设备停机和生产损失。
因此，进行轴承故障分析和预测具有重要意义。
通过对轴承运行状态的监测和振动信号的分析，可以判断轴承是否存在异常，并提前采取维护措施。
此外，还可以使用有限元分析和数值模拟方法，模拟轴承在不同故障模式下的动态响应，为故障诊断提供依据。
5. 结论滚动轴承在机械工程中具有重要地位，其动力学分析与优化设计对于提高机械设备的性能和可靠性起着关键作用。
通过动力学分析方法可以得到滚动轴承在不同工况下的应力和变形情况，为轴承结构的优化设计提供依据。
机械工程中的滚动轴承设计与优化
机械工程中的滚动轴承设计与优化引言机械工程中的滚动轴承设计与优化是一个重要的课题，它直接影响机械设备的使用寿命和性能。
滚动轴承作为一种常见的机械零件，广泛应用于工业生产和日常生活中的许多设备。
本文将探讨滚动轴承的设计原理、参数选择以及优化方法，旨在为机械工程师提供有用的参考。
一、滚动轴承的基本原理滚动轴承是一种能够承受轴向和径向载荷的机械零件。
它由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。
滚动轴承的基本原理是通过滚动体在内外圈之间滚动来减小摩擦力和耐受载荷。
这种减小摩擦力的设计使得轴承能够在高速和高负荷下工作，并提高机械设备的效率和寿命。
二、参数选择在滚动轴承的设计过程中，参数选择是非常关键的。
以下是一些常见的参数：1. 轴承类型：滚动轴承有多种类型，包括球轴承、圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承等。
根据具体应用场景和要求，选择合适的轴承类型非常重要。
2. 内外圈直径：内外圈直径的选择直接影响到滚动轴承的承载能力和使用寿命。
一般来说，大直径的轴承能够承受更大的负荷，但也会增加轴承的摩擦力。
3. 滚动体数量和尺寸：滚动体的数量和尺寸对轴承的承载能力和刚度有重要影响。
合理选择滚动体的数量和尺寸可以提高轴承的寿命和性能。
4. 保持架材料：保持架是用于固定滚动体的组件。
选择合适的保持架材料可以提高轴承的寿命和耐磨性能。
三、滚动轴承设计的优化方法滚动轴承的设计优化是为了提高其性能和寿命。
以下是一些常见的优化方法：1. 材料选择：滚动轴承的材料选择对其性能有重要影响。
一般来说，高强度、高硬度和耐磨性好的材料是滚动轴承的理想选择。
2. 表面润滑：良好的表面润滑可以减小滚动轴承的摩擦力和磨损。
使用高质量的润滑油或润滑脂，并定期更换和维护，可以延长轴承的使用寿命。
3. 载荷分布：合理分布和控制载荷对轴承的寿命和性能有重要影响。
通过设计和优化机械结构，合理分配载荷，可以减小轴承的疲劳和磨损。
4. 减小振动和噪音：振动和噪音是滚动轴承设计中需要考虑的关键问题。
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9.2.3滚动轴承的类型选择
（二）轴承的转速
推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力 过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的 反力，发热大，极限转速较低
18
9.2.3滚动轴承的类型选择
（三）轴承的调心性能
2~3°
8~16
2~4
19
9.2.3滚动轴承的类型选择
（四）轴承的安装与拆卸
20
（一）轴承的载荷
15
9.2.3滚动轴承的类型选择
（一）轴承的载荷
16
9.2.3滚动轴承的类型选择
（二）轴承的转速
极限转速nlim ：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴 承的最大允许转速。
对高转速的轴承： 1.优先选用球轴承（润滑的阻力） 2.轻系列轴承优于中、重系列（离心力） 3.实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦） 4.提高公差等级、改善润滑条件等
正确安装使用
27
9.3.2滚动轴承失效形式与设计准则
（二）设计准则 转速小于10r/min, 静强度计算 转速大于10r/min, 寿命计算 高速轴承，寿命计算，校验极限转速
28
9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷
（一）基本额定寿命
1.基本额定寿命 ：一批相同的轴承中 90％的轴承不发生疲劳点蚀前的总转 数（以106为单位）或小时数。 基本额额定寿命用 L10或L10h 来表示。
机械设计
滚动轴承
1
第9章 滚动轴承
9.1滚动轴承的组成、材料 9.2滚动轴承的类型及选用
9.2.1滚动轴承的类型、特点 9.2.2滚动轴承的代号 9.2.3滚动轴承的类型选择
2
9.1.1滚动轴承的组成
内圈 外圈
保持架 滚动体 材料
3
滚动体的形状
球
圆柱滚子
圆锥滚子 球面滚子
滚针
4
保持架的作用：避免滚动体直接接触， 减少发热和磨损。
29
9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷
（二）滚动轴承的基本额定动载荷
轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命 等于106次的载荷值，用符号C表示。
对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷Cr ， 对于深沟球轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承 径向基本额定动载荷Cr
对推力轴承
轴向基本额定动载荷Ca
前置代号 分部件： 内圈L 外圈 保持架 K 滚动体
基本代号
后置代号
五 四 三 二一
特殊材料
类型
内径20~480
特殊结构
直径系列2轻3中4重
C15 AC25
宽度系列多数正常系列可不标
B 40
公差/P2、4、5、6、6x、0
游隙/C1、2、0、3、4、5
例：7211C/P5
角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径55、接触角15 5级精度；常用游隙。
保持架材料：低碳钢；铜、铝、塑料
5
轴承材料
轴承内、外圈、滚动体材料：强度高、耐磨性好 轴承钢：铬猛合金钢，例如轴承铬钢GCr15，
硬度 60~65 HRC
保持架：低碳钢；铜、铝、塑料
6
9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点
（一）滚动轴承的主要类型，性能和特点
向心轴承：主要承受径向载荷R
深沟球轴承（6）
24
9.3.1滚动轴承的工作情况分析
角接触轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的 影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。
为保证半圈滚动
体
Fa
受力，则：
Fr
球轴承
Fa/Fr1.22tg
滚子轴承
Fa/Fr1.26tg
Fa/Fr =Pitg
轴向载荷的利弊？
25
9.3.1工作情况分析
（二）轴承元件上的载荷及应力的变化
圆柱滚子轴承（N）
调心球轴承（1）
推力轴承：只能承受轴向载荷A
推力球轴承（5）
向心推力轴承：R + A
角接触球轴承（7）
圆锥滚子轴承（3）
7
9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点 P288表9-2
4
1
2
3
5
6
7
29
N
NA
8
9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点
接触角：向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与 半径方向的夹角。
12
9.2.3滚动轴承的类型选择
（一）轴承的载荷 （二）轴承的转速 （三）轴承的调心性能 （四）轴承的安装与拆卸 （五）经济性
13
9.2.3滚动轴承的类型选择 （一）轴承的载荷
大小：滚子轴承优于球轴承 方向：径向R（6、1、N）轴向A（5）R+ A（7、3、6）
14
9.2.3滚动轴承的类型选择
9.2.3滚动轴承的类型选择
（五）经济性
滚动体采用球比滚子便宜，精度适宜
21
9.3滚动轴承的载荷分析、失效形式与 设计准则
9.3.1工作情况分析 9.3.2失效分析与设计准则
9.4滚动轴承的寿命计算
9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷 9.4.2滚动轴承的当量动载荷 9.4.3角接触轴承的载荷的计算 9.4.4滚动轴承的寿命计算
载荷
轴向力由滚动体平均分担 受最大径向载荷的滚动体负载为
F0
5 z
Fr
图9-7 内圈应力变化（滚动体） 图 9-8 固定套圈应力变化
R
26
9.3.2滚动轴承失效形式与设计准则
（一）滚动轴承的失效形式
失效形式
1. 点蚀 2. 塑性变形 3. 磨损 4. 元件回火
5. 元件破裂
对策
寿命计算 静载荷计算，正确使用 润滑，密封 润滑，散热，限制最高转速
2.轴承中载荷的分布：
推力轴承 F0 =Fa /z
向心轴承，在载荷Fr 的作用
R
下，假设下半圈滚动体受力；根据变形关系，中间滚动体受
力最大，向两边逐渐减小。
球 : F m a4 x .3F r7 /z 5 F r/z (9 2 ) 滚F m 子 a4 x .0： F r8 /z 4 .6 F r/z (9 3 )
载荷角：轴承实际承受的径向载荷R 与轴向载荷A的
合力与半径方向的夹角。
N
N
角接触球轴承（7）
R A
圆锥滚子轴承（3）
9
9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点
圆柱滚子轴承（N）
10
9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点
圆柱滚子轴承（N）
11
9.2.2滚动轴承的代号（GB/T272—93）
9.5滚动轴承的静载荷计算
基本额定静载荷 当量静载荷 静载荷计算
22
9.6一支撑处成对安装角接触轴承 的计算特点 9.7滚动轴承的机械转速
9.8滚动轴承的润滑 9.9其他滚动轴承简介
23
9.3滚动轴承的失效形式与设计准则
9.3.1工作情况分析
1.运动关系：内外圈相对回转；滚动体 既自转又 公转。