機械設(shè)計基礎(chǔ)--第12章滾動軸承1

1、第第1212章章 滾動軸承滾動軸承 12.1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 12.2 滾動軸承的代號滾動軸承的代號 12.3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 12.4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 12.5 滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的組合設(shè)計 12.6 滾動軸承的公差與配合滾動軸承的公差與配合 12-1 12-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 各零件的作用：各零件的作用： 外圈：外圈：支撐零件或軸系；支撐零件或軸系； 保持架保持架: : 將滾動體分開。將滾動體分開。 內(nèi)圈：內(nèi)圈：支撐軸；支撐軸； 滾動體：滾動體：滑動滑動滾動；滾動；

2、硬度和接觸疲勞強度硬度和接觸疲勞強度、耐磨性和沖擊韌性、耐磨性和沖擊韌性。用含用含 鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：6165HRC。工。工 作表面需經(jīng)磨削或拋光。作表面需經(jīng)磨削或拋光。 滾動軸承的組成：滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體（必不可少）、外圈、內(nèi)圈、滾動體（必不可少）、 保持架。保持架。 滾動副的材料要求：滾動副的材料要求： 優(yōu)點：優(yōu)點：摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、 易于互換等易于互換等。 缺點：缺點：抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音。 滾動軸承滾動軸承 標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化。 設(shè)計

3、人員的主要任務(wù)是設(shè)計人員的主要任務(wù)是: : 熟悉標(biāo)準(zhǔn)，正確選用。熟悉標(biāo)準(zhǔn)，正確選用。 *接觸角：接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承 軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。 接觸角接觸角 軸向承載能力軸向承載能力 保持架：低碳鋼，高速軸承：有色金屬或塑料。保持架：低碳鋼，高速軸承：有色金屬或塑料。 = = 0 表表12-1 各類軸承的公稱接觸角各類軸承的公稱接觸角 軸承類型軸承類型 公稱接觸角公稱接觸角 向心軸承向心軸承主要承受徑向載荷推力軸承推力軸承主要承受軸向載荷 徑向接觸徑向接觸角接觸角接觸軸向接觸軸向接觸

4、角接觸角接觸 0 4545 = 9= 90 45 9090 軸承軸承 類型類型 按載荷按載荷 方向分方向分 按滾動體按滾動體 形狀分形狀分 向心軸承向心軸承 推力軸承推力軸承 圓柱滾子圓柱滾子 圓錐滾子圓錐滾子 球面滾子球面滾子 滾針滾針 球軸承球軸承 滾子軸承滾子軸承 分類：分類： 表表12-2 12-2 滾動軸承的主要類型和特性滾動軸承的主要類型和特性 調(diào)心滾調(diào)心滾 子軸承子軸承 20000 （舊（舊3類）類） 低低0.5 2 能承受很大的徑向載能承受很大的徑向載 荷和少量軸向載荷。荷和少量軸向載荷。 承載能力大，具有調(diào)承載能力大，具有調(diào) 心性能。心性能。 圓錐滾圓錐滾 子軸承子軸承 30

5、000 （舊（舊7類）類） 中中2 能同時承受較大的徑能同時承受較大的徑 向、軸向聯(lián)合載荷。向、軸向聯(lián)合載荷。 因線性接觸，承載能因線性接觸，承載能 力大，內(nèi)外圈可分離，力大，內(nèi)外圈可分離， 裝拆方便，成對使用。裝拆方便，成對使用。 調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承 10000 （舊（舊1類）類） 中中2 3 主要承受徑向載荷，主要承受徑向載荷， 同時也能承受少量軸同時也能承受少量軸 向載荷。因為外圈滾向載荷。因為外圈滾 道表面是以軸承中點道表面是以軸承中點 為中心的球面，故能為中心的球面，故能 調(diào)心。調(diào)心。 軸承名稱軸承名稱 類型及代號類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向承載方向極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速允許角

6、偏差允許角偏差主要特性和應(yīng)用主要特性和應(yīng)用 推力球軸承推力球軸承 50000 （舊（舊8類）類） 低低不允許不允許 只能承受軸向載荷，且作用線只能承受軸向載荷，且作用線 必需與軸線重合。分為單、雙必需與軸線重合。分為單、雙 向兩種。高速時，因滾動體離向兩種。高速時，因滾動體離 心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱 嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向 載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。a)單向單向 表表12-2 12-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱軸承名稱 類型及代號類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向承載

7、方向極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速 允許角偏差允許角偏差主要特性和應(yīng)用主要特性和應(yīng)用 低低 不允許不允許 只能承受軸向載荷，且作用線只能承受軸向載荷，且作用線 必需與軸線重合。分為單、雙必需與軸線重合。分為單、雙 向兩種。高速時，因滾動體離向兩種。高速時，因滾動體離 心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱 嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向 載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。 b)雙向雙向 角接觸角接觸 球軸承球軸承 70000C(=15=15 ) 70000AC(=25=25 ) 70000B(=40=40 ) （舊（舊6類）類） 較高較高210 能同時承受較大能

8、同時承受較大 的徑向、軸向聯(lián)的徑向、軸向聯(lián) 合載荷。合載荷。 越大，越大， 承載能力越大，承載能力越大， 有三種規(guī)格。成有三種規(guī)格。成 對使用。對使用。 深溝球軸承深溝球軸承 60000 （舊（舊0類）類） 高高816 能同時承受徑向、能同時承受徑向、 軸向聯(lián)合載荷。允軸向聯(lián)合載荷。允 許極限轉(zhuǎn)速高，應(yīng)許極限轉(zhuǎn)速高，應(yīng) 用廣泛。用廣泛。 表表12-2 12-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱軸承名稱 類型及代號類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向承載方向 極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速 允許允許 角偏差角偏差 主要特性和應(yīng)用主要特性和應(yīng)用 推力圓柱推力圓柱 滾子軸承

9、滾子軸承 80000 低低 不允許不允許 能承受很大的單向能承受很大的單向 軸向載荷。軸向載荷。 圓柱滾圓柱滾 子軸承子軸承 N0000 （舊（舊2類）類） 較高較高24 能承受較大的徑向載荷。能承受較大的徑向載荷。 因線接觸，內(nèi)外圈只允因線接觸，內(nèi)外圈只允 許有小的相對偏轉(zhuǎn)。外許有小的相對偏轉(zhuǎn)。外 圈可分離。除圈可分離。除U結(jié)構(gòu)外，結(jié)構(gòu)外， 還有內(nèi)圈無擋邊還有內(nèi)圈無擋邊(NU)、 外圈單擋邊外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈、內(nèi)圈 單擋邊單擋邊(NJ)等型式。等型式。 滾針軸承滾針軸承 NA0000 RNA0000 （舊（舊4類）類） 低低 只能承受徑向載荷。承只能承受徑向載荷。承 載能力大，徑向尺寸

10、特載能力大，徑向尺寸特 小。一般無保持架，因小。一般無保持架，因 而滾針間有摩擦，極限而滾針間有摩擦，極限 轉(zhuǎn)速低。轉(zhuǎn)速低。 不允許不允許 a) b) 表表12-2 12-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱、軸承名稱、 類型及代號類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向承載方向極限轉(zhuǎn)速 極限轉(zhuǎn)速允許角偏差允許角偏差主要特性和應(yīng)用主要特性和應(yīng)用 調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承1000010000 調(diào)心滾子軸承調(diào)心滾子軸承2000020000 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承3000030000 推力球軸承推力球軸承50000 50000 深溝球軸承深溝球軸承600006000

11、0 角接觸球軸承角接觸球軸承7000070000 推力圓柱滾子軸承推力圓柱滾子軸承8000080000 圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承N0000N0000 1. 承載能力承載能力 承受徑向載荷為主；承受徑向載荷為主； 幾點說明：幾點說明： 滾子軸承滾子軸承(1.53)球軸承球軸承, 2. 極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速 當(dāng)當(dāng)d 20 mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。 0 4545 45 90100t100 時，時， C C； 引進溫度系數(shù)引進溫度系數(shù) ft 進行修正。進行修正。 3 3 10/310/3 = 一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下， 滾動軸承具有與實際

12、載荷作用下的壽命。 表表12-4 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 軸承工作軸承工作 溫度溫度 溫度系數(shù)溫度系數(shù) ft 100 250200150125300 10.950.900.700.800.60 表表12-5 載荷系數(shù)載荷系數(shù) 載荷性質(zhì)載荷性質(zhì) 無沖擊或輕微沖擊無沖擊或輕微沖擊 中等沖擊中等沖擊 強烈沖擊強烈沖擊 fP1.01.2 1.21.81.83.0 1/ 6 60 10 P h t f Fn CLN f 或： 6 10 60 t h P f C Lh nf F 修正結(jié)果：修正結(jié)果： 工作中沖擊振動工作中沖擊振動 C C； 引進載荷系數(shù)引進載荷系數(shù) fP 進行修正。進行修正。 表表12-6 軸承

13、預(yù)期壽命軸承預(yù)期壽命Lh的參考值的參考值 使使 用用 場場 合合 不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備 500 Lh /h 短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴(yán)重后果短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴(yán)重后果 40008000 間斷使用，中斷時會引起嚴(yán)重后果間斷使用，中斷時會引起嚴(yán)重后果 800012000 每天每天8h工作的機械工作的機械 1200020000 每天每天24h連續(xù)工作的機械連續(xù)工作的機械 4000060000 四、當(dāng)量動載荷的計算四、當(dāng)量動載荷的計算 滾動軸承的基本動載荷是在一定的實驗條件下確定的。對于向 心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對于推力軸承是指承受中心 軸向載荷。

14、實際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須 將實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷后，才能和基本額定 動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱為當(dāng)量載 荷。 含義：含義：當(dāng)量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷當(dāng)量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重雙重 影響影響，經(jīng)換算后的，經(jīng)換算后的假想載荷假想載荷。其效果與某一個基本額定。其效果與某一個基本額定 動載荷相當(dāng)。動載荷相當(dāng)。 計算公式：計算公式：P=X Fr+Y Fa X徑向動載荷系數(shù)；徑向動載荷系數(shù)； Y軸向動載荷系數(shù)。軸向動載荷系數(shù)。 向心軸承只受徑向力：向心軸承只受徑向力： P=Fr；推力軸承只受軸向力：；推力軸承只受軸向力： P

15、=Fa 表表12-12 向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)向心軸承當(dāng)量載荷系數(shù)X、Y的值的值 軸承類型軸承類型 深溝球軸承深溝球軸承 0.172 0.19 2.3 12.3Fa C0r e Fa / Fr eFa / Fr e XY XY 0.345 0.22 1.99 0.689 0.26 1.71 1.03 0.28 1.55 1.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.47 0.357 0.40 1.40 0.714 0.23 1.30 1.07 0.46 1.23 = = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角角 接接 觸觸 球球 軸軸 承承 = 25

16、= 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0 = 4= 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承(單列單列) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承(雙列雙列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (單列單列) 五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算 受力分析：受力分析： Fr Qi = Ri +Si Si Ri S 總軸向力S= Si 為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應(yīng)為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應(yīng): : 成對使用，對稱安裝。成對使用，對稱安裝。下面分兩個軸承面對面或

17、背對背安裝兩種情況進行詳細分析 Qi 表表12-13 角接觸向心球軸承角接觸向心球軸承 軸承類型軸承類型 角接觸向心球軸承角接觸向心球軸承 S eFr 0.68Fr 1.14Fr 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承 = = 15 = = 25 = = 40 Fr / (2Y) Y是是 的軸向系數(shù)的軸向系數(shù)e Fr Fa 內(nèi)部軸向力內(nèi)部軸向力 第i個滾動體 上的法向力 1.1.若若 KA+ + S2 S1 壓緊端：壓緊端：Fa1 = = KA+ + S2 放松端：放松端：Fa2 = = S2 2.2.若若 KA+ +S2 S1 則有：則有： 簡單確定方法：簡單確定方法： 壓緊端：壓緊端：Fa1 = = K

18、A+ + S2 放松端：放松端：Fa2 = = S2 2.2.若若 KA+ +S2 S1 , ,則有：則有： 放松端：放松端： Fa1 = = S1 壓緊端：壓緊端： Fa2 = = S1 - - KA a2a1 O1O2 1 2 外圈寬邊相對安裝外圈寬邊相對安裝(反裝反裝) A a FS S F 2 1 1 max A a KS S F 1 2 2 max 同向取同向取“+”， 異向取異向取“”。 一、滾動承的潤滑一、滾動承的潤滑 潤滑劑潤滑劑 潤滑目的潤滑目的-減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。 12-4 12-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤

19、滑和密封 密封目的密封目的-防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А７乐够覊m、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А?潤滑脂潤滑脂 潤滑油潤滑油 固體潤滑劑固體潤滑劑 用于特殊場合 用速度因素用速度因素dn 值作為選擇潤滑劑的條件值作為選擇潤滑劑的條件: : - - 常用常用 - - 高速、高溫高速、高溫 當(dāng)當(dāng)dn (1.52) 105 mmr/min時，采用脂潤滑，否則用時，采用脂潤滑，否則用 油潤滑。油潤滑。 脂潤滑優(yōu)點：脂潤滑優(yōu)點：不容易流失、便于密封和維護，充填一不容易流失、便于密封和維護，充填一 次，可運轉(zhuǎn)較長時間。次，可運轉(zhuǎn)較長時間。 油潤滑優(yōu)點：油潤滑優(yōu)點：摩擦阻力小、能散熱，可在摩擦阻

20、力小、能散熱，可在高速、高溫高速、高溫環(huán)環(huán) 境下使用。境下使用。 dn間接反映了軸頸的圓周速度。 二、滾動承的密封二、滾動承的密封 潤滑油的選擇：潤滑油的選擇： 潤滑油的粘度根據(jù)速度因素潤滑油的粘度根據(jù)速度因素 dn和工作溫度和工作溫度t t來確定。來確定。 1000000 500000 200000 100000 50000 20000 10000 -40-20 0 204060100 12080 dn/(mmr/min) t / 潤滑油粘度的選擇潤滑油粘度的選擇 5cSt(40時時) 10 20 65 110 250 400 滾動承的密封方式的選擇與潤滾動承的密封方式的選擇與潤 滑的種類、

21、工作環(huán)境、溫度、滑的種類、工作環(huán)境、溫度、 密封表面的圓周速度有關(guān)。密封表面的圓周速度有關(guān)。 分類分類 接觸式接觸式 非接觸式非接觸式 組合式密封組合式密封 毛氈圈密封毛氈圈密封 密封圈密封密封圈密封 間隙密封間隙密封 迷宮式密封迷宮式密封 -毛氈迷宮式密封毛氈迷宮式密封 例如：例如： dn=100000，t=90 可用可用 110 號潤滑油號潤滑油 110 毛氈圈密封毛氈圈密封 適用場合：適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境清潔，脂潤滑，要求環(huán)境清潔， 軸頸圓周軸速度軸頸圓周軸速度v45 m/s， 工作溫度不超過工作溫度不超過90。 矩形斷面的 毛氈圈被安 裝在梯形槽 內(nèi)，它對軸 產(chǎn)生一定的 壓力而

22、起到 密封作用。 適用場合：適用場合： 脂或油潤滑，軸頸圓周速脂或油潤滑，軸頸圓周速 度度v45 m/s，工作溫度工作溫度: -40100。 (a) (b) 防漏油防漏油防灰塵防灰塵 密封圈密封密封圈密封 密封圈用皮革、塑 料或耐油橡膠制成， 有的具有金屬骨架， 有的沒有，制成標(biāo) 準(zhǔn)件。 密封唇朝 里，目的 是防漏油。 密封唇朝外， 主要目的是防 灰塵、雜質(zhì) 接觸式密封：接觸式密封： 適用場合：適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。 靠軸與端蓋之間的細小環(huán)形間 隙密封，間隙愈小愈長，效果 愈好，間隙取0.10.3mm。 間隙封圈間隙封圈 (a)(b) =0.10.3

23、mm 非接觸式密封：非接觸式密封： 適用場合：適用場合：脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封 用用 脂的滴點。密封效果可靠。脂的滴點。密封效果可靠。 圖b為軸向曲路，因考慮 到軸受熱后會變長，間 隙取=1.52mm。 迷宮式封圈迷宮式封圈 =0.10.2 mm (a)(b) =1.52 mm 將旋轉(zhuǎn)件與靜止件 之間的間隙做成迷 宮形式，并在間隙 中充填潤滑油或潤 滑脂以加強密封效 果。分為徑向和軸 向兩種結(jié)構(gòu)。 適用場合：適用場合：適用于脂潤滑或油潤滑，密封效果可靠。適用于脂潤滑或油潤滑，密封效果可靠。 也可以把多種密封形式組合在一起。這 是組合密封的一種型式-

24、毛氈加迷宮， 可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，提高密封效果。 組合密封的方式很多，不一一列舉。 組合封圈組合封圈 組合式密封：組合式密封： 12-5 12-5 滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的組合設(shè)計 一、一、軸承的固定軸承的固定 固定方式固定方式 為了保證軸承在機器中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外， 還應(yīng)正確進行軸承的組合設(shè)計，處理軸承與其周圍零件的之間的關(guān) 系，也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其它零件的配合、 間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。 兩端固定兩端固定 一端固定、一端游動。一端固定、一端游動。 兩端固定支承兩端固定支承 C=0.20.3 mm 預(yù)留補償間隙預(yù)留補償間隙 兩端固定支承兩端固定支承 2. 一端固定、一端游動一端固定、一端游動 固定支承固定支承 游動支承游動支承 L 一個支點雙向固定以承受軸向力、另一端游動。一個支點雙向固定以承受軸向力、另一端游動。 適用于溫度變化較大的長軸。適用于溫度變化較大的長軸。 選用深溝球軸承 時，外圈與端蓋 間應(yīng)留有間隙。 游動支承游動支承 選用圓柱滾子軸承時， 外圈應(yīng)雙向固定。 調(diào)整墊片調(diào)整墊片 加減墊片加減墊片 二、二、 軸承組合的調(diào)整軸承組合的調(diào)整 調(diào)整墊片調(diào)整墊片 加減墊片加減墊片 1.