前言 

第1章 滚动轴承的类型与特性     １ 

1.1滚动轴承的分类.                       １ 

1.1.1球轴承.                         １ 

1.1.2滚子轴承.                        ４ 

1.1.３ 直线运动轴承.                     ６ 

1.1.４ 特殊用途轴承.                     ７ 

1.2滚动轴承代号.                       ９ 

1.2.１ 基本代号.                       ９ 

1.2.２ 前置代号                        １２ 

1.2.３ 后置代号                        １２ 

1.３ 滚动轴承的精度                       ２０ 

1.3.１ 尺寸精度                        ２０ 

1.3.２ 旋转精度                        ２０ 

1.４ 滚动轴承的预紧与刚度                   ２１ 

1.4.１ 滚动轴承的预紧                     ２１ 

1.4.２ 滚动轴承的刚度                     ２２ 

1.５ 滚动轴承的配合与游隙                    ２４ 

1.5.１ 滚动轴承的配合                     ２４ 

1.5.２ 滚动轴承的游隙                     ２５ 

习题                              ２７ 

第2章 滚动轴承的几何学.                   ２８ 

2.１ 宏观几何学                         ２８ 

2.1.1球轴承                         ２８ 

2.1.2调心滚子轴承                      ３３ 

2.1.３ 圆柱滚子轴承                      ３５ 

2.1.４ 圆锥滚子轴承                      ３６ 

2.２ 微观几何学                         ３７ 

2.2.１ 一维形貌参数                      ３７ 

2.2.２ 二维形貌参数                      ３８ 

2.2.３ 三维形貌参数                      ３８ 

例题.                              ３９ 

习题.                              ３９ 

第3章 滚动轴承的内部接触载荷分布              ４０ 

3.１ 外部载荷的分类                       ４０ 

3.1.1静载荷和动载荷                     ４０ 

3.1.2集中载荷和分布载荷                   ４１

3.1.３ 径向载荷和轴向载荷                   ４１ 

3.２ 接触载荷                          ４１ 

3.2.１ 球与滚道的接触载荷                   ４１ 

3.2.２ 对称球面滚子与滚道的接触载荷              ４１ 

3.2.３ 圆锥滚子与滚道以及挡边的接触载荷            ４２ 

3.2.４ 圆柱滚子与滚道的接触载荷                ４２ 

3.３ 静载荷作用下轴承内部载荷分布                ４４ 

3.3.１ 载荷与变形关系                     ４４ 

3.3.２ 径向载荷下轴承载荷分布                 ４５ 

3.3.３ 轴向载荷下轴承载荷分布                 ４８ 

3.3.４ 径向载荷和轴向载荷联合作用下轴承载荷分布                    ５１ 

3.3.５ 径向载荷、轴向载荷和力矩联合作用下轴承载荷分布                 ５６ 

3.４ 载荷引起接触角变化                     ５７ 

3.５ 载荷引起内、外圈相对位移                  ５８ 

3.６ 球轴承的极限载荷                      ５９ 

例题.                  ６０ 

习题.                              ６２ 

第4章 滚动轴承的接触应力与变形               ６３ 

4.１ 弹性接触的赫兹理论                     ６３ 

4.２ 表面应力与变形                       ６３ 

4.2.１ 点接触                         ６３ 

4.2.２ 线接触                         ６５ 

4.３ 法向力作用下的次表面切应力                 ６６ 

4.3.１ 最大静态切应力                     ６６ 

4.3.２ 最大动态切应力                     ６６ 

4.４ 法向力和切向力联合作用下的次表面切应力           ６７ 

4.５ 滚子凸度和滚道凸度的接触应力                ６９ 

4.６ 滚子凸度计算                        ７０ 

4.6.１ 相交圆弧修正母线滚子                  ７０ 

4.6.２ 相切圆弧修正母线滚子                  ７１ 

4.6.３ 全凸圆弧母线滚子                    ７１ 

4.７ 滚子端面与挡边接触应力                   ７２ 

例题.                              ７２ 

习题.                              ７３ 

第5章 滚动轴承的运动学.                   ７４ 

5.１ 中低速轴承运动学                      ７４ 

5.1.1简化计算的假设                     ７４ 

5.1.2轴承的运动关系                     ７４ 

5.1.３ 轴承的应力循环次数                   ７７ 

5.２ 高速轴承运动学                       ７７ 

5.2.１ 高速轴承运动学的特征                  ７８ 

5.2.２ 高速轴承运动学分析计算                 ８３ 

5.３ 滚道控制理论                        ８６ 

5.４ 旋滚比                           ８６ 

例题.                              ８７ 

习题.                              ８８ 

第6章 滚动轴承的摩擦力矩和功率损耗.            ８９ 

6.１ 滚动轴承摩擦的来源                     ８９ 

6.1.1弹性滞后引起的摩擦                   ８９ 

6.1.2差动滑动引起的摩擦                   ９０ 

6.1.３ 自旋滑动引起的摩擦                   ９１ 

6.1.４ 滚动体打滑引起的摩擦                  ９１ 

6.1.５ 钢球陀螺旋转引起的摩擦                 ９２ 

6.1.６ 滚子歪斜引起的摩擦                   ９２ 

6.1.７ 滚子端面与套圈挡边之间的滑动摩擦            ９２ 

6.1.８ 保持架与滚动体及保持架与套圈之间的滑动摩擦                   ９３ 

6.1.９ 润滑剂的黏性摩擦                    ９４ 

6.1.１０ 密封圈的摩擦.                     ９５ 

6.２ 滚动轴承的摩擦力矩                     ９５ 

6.2.１ 球轴承                         ９５ 

6.2.２ 圆柱滚子轴承                      ９７ 

6.2.３ 调心滚子轴承                      ９８ 

6.2.４ 滚针轴承                        ９９ 

6.2.５ 圆锥滚子轴承                      ９９ 

6.３ 滚动轴承的功率损耗.                    １００ 

6.４ 滚动额定热流速.                      １００ 

例题                              １０３ 

习题                              １０５ 

第7章 滚动轴承的油膜厚度                  １０６ 

7.１ 油润滑线接触膜厚.                     １０６ 

7.２ 油润滑点接触膜厚.                     １０８ 

7.３ 脂润滑的膜厚.                       １０９ 

7.４ 影响润滑膜厚度的因素.                   １１０ 

7.4.１ 表面形貌.                       １１０ 

7.4.２ 热效应.                        １１０ 

7.4.３ 乏油.                         １１１ 

例题                              １１２ 

习题                              １１３ 

第8章 滚动轴承的额定静载荷与许用静载荷                      １１４ 

8.１ 滚动轴承额定静载荷.                    １１４ 

8.1.1以塑性变形为基础计算额定静载荷.            １１４ 

8.1.2以应力为基础计算额定静载荷.              １１７ 

8.２ 滚动轴承当量静载荷.                    １１９ 

8.2.１ 接触角为 ０°                      １１９ 

8.2.２ 接触角为 ０°＜α≤４５°                  １１９ 

8.2.３ 接触角为 ４５°＜α≤９０°.                 １２０ 

8.３ 滚动轴承许用静载荷.                    １２０ 

习题                              １２０ 

第9章 滚动轴承的额定动载荷和疲劳寿命           １２１ 

9.１ 滚动接触疲劳现象.                     １２１ 

9.1.1滚动引起的疲劳裂纹和滚道剥落.             １２１ 

9.1.2疲劳失效的初始应力和深度.               １２１ 

9.２ 疲劳寿命统计分布.                     １２２ 

9.2.１ 疲劳寿命的离散性.                   １２２ 

9.2.２ 威布尔分布.                      １２３ 

9.３ 滚动接触疲劳寿命.                     １２４ 

9.3.１ 点接触.                        １２４ 

9.3.２ 线接触.                        １２６ 

9.４ 滚动轴承额定动载荷计算方法.                １２６ 

9.4.１ 滚动体与套圈接触区的额定动载荷.            １２６ 

9.4.２ 套圈整体的额定动载荷.                 １２７ 

9.4.３ 整套轴承的额定动载荷.                 １２９ 

9.4.４ 滚动轴承额定动载荷的计算公式.             １３０ 

9.５ 滚动轴承的额定寿命.                    １３６ 

9.5.１ 额定寿命的简化计算.                  １３６ 

9.5.２ 轴承当量动载荷的简化计算.               １４１ 

9.5.３ 寿命计算公式的修正.                  １４４ 

9.６ 疲劳寿命的影响因素.                    １４７ 

9.6.１ 变载荷对疲劳寿命的影响.                １４７ 

9.6.２ 材料和润滑.                      １４７ 

9.７ 摆动轴承的疲劳寿命.                    １４９ 

例题                              １４９ 

习题                              １５０ 

第10章 滚动轴承的动力学分析方法              １５１ 

10.１ 滚动轴承的拟静力学分析                  １５１ 

10.1.1高速角接触球轴承拟静力学分析             １５１ 

10.1.2高速圆柱滚子轴承拟静力学分析             １５４ 

10.２ 滚动轴承的拟动力学分析                  １５５ 

10.2.１ 高速角接触球轴承拟动力学分析             １５６ 

10.2.２ 高速圆柱滚子轴承拟动力学分析             １６５ 

10.３ 滚动轴承的动力学分析                   １７０ 

10.3.１ 高速角接触球轴承动力学分析              １７０ 

10.3.２ 高速圆柱滚子轴承动力学分析              １８１ 

10.４ 案例分析                         １９３ 

10.4.１ 拟静力学分析                     １９３ 

10.4.２ 拟动力学分析                     １９３ 

10.4.３ 动力学分析                      １９４ 

习题                              １９６ 

第11章 滚动轴承的设计原则                 １９７ 

１1.1深沟球轴承设计                      １９７ 

１1.1.1设计目标                       １９８ 

１1.1.2设计参数                       １９８ 

１1.1.３ 设计约束条件                     １９９ 

１1.2角接触球轴承设计                     ２００ 

１1.2.１ 设计目标                       ２００ 

１1.2.２ 设计参数                       ２０１ 

１1.2.３ 设计约束条件                     ２０２ 

１1.３ 圆柱滚子轴承设计                     ２０３ 

１1.3.１ 设计目标                       ２０３ 

１1.3.２ 设计参数                       ２０４ 

１1.3.３ 设计约束条件                     ２０６ 

１1.４ 圆锥滚子轴承设计                     ２０７ 

１1.4.１ 设计目标                       ２０７ 

１1.4.２ 设计参数                       ２０８ 

１1.4.３ 设计约束条件                     ２０８ 

１1.５ 其他滚动轴承设计原则                   ２０９ 

１1.5.１ 调心球轴承                      ２０９ 

１1.5.２ 调心滚子轴承                     ２１０ 

１1.5.３ 推力球轴承                      ２１１ 

１1.5.４ 滚针轴承                       ２１１ 

习题                              ２１２ 

第12章 滚动轴承的现代设计方法               ２１３ 

１2.１ 滚动轴承现代设计方法概述                 ２１３ 

１2.1.1静态设计方法                     ２１３ 

１2.1.2动态设计方法                     ２１４ 

１2.1.３ 其他典型设计方法简介                 ２１４ 

１2.２ 滚动轴承优化设计方法                   ２１８ 

１2.2.１ 优化设计问题的数学表达式               ２１８ 

１2.2.２ 单目标优化方法                    ２１９ 

１2.2.３ 多目标优化方法                    ２２５ 

１2.2.４ 启发式算法                      ２２７ 

１2.３ 滚动轴承仿真平台辅助设计方法               ２２８ 

１2.４ 滚动轴承优化设计案例                   ２３１ 

习题                              ２３３ 

第13章 滚动轴承的可靠性设计方法              ２３４ 

１3.１ 可靠性设计概述                      ２３４ 

１3.1.1可靠性的定义                     ２３４ 

１3.1.2可靠性设计的指标                   ２３５ 

１3.1.３ 可靠性设计的特点                   ２３６ 

１3.1.４ 轴承可靠性设计的步骤                 ２３６ 

１3.２ 静态可靠性设计                      ２３７ 

１3.2.１ 应力 －强度干涉模型                  ２３７ 

１3.2.２ 可靠度的计算                     ２３８ 

１3.2.３ 函数均值与方差的近似计算               ２４０ 

１3.2.４ 轴承静态可靠性设计                  ２４１ 

１3.３ 动态可靠性设计                      ２４２ 

１3.3.１ 轴承动态可靠性设计的概念               ２４２ 

１3.3.２ 设计变量的随机性                   ２４３ 

１3.3.３ 轴承动态可靠性设计                  ２４４ 

１3.４ 滚动轴承可靠性设计案例                  ２４５ 

１3.4.１ 轴承静态可靠性设计案例                ２４５ 

１3.4.２ 轴承动态可靠性设计案例                ２４５ 

习题                              ２４６ 

附录 滚动轴承参数符号                    ２４７ 

参考文献                            ２５３

轴承是机械装备的关键基础部件，其设计和制造水平直接关系到航空航天、轨道交通、能源、盾构等大型装备制造的质量和运行安全。我国轴承技术正处于快速发展中，而高精度、高技术含量和高附加值的轴承产品占比较小，重点主机配套轴承、高速铁路客车轴承、大功率风电轴承、精密数控机床主轴轴承、大飞机轴承等用于高端装备的高性能轴承技术仍被国外企业垄断，用于航空发动机配套的在高速、高温、复杂受力条件下的高可靠性、高精密度的高端轴承，更是对我国实行封锁，这种状况已经严重影响我国相关产业的发展。我国是轴承制造大国，但由于在技术和装备方面与国际先进水平具有较大的差距，还远不能算作轴承制造强国。因此，需要着力培养我国轴承专业人才，构建轴承专业知识体系，使从事滚动轴承设计和制造的工程技术人员准确掌握轴承的设计原理和分析方法，满足我国轴承行业和先进装备制造业发展的需要。

本书是为轴承专业编写的专门教材和供轴承行业从业技术人员使用的参考书籍，针对轴承传统设计方法局限于单目标设计、经验设计以及标准型号直接选用等问题，突出了现代设计方法，如多目标设计的启发式算法、基于有限元和多体动力学的仿真方法、可靠性设计方法等在轴承设计中的应用，培养学生获得基于轴承知识体系运用优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等方法解决轴承设计问题的能力。本书系统介绍了滚动轴承的基础知识及设计与分析方法，主要内容包括滚动轴承的类型与特性、几何学、内部接触载荷分布、接触应力与变形、运动学、摩擦力矩和功率损耗、油膜厚度、额定静载荷与许用静载荷、额定动载荷和疲劳寿命、动力学分析方法、设计原则、现代设计方法以及可靠性设计方法等。为了便于学习和讨论，大多数章节提供有例题，同时还有习题可用于课后练习。

本书由河南科技大学邱明教授任主编，各章编写人员分工如下：第1、7、9章由邱明编写，第2、3、4、6、11章由杨传猛编写，第5、8、10、12、13章由李军星编写，全书由邱明统稿、定稿。本书得到了河南科技大学出版基金的支持，还得到了河南科技大学机电工程学院的大力支持，研究生张家铭、牛凯岑、田凯文、范恒华、张佩楠、王会杰、汤义博、刘勇、陈非凡、聂傲男、李燕科参与了本书的整理工作，在此一并表示衷心感谢。

由于编者水平所限，本书不妥之处在所难免，敬请广大师生和读者在教学和使用中提出宝贵意见，以便使本书进一步完善，在此表示感谢。