第10章滚动轴承
(完整word版)(整理)滚动轴承故障诊断分析章节
滚动轴承故障诊断滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑，同时，它也是机器中最容易损坏的元件之一。
许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。
据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。
可见，轴承的好坏对机器工作状态影响极大。
通常，由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声，甚至会引起机器的损坏。
而在精密机械中（如精密机床主轴、陀螺等），对轴承的要求就更高，哪怕是在轴承上有微米级的缺陷，都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。
最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。
这种方法至今仍在使用，不过已经逐步使用电子听诊器来替代听音棒以提高灵敏度。
后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。
这可以减少对设备检修人员的经验的依赖，但仍然很难发现早期故障。
随着对滚动轴承运动学、动力学的深化研究，对轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，FFT级数的发展也使得利用频率域分析和检测轴承故障成为一种有效的途径。
也是目前滚动轴承监测诊断的基础。
从发展的历程看，滚动轴承故障检测诊断技术大致经历了以下阶段：1961年，W.F.Stokey完成了轴承圈自由共振频率公式的推导，并发表；1964年，O.G.Gustafsson研究了滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间的关系，这与目前诊断滚动轴承故障的方法是基本一致的；1969年，H.L.Balderston根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式。
至此，有关滚动轴承监测诊断的理论体系已经基本完成；1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪，其方法是通过检测低频、中频和高频段轴承的信号特征来判断轴承的工作状态；1976～1983年之间，日本精工公司也积极在滚动轴承检测仪器方面做工作，相继推出了NB系列轴承检测仪，利用1～15kHz范围内的轴承振动信号的有效值（rms）和峰峰值（p－p）来诊断轴承的故障；1980年代至今，以改良频率分析的方法来精密诊断滚动轴承的故障、确定故障位置，一直是精密诊断采取的必备方法，其中包括细化谱分析、倒频谱分析、共振解调技术、包络分析技术等。
滚动轴承优质获奖课件
保持架: 将滚动体分开, ↓滚动体间旳摩擦、磨损。
滚动副旳材料要求：
潘存云教授研制
硬度和接触疲劳强度↑ 、耐磨性和冲击韧性↑ 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC。 工作表面需经磨削或抛光。 保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。高速轴
承：有色金属或塑料。
特点：与滑动轴承比较 优点： 1）起动力矩小，可在负载下起动；
二、滚动轴承选择应考虑旳问题
1） 轴承旳载荷
向心轴承用于受径向力；
载荷方向：
向心推力轴承用于承受径向力和周向力 联合作用。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
Fa
Fr
二、滚动轴承选择应考虑旳问题
1） 轴承旳载荷
向心轴承用于受径向力；
载荷方向：
向心推力轴承用于承受径向力和周向力 联合作用。
推力轴承用于受轴向力； 载荷大小：
α=40˚ α=15˚ α=25˚ 接触角α加大
加强型
示例
7210B 7210C 7210AC 32310B N207E
表10-8 公差等级代号
30000(α=10°~18°) →30000B(α=27°~30°大锥角)
代号
省略 /P6 /P6x /P5 /P4 /P2
公差等级潘符存云合教授原研制 则旳 0级 6级 6x级 5级 4级 2级
技术要求等，为便于组织生产和选
表10-3 滚动轴承代号旳排列顺用序，要求了滚动轴承旳代号，
前置代号
基本代号共5位
（ 成套轴承分 部件代号
0
）
类
尺寸潘存系云教列授研制代号
型
宽(高)度 直径系列
代 系列代号 代号
号
轴承章节知识整理
轴承章节知识整理一．滚动轴承1.轴承的功用：轴承是支承轴的零（部）件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。
2.轴承的分类按轴承工作摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承。
按轴承所受载荷方向不同，可分为径向轴承、止推轴承和径向止推轴承。
3.轴承的结构组成：内圈、外圈、保持架、滚动体保持架的作用：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损；内圈：装在轴颈上，与轴一起转动；外圈：装在轴承座孔中，固定不动；滚动体：在两套圈之间滚动并传递载荷。
滚动体分为：球和滚子（圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等）4.轴承的选材：内圈、外圈、滚动体选用轴承铬钢GCr6、GCr9、GCr15 、GCr15SiMn ，硬度60~65 HRC；要求：具有较高的硬度、接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性。
加工工艺：磨削和抛光。
保持架：低碳钢冲压成形；铜、铝、工程塑料。
为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。
5.滚动轴承的优点：1）在一定条件下，摩擦阻力小，效率高。
2)灵敏，工作稳定，且不随速度变化。
3)轴颈直径相同条件下，滚动轴承宽度较小。
4)滑简便，易于维护、密封。
5）内部间隙小，回转精度高。
6）标准化专业生产，供应充足，互换性好。
滚动轴承的缺点：1）在轴颈直径相同条件下，滚动轴承径向尺寸大。
2 ）抗冲击能力较差。
3）.寿命较短。
4.）安装精度要求高，由于滚动轴承不能剖分，有时（如位于长轴中部时）安装困难。
5）高速时噪音大。
6.滚动轴承的分类按载荷方向分，可分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承。
按滚动体形状分球轴承和滚子轴承。
8. 滚动轴承的代号前置代号、基本代号、后置代号等部分组成，其中基本代号是滚动轴承代号的核心。
前置、后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号左右添加的补充代号。
前置代号用字母表示；后置代号用字母（或加数字）表示。
滚动轴承的基本代号类型代号（数字或字母）、尺寸系列代号【径系列代号（数字）、宽度（高度）系列代号（数字）】和内径代号（数字）备注：内径为22、28、32及≥500mm的轴承，内径代号直接用内径毫米数表示，但标注时与尺寸系列代号之间要用“/”分开。
滚动轴承
五四 三
组合代号
尺寸系列代号
类宽
型
（ 或
直 径
代
高 ）
系 列
号
度 系
代 号
列
代
号
圆锥滚子轴承（3）
二一
内 径 尺 寸 代 号 20~480mm
例 试说明下列轴承代号的含义：
6 12 06 3 3 15/p6
公差等级代号，0级（普通级） 内径尺寸代号，d=30mm
尺寸系列代号，直径系列2（轻系列） 宽度系列1（正常系列）
外圈 outer ring
轴承装配
与滑动轴承相比滚动轴承的优缺点：
优点： ●摩擦阻力小、起动灵敏、效率高； ●轴向结构紧凑、润滑简单； ●运转精度较高； ●不需要用有色金属； ●标准化程度高，成批生产，成本较低。
缺点： ●抗冲击能力差； ●安装不方便（不是剖分件，常需加热后安装）； ●径向处尺寸大； ●高速运转时振动及噪音较大； ●寿命比液体摩擦滑动轴承低。 ●因滚动轴承不能剖分，位于长轴中间的滚动轴承安装较困难。
9、推力球轴承 （类型代号：5）
单列推力球轴承
特点 套圈与滚动体是分离的。 （单列推力球轴承）有 两个套圈，内径稍小的 “紧圈”装载轴上， 内径稍大的“松圈” 则与轴保持一定的间隙， 并被安放在机座中。 可承受单向的轴向力。 用于转速不高，轴向力 较大的场合。
双列推力球轴承 （类型代号：5）
特点 双列推力球轴承有三个套圈， 其中两个为“松圈”，一个为 “紧圈”，可承受双向轴向力。
是以轴承中点为心的球面，可调心。
适用于多支点和变形较大的传动轴，
以及不能精确对中的支承处。
7、调心滚子轴承 （类型代号：2 ）
特点 能承受较大的径向力和 少量的轴向力。承载能 力大，具有调心性能。
《滚动轴承讲解》课件
安装滚动轴承的步骤
• 清洁轴承和匹配面 • 涂上适当的润滑剂和密封胶 • 轴承套装入合适的位置 • 调整轴承的预紧力和安装顺序
滚动轴承的维护和保养
适当的维护和保养可以延长轴承的使用寿命，减少故障和更换成本。需要定期检查和清洗轴承，加注 适当的润滑剂和控制温度和湿度等环境因素。
1
维护方法
定期检查和清洗
圆锥滚子轴承是一种可承受很高轴向和径向载荷的滚动轴承，具有受力均匀、旋转平稳、密封性好 等特点。适用于大型载重设备，如汽车、船舶、铁路车辆等。
1
特点
受力均匀、旋转平稳、密封性好
2
应用场景
汽车、船舶、铁路车辆等
3
安装要求
安装时需要注意端面与轴线的垂直度，以及轴承的预载、润滑等问题。
圆柱滚子轴承的特点和应用
滚动轴承的结构及工作原理
滚动轴承的结构和工作原理相对简单而可靠。内外圆盘之间放置滚珠或滚子，并加入保持器，当承受轴 向或径向载荷时，滚珠或滚子起到支撑作用，保持器则保证滚珠或滚子正常运转。
滚动轴承的结构
滚动轴承的结构包括内外圆盘、滚珠或滚子和保 持器。
滚动轴承的工作原理
滚动轴承通过滚珠或滚子的运转，将旋转运动变 为滚动运动，降低了动摩擦和静摩擦。
• 光亮处理和氧化处理 • 镀铬、镀锌、镀镍等
滚动轴承的市场竞争分析
滚动轴承市场竞争激烈，主要竞争者有国内外大型轴承企业和各种中小企业。企业需要提高产品质量和 稳定性，降低成本和价格，采用更加优化的技术和管理手段来提高竞争力。
主要竞争者
瑞典 SKF、日本 NSK、德国FAG等大型国际品 牌，以及国内的南方轴承、海格尔等企业
冶金机械、矿山机械、纺织机 械等大型重载设备的轴承。
滚动轴承课件
机械设计 — 滚 动 轴 承
2.后置代号（字母或数字）
基本代号的补充：表示结构、尺寸、公差、材料特殊性
（1）内部结构代号
C、AC、B —— 角接触球轴承的接触角
α=15° 25° 40°
（2）公差等级代号：公差分 2、4、5 、6x、6、0级，
共六个级别 。 高级
低级
以/P2 、/P4、 /P5、 /P6x 、 /P6为代号，0级不标注 。
机械设计 — 滚 动 轴 承
二、滚动轴承的代号 GB/T272-93
滚动轴承
代号构成
基本代号 — 表示轴承的类型与尺寸等主要特征。 后置代号 — 表示轴承的精度与材料的特征。
前置代号 — 表示轴承的分部件。
前置代号
基本代号
后置代号
五四三二一内密保特公游多其轴Fra bibliotek尺寸系
部封持殊差隙轴它
承
列代号
结与架轴等代承代
N105/P组5：；N─圆柱滚子轴承， 01─尺寸系列（1─特轻系列）
05─内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为
0组； 7214AC/P4：7─角接触球轴承，02─尺寸系列（2-轻系列），
14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0
组，公称接触角α=25°；
30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm， 0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为 0组；
α= 0˚
0˚ <α<45˚ α
45˚ <α<90˚ α
α= 90˚ α
3.按工作时能否调心 刚性轴承 调心轴承
机械设计 — 滚 动 轴 承 公称接触角α － 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。 α愈大,可承受的轴向力愈大。
第10章 滚动轴承
一组同一型号轴承在同一条件下运转，可靠度R＝90%时， 能达到或超过的寿命。（即10%的轴承发生疲劳点蚀，90%的 轴承未发生疲劳点蚀前能达到或超过的寿命。） 记为：Ｌ（106 r）或Ｌh（h）。 基本额定动载荷： 额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷。 常用字母C（Cr、Ca）表示。
注意：对向心轴承， Cr－径向基本额定动载荷； 对推力轴承， Ca－轴向基本额定动载荷。
上半圈滚动体不承载，下半圈滚动体承受不同的载荷。
载荷
轴向力
由各滚动体平均分担
径向载荷 一般承载区≤180 影响 受载滚动体的数目
游隙 弹性变形量
受最大径向载荷的滚动体承载为：
Fmax
5 Fr z
（z－滚动体数目）
失效形式 1.疲劳破坏（点蚀） 2.永久变形 滚动体与滚道接触表面受变应力所致。 是滚动轴承的主要失效形式。
转速很低或间歇运动时，承受很大静载荷或冲击 载荷，造成滚道凹坑，引起剧烈振动、噪声。
润滑、密封不良和维护、保养不当可引起不正常失效： 磨损；胶合；内外圈或保持架破损。 二. 轴承的寿命：
套圈－轴承内圈或外圈以及内外圈的总称。
可靠度R－一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率。
二. 轴承寿命：
轴承的一个套圈或滚动体 的材料出现第一个疲劳扩展迹 象前，一个套圈相对另一个套 圈的总转数或工作小时数称为 轴承的寿命。 ★ 基本额定寿命：
7
8
9
0
窄
1
正常
2
宽 轻
3
4
5
特宽
6
－－ 特窄 －－ 超特 轻 超轻
特轻
中
重
－－－－－
注：2、3类轴承宽度系列代号为0时，不省略。
哈工大机械设计教材第十章滚动轴承资料
高 8' ~16' 可代替推力球轴承承
受纯轴向载荷
机电工程学院 张锋
轴承名称 类型代号
结构简图
角接触 球轴承
7
《机械设计》第十章
承载方向
极限 允许偏 主要特性和应用 转速 转角
能同时承受径向、轴向 联合载荷，公称接触角 越大，轴向承载能力也
越大。公称接触角 有
较高 2' ~10' 15o、25o、40o三种，内
部结构代号分别为 C、 AC 和 B。通常成对使 用，可以分别装于两个 支点或同装于一个支 点上
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
轴承名称 类型代号
结构简图
圆锥滚子 轴承 3
承载方向
极限 允许偏 主要特性和应用
转速 转角
能同时承受较大的径
低碳钢
Cr4Mo4V(M50)—高温
铜
Si3N4—特殊环境
夹布胶木
机电工程学院 张锋
材料
《机械设计》第十章
特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦系数小，f=0.001~0.004 2) 启动灵活 3) 润滑容易 4) 标准化、互换 5) 但抗冲击差，重载能力差，很难做成剖分式
2
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
2 2
1
（
圈材代
位占位
形料号
）
）
状变
位
变化
）
化代
代号
号
精 游 配其 度 隙 置它 等组代 级代号 代号 号
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
基本代号
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轴承类型
FA小:60000型
FA大:30000 型 70000
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。
机械设计 滚 动 轴 承
23
调整垫片
机械设计 滚 动 轴 承
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2、一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）：
用于 l 400mm
19
1）直齿圆柱齿轮轴：
2）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴：
3）蜗杆轴：
分别承受Fa、Fr
4）滑轮轴：
4类：双列深沟球轴承 （∵轮毂较宽）
机械设计 滚 动 轴 承
20
§3、滚动轴承组合设计
对滚动轴承，除选类型、定尺寸（型号）、寿命 计算外，还需组合结构设计。
包括：1、轴系的固定 2、轴承安装方式及调整 3、轴承与相关零件的配合 4、轴承的润滑与密封 5、提高轴承系统刚度
t℃较高
Δ 大的轴
补偿Δ （游动端自由伸缩）
固定端：承受双向轴向力 （6；一对3、7类；向心推力组合）
游动端：补偿Δ ，防止卡死
6类：外圈与座间游动 N类：滚子与外圈间游动
内圈与轴固定
机械设计 滚 动 轴 承
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机械设计 滚 动 轴 承
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机械设计 滚 动 轴 承
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3、两端游动
用于需左、右双向游动的轴，如人字齿轮的小齿轮轴。 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）
8
深沟球轴承
表示轴承内径125=60mm
6 2 12
尺寸系列代号为2
写
圆柱滚子轴承
表示轴承内径 8 5=40mm
黑
N 22 08
板
尺寸系列代号为22
表示轴承内径155=75mm
3 33 15 E
圆锥滚子轴承
加强型
尺寸系列代号为33
机械设计 滚 动 轴 承
9
§2、滚动轴承类型选择 一、滚动轴承的主要类型
的变化系列
表示轴承公称直径
内径为20~480mm时
代号5=内径mm
机械设计 滚 动 轴 承
7
公差等级
6个等级：/P0、/P6、/P6x、/P5、/P4、/P2
低
高
“0”级为普通级，一般不标出。
配置代号 轴承成对安装：三种布置
面对面 (/DF) 背对背 (/DB) 串联 (/DT)
机械设计 滚 动 轴 承
机 械机械设设计计精 品 课滚程动 轴 承
1
滚动轴承
§1 概 述 §2 滚动轴承类型选择 §3 滚动轴承组合设计 §4 滚动轴承的力分析、失效和设计准则 §5 滚动轴承寿命计算
机械设计 滚 动 轴 承
2
§1、概述
标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。
我国2000余家企业生产轴承。
瑞典SKF 日本NSK 德国FAG
1）60000型:深沟球轴承
机械设计 滚 动 轴 承
10
2) 70000型:角接触球轴承
70000C：α=15° 70000AC：α=25° 70000B：α=40°
机械设计 滚 动 轴 承
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3) 3Байду номын сангаас000型:圆锥滚子轴承
机械设计 滚 动 轴 承
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4）N0000型: 圆柱滚子轴承:内外圈间可自由移动
6
三、滚动轴承的代号
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。 （GB/T272—93）
有特殊要求时使用
表示轴承结构、材料、 公差等级、游隙等
前置代号
基本代号
后置代号
类型代号 尺寸系列代号 内径代号
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
机械设计 滚 动 轴 承
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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。
座孔不平行
不同轴
挠曲变形
机械设计 滚 动 轴 承
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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↑↑；
轴 承 选 择 实 例
机械设计 滚 动 轴 承
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）成本低: 不需有色金属，标准件。
机械设计 滚 动 轴 承
5
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；
机械设计 滚 动 轴 承
机械设计 滚 动 轴 承
13
5）50000型:推力球轴承 单向：单向Fa 双向：双向Fa
机械设计 滚 动 轴 承
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10000型：调心球 6) 调心功能
外圈滚道为
20000型：调心滚子 内球面
机械设计 滚 动 轴 承
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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。
α↑——承受轴向载荷能力↑
16
二、类型的选择
1、转速、载荷要求 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 极限转速：球轴承＞滚子轴承
∴载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高时选球轴承。
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；
机械设计 滚 动 轴 承
28
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。
机械设计 滚 动 轴 承
机械设计 滚 动 轴 承
21
一、滚动轴承轴系的固定
在轴向载荷作用下，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）
6类
3类和7类
机械设计 滚 动 轴 承
22
用于 l 400mm
t℃不高
Δ 不大的轴。
每个轴承承受单方向的轴向力。
组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力FA。
机械设计
一、构造
内圈
滚动轴承
有时无
3
外圈 滚动体
外圈 滚动体 保持架
内圈 保持架
核心元件：滑动→滚动 球轴承：球—点接触
滚子轴承：圆柱、圆锥、 球面滚子、滚 针—线接触
使滚动体等距离分布， 防止滚动体间摩擦、磨损。
机械设计 滚 动 轴 承
4
二、特点：与滑动轴承比
优点：
1）起动力矩小，可在负载下起动；
按α的不同，轴承可分为： α= 0°~ 45°——向心轴承，主要径向载荷。
径向接触轴承：α=0°，如6、N类；
向
向心角接触轴承： 0 45 ，如3、7类；
心
推 α= 45°~90°——推力轴承，主要轴向载荷。
力
轴
轴向接触轴承： 90
承
推力角接触轴承：45 90
机械设计 滚 动 轴 承