軸承選型計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第十章 滾動(dòng)軸承一.主要內(nèi)容滾動(dòng)軸承是各類機(jī)械中普遍使用的重要支撐標(biāo)準(zhǔn)件，并由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)。本章是本課程的重點(diǎn)章節(jié)之一，由于滾動(dòng)軸承的類型，尺寸以及精度等級(jí)等已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中需要解決的問(wèn)題主要有：（1）根據(jù)工作條件合理選擇滾動(dòng)軸承的類型；（2）滾動(dòng)軸承的承載能力計(jì)算；（3）滾動(dòng)軸承部件的組合設(shè)計(jì)。1 滾動(dòng)軸承類型的選擇選擇滾動(dòng)軸承的類型時(shí)，首先應(yīng)熟悉軸承的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)，并與十一章滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)比較，借以區(qū)別良種軸承的適用場(chǎng)合。此外，還應(yīng)熟悉表征滾動(dòng)軸承工作性能的三要素，即游隙，接觸角，偏位角，以及它們的含義和對(duì)軸承工作性能的影響。還應(yīng)掌握滾動(dòng)軸承的分

2、類，特點(diǎn)及代號(hào)表示法，以及滾動(dòng)軸承的選擇原則。按軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所承受的載荷方向不同，滾動(dòng)軸承可分為三大類：（1）向心軸承主要承受徑向載荷；（2）向心推力軸承可同時(shí)承受較大的徑向及軸向載荷；（3）推力軸承只能承受軸向載荷；推力向心軸承可在承受軸向載荷的同時(shí)，還可承受較小的徑向載荷。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定我國(guó)生產(chǎn)的滾動(dòng)軸承分為十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類型，其中常用的標(biāo)準(zhǔn)類型有：?jiǎn)瘟邢蛐妮S承（0000系列），雙列向心球面球軸承（1000系列），單列向心短圓柱滾子軸承（2000系列），單列向心推力球軸承（6000系列），單列圓錐滾子（7000系列）和單向推力球軸承（8000系列）。滾動(dòng)軸承的代號(hào)表示法，是為了便于選擇和使用而規(guī)

3、定的。學(xué)習(xí)時(shí)特別是上述幾種軸承的代號(hào)中段從右數(shù)四位數(shù)字和精度等級(jí)的表示方法要熟悉。應(yīng)能根據(jù)給出的軸承代號(hào)，正確判斷出軸承的精度等級(jí)，類型，直徑系列和內(nèi)徑尺寸，并能指出該軸承的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。通常在機(jī)械設(shè)計(jì)中，滾動(dòng)軸承類型的選擇，要根據(jù)軸承所承受的載荷大小，方向，性質(zhì)，工作轉(zhuǎn)速的高低，軸頸的偏轉(zhuǎn)情況等要求，并結(jié)合不同軸承的類型特點(diǎn)進(jìn)行。選擇軸承時(shí)的參考原則見(jiàn)教科書(shū)。2 滾動(dòng)軸承的計(jì)算根據(jù)軸承工作條件確定軸承類型后，需要進(jìn)行軸承的承載能力計(jì)算。這一部分是本章的核心內(nèi)容，要求能夠根據(jù)軸承主要失效形式，引出其設(shè)計(jì)根據(jù)，并能熟練掌握相應(yīng)的計(jì)算方法。（1） 主要失效形式及相應(yīng)計(jì)算方法一般長(zhǎng)期使用的滾

4、動(dòng)軸承，在交變應(yīng)力作用下，主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕。相應(yīng)的計(jì)算方法為“壽命計(jì)算”。對(duì)于極低速軸承或間歇擺動(dòng)的軸承，在過(guò)大的沖擊或靜載荷作用下，主要失效形式為塑性變形。相應(yīng)的計(jì)算方法為“靜載荷計(jì)算”。此外，由于潤(rùn)滑，密封不良時(shí)產(chǎn)生磨損；制造及安裝使用不當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂等。對(duì)于這些失效形式可采取相應(yīng)的措施加以防止。（2） 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算軸承的疲勞壽命軸承在發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的實(shí)際回轉(zhuǎn)總次數(shù)（或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)）。額定壽命L一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，按90%的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕破損的壽命。平均壽命一批軸承允許有50%的完好率，不發(fā)生點(diǎn)蝕的壽命。額定動(dòng)載荷C額定壽命L=1（轉(zhuǎn)），90%的

5、軸承完好時(shí)，軸承所承受的載荷。滾動(dòng)軸承壽命曲線（既軸承載荷P與額定壽命L的關(guān)系曲線）見(jiàn)圖10-1，其關(guān)系式為：或 圖10-1換算為按小時(shí)計(jì)的壽命則有 式中 P當(dāng)量動(dòng)載荷壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承=3，對(duì)于滾子軸承=10/3n軸承的轉(zhuǎn)速。軸承壽命計(jì)算公式：式中：壽命系數(shù)載荷性質(zhì)系數(shù)速度系數(shù)溫度系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷P是一種假定載荷，在這個(gè)載荷作用下，軸承的壽命與實(shí)際載荷作用下的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式為：式中：徑向載荷軸向載荷X，Y分別為徑向系數(shù)和軸向系數(shù)，由教科書(shū)表10-14（或有關(guān)手冊(cè)）中查出。向心推力軸承軸向力的計(jì)算：向心推力軸承應(yīng)成對(duì)使用，它的安裝方式有兩種如圖10-2所示，圖10-2（a）為正

6、裝，圖10-2（b）為反裝。向心推力軸承軸的軸向載荷，對(duì)于兩個(gè)軸承來(lái)說(shuō)，都必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：（1）力的平衡條件；（2）保證半圈滾動(dòng)體受力的條件。對(duì)于軸承1來(lái)說(shuō)，滿足力的平衡條件，軸承1承受的軸向載荷顯然是。滿足半圈滾動(dòng)體受力的條件，軸承1上的軸向載荷必須滿足；其中是由徑向載荷引起的內(nèi)部軸向力，各類向心推力軸承的內(nèi)部軸向力S的近似值，可查教科書(shū)表10-17。因此，軸承1的軸向載荷應(yīng)取下列兩值中的較大值，即用同樣的方法分析，可得軸承2的軸向載荷應(yīng)取下列兩值中的較大值：式中為軸向外載荷。注意：1)上述計(jì)算軸向載荷的公式，不必死記硬背，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，按照同時(shí)應(yīng)滿足的兩個(gè)條件，自己推倒出來(lái)。2)如

7、用上式計(jì)算軸向載荷時(shí)，與安裝方式所對(duì)應(yīng)的軸承編號(hào)，應(yīng)與圖10-2所標(biāo)的一致3)如用上式計(jì)算時(shí)，軸向外載荷方向與圖10-2所標(biāo)方向相同為正，相反為負(fù)，代入公式計(jì)算。（3） 滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算額定動(dòng)載荷軸承受載最大的滾動(dòng)體與滾動(dòng)體與較弱座圈滾道上產(chǎn)生的永久塑性變形量之和等于直徑的萬(wàn)分之一的載荷。當(dāng)量動(dòng)載荷是一種假定載荷，在這個(gè)載荷作用下所產(chǎn)生的塑性變形與實(shí)際徑向載荷所產(chǎn)生的塑性變形量相等。當(dāng)量靜載荷的計(jì)算式為：式中：徑向系數(shù)軸向悉數(shù)。各類軸承的和值，由教科書(shū)表1015查出。滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷計(jì)算公式式中：安全系數(shù)，由表1016查出。注意：1)對(duì)于轉(zhuǎn)速較低并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)及摩擦力矩要求不高時(shí)可選取12

8、)對(duì)于剛性較低的軸承座，應(yīng)選取較大的安全系數(shù)；反之可選取較小的安全系數(shù)。此外，如所求出的，則應(yīng)取：。（4） 滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承在一定載荷和潤(rùn)滑條件下所允許的最高轉(zhuǎn)速。滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)使摩擦面產(chǎn)生高溫，影響潤(rùn)滑及性能，破壞油膜，從而導(dǎo)致滾動(dòng)體回火或元件膠合失效。對(duì)于工作轉(zhuǎn)速較高的軸承還應(yīng)校核極限轉(zhuǎn)速。即式中：n軸承實(shí)際工作轉(zhuǎn)速；修正后的軸承極限轉(zhuǎn)速。如修正后的極限轉(zhuǎn)速不能滿足使用要求，可采取以下措施提高極限轉(zhuǎn)速：提高軸承的精確等級(jí);選用較大的游隙；采用油霧潤(rùn)滑或噴射潤(rùn)滑；采用特殊材料及結(jié)構(gòu)的保持架；設(shè)置冷卻系統(tǒng)；選用高速軸承等等。3 滾動(dòng)軸承部件的組合設(shè)計(jì)為了保證軸承正常工作，

9、除正確選用軸承的類型，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算外，還應(yīng)合理的軸承部件的組合設(shè)計(jì)，軸承部件的組合設(shè)計(jì)包括：軸承的布置核固定；軸承的安裝和調(diào)整；軸承的預(yù)緊；軸承的公差及配合的選擇；軸承的潤(rùn)滑和密封等。（1）軸承的布置和固定一般在機(jī)器中，軸系的位置是靠軸承來(lái)固定的，在雙軸承（支點(diǎn)）的軸系中，常見(jiàn)的軸承固定方式有以下幾種：(i)固游式一個(gè)軸承固定，另一個(gè)軸承游動(dòng)：用于工作溫度較高的長(zhǎng)軸。(ii)全固式 ( 每一個(gè)軸承都能限制軸的單向移動(dòng) , 兩個(gè)軸承合在一起限制鈾的雙向移動(dòng))：用于工作溫度不高的短軸。軸承外圈處留出膨脹間隙約為C=0.2-0.3mm。(iii) 全游式 ( 兩個(gè)軸承都游動(dòng))：用于要求軸能軸向

10、游動(dòng)的場(chǎng)合。軸承內(nèi)圈或外圈的固定形式，可參見(jiàn)教科書(shū)或有關(guān)資料。（2）軸承的安裝，調(diào)整，預(yù)緊和裝拆成對(duì)使用的向心推力軸承，一般有三種安裝方式：正裝、反裝、同向安裝。一般機(jī)器多采用正裝，因?yàn)檎b的安裝和調(diào)整都比較方便。軸承的調(diào)整包括：1)軸承間隙的調(diào)整：保證膨脹間隙；2)軸承組合位置的調(diào)整：使軸上傳動(dòng)零件（如齒輪，渦輪等）具有準(zhǔn)確的工作位置。軸承的預(yù)緊就是在安裝時(shí)，使軸承內(nèi)保持適當(dāng)?shù)妮S向力，以消除間隙并使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生預(yù)變形，用以提高軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度 , 減少工作時(shí)軸的振動(dòng)。 設(shè)計(jì)軸承組合時(shí)，要考慮軸承拆卸的可能，以便在拆卸時(shí)不致?lián)p壞軸承或其它零件。(3) 軸承的公差與配合軸承的公差

11、與配合，在“公差與技術(shù)測(cè)量”課中已經(jīng)學(xué)過(guò)，就不再重復(fù)了，這里只是著重說(shuō)明幾點(diǎn)：(i)基準(zhǔn)制：由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，選擇配合時(shí)把它作為基準(zhǔn)件。因此軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。(ii)配合選擇：通常，軸承的旋轉(zhuǎn)圈與轉(zhuǎn)動(dòng)件的配合一般用n6、m6、k6、js6；而固定圈與機(jī)器不動(dòng)部分的配合則用J7、J6、H7、G7、H8等(指一般機(jī)器的轉(zhuǎn)軸軸承,內(nèi)圈旋轉(zhuǎn),外圈固定)。旋轉(zhuǎn)圈的轉(zhuǎn)速越高，載荷越大，振動(dòng)越大，工作溫度越高，用應(yīng)采用緊一些的配合；游動(dòng)圈及需經(jīng)常拆卸的軸承則采用較松的配合。(4) 軸承的潤(rùn)滑和密封(i)軸承的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的作用：主要在于降低軸承的摩擦阻力和減輕

12、磨損，也存吸振、冷卻、防銹、密封等作用。具體選用潤(rùn)滑劑時(shí)可參考速度因數(shù)dn來(lái)定，d為軸承內(nèi)徑（mm）,n為軸承的工作轉(zhuǎn)速（）。當(dāng)dn=-mm時(shí)，一般軸承采用脂潤(rùn)滑，超過(guò)這一范圍宜采用油潤(rùn)滑。(ii)軸承的密封密封的作用：主要時(shí)為了防止灰塵、水分等侵入軸承和阻止?jié)櫥瑒┞┦АＣ芊夥椒ǎ嚎煞譃閮纱箢悾?)接觸式密封（氈圈密封、皮圈密封）一般用于速度不很高的場(chǎng)合；2)非接觸式密封（油溝密封、甩油環(huán)密封、迷宮式密封）一般用于速度較高的場(chǎng)合。二.復(fù)習(xí)思考題101 滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承比較，主要有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？102 什么是滾動(dòng)軸承的“游隙”“接觸翁”“ 偏位角”?103 根據(jù)以下滾動(dòng)軸承代號(hào)分析軸承的類型、內(nèi)

13、徑尺寸、直徑系列和精度等：7311、101、8206、210、D36305、1208104 寫出下列軸承的代號(hào)(1) 單列向心短圓柱滾子軸承，輕窄系列，內(nèi)徑d=3Omm(2) 單列向心球軸承，重系列，內(nèi)徑d=17mm(3) 單列向心推力球軸承，特輕系列，內(nèi)徑d2Omm(4) 單列圓錐滾子，中窄系列，內(nèi)徑d=150mm(5) 雙列向心球軸承，中寬系列，內(nèi)徑 d=5Omm105 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)如何選擇滾動(dòng)軸承的類型？球軸承、推力軸承、滾子軸承、向心推力軸承、球面調(diào)心軸承各用在什么場(chǎng)合？106 如何解說(shuō)滾動(dòng)軸承的“疲勞壽命”、“額定壽命”和“平均壽命”。 42 日苦 .10-7 何謂滾動(dòng)軸承的“額

14、定動(dòng)載荷”？雙列軸承的額定動(dòng)載荷與單列軸承的額定動(dòng)載荷之間大致存在什么比例關(guān)系？10-8 何謂滾動(dòng)軸承的“當(dāng)量動(dòng)載荷”？當(dāng)量動(dòng)載荷P、額定動(dòng)載荷C與壽命L之間的美系是什么？10-9 分析當(dāng)軸承載荷增大1倍時(shí)，軸承的預(yù)期壽命將下降多少倍？如軸承轉(zhuǎn)速增大一倍時(shí)，軸承的預(yù)期壽命將下降多少倍 ?10-10 作圖并敘明“等當(dāng)量動(dòng)載荷曲線”的特點(diǎn)以及當(dāng)量動(dòng)載荷與軸承的徑向載荷和軸向載荷之間的關(guān)系 ?10-11 如何解說(shuō)滾動(dòng)抽承的“額定靜載荷”，“當(dāng)量靜載荷”？10-12 計(jì)算滾動(dòng)軸承的靜力強(qiáng)度時(shí)，如何選取安全系數(shù)的值 ?10-13 滾動(dòng)軸承的主要失效形式有哪些？在選擇軸承型號(hào)時(shí)，進(jìn)行壽命計(jì)算， 靜載荷計(jì)算

15、和校核極限轉(zhuǎn)速分別針對(duì)什么失效？以下軸承根據(jù)工作要求主要應(yīng)進(jìn)行哪些計(jì)算?(1) n10000的高速磨頭軸軸承；(3) =1540，P=7.5KW的減速器高速軸軸承。10-14 向心推力軸承的內(nèi)部軸向力是如何產(chǎn)生的 ?10-15 對(duì)于成對(duì)使用的向心推力軸承，在徑向載荷及軸向載荷的聯(lián)合作用下，應(yīng)如何確定軸承的軸向載荷作為設(shè)計(jì)軸承的依據(jù)？10-16 常見(jiàn)的兩支點(diǎn)軸系，軸承的軸向安裝及固定有哪兒種形式？各有何特點(diǎn)？各適用于何種情況 ?10-17 軸承的內(nèi)圈固定形式有哪些？軸承的外圈固定形式有哪些？10-18 成對(duì)使用的向心推力軸承，“正裝”，“反裝”和“同向安裝”各用在什么情況下？10-19 軸承預(yù)緊

16、的目的是什么？常見(jiàn)的預(yù)緊方式有哪幾種？10-20滾動(dòng)軸承內(nèi)圈和軸、外圈和機(jī)座孔分別采用何種基準(zhǔn)制？若內(nèi)圈與軸配合標(biāo)為，外圈與機(jī)座孔配合標(biāo)為有何錯(cuò)誤？應(yīng)如何改正？回轉(zhuǎn)圈與不回轉(zhuǎn)圈的配合性質(zhì)相同嗎？10-21 如何選擇滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式及相應(yīng)的密封裝置？三.典型例題例10-1 分析齒輪軸軸系圖10-3（a）上的錯(cuò)誤并改正。軸承采用脂潤(rùn)滑。圖10-3解：此軸系有以下四方面的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)：1.靜止件接觸(1)軸與軸端蓋；(2)套筒與軸承外圈2.上零件未定位，固定(3)套筒頂不住齒數(shù)(4)聯(lián)軸器未固定(5)聯(lián)軸器軸向及周向皆未固定(6)卡圈無(wú)用3.工藝不合理加工：(7)精加工面過(guò)長(zhǎng)且裝拆軸承不便；(8)聯(lián)軸

17、器孔未打通(9)箱體端面加工面與非加工面沒(méi)有分開(kāi)；安裝：(10)軸肩過(guò)高，無(wú)法拆卸軸承；(11)鍵過(guò)長(zhǎng)，套筒無(wú)法裝入；調(diào)整：(12)無(wú)墊片，無(wú)法調(diào)整軸承游隙。4 潤(rùn)滑與密封的問(wèn)題(13)齒輪油潤(rùn)滑，軸承脂潤(rùn)滑而無(wú)擋油環(huán)；(14)無(wú)密封改正以后的正確結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖10-3(b)。 例10-2 已知一齒輪減速器的高速軸，用一對(duì)型號(hào)為414的單列向心球軸承支撐。軸承徑向載荷，軸向載荷，轉(zhuǎn)速。試算此對(duì)軸承額定壽命為多少小時(shí)？解查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)知414軸承：額定動(dòng)載荷C=N額定靜載荷則由表10-14，按，取e=0.22因?yàn)樗訶=0.56 Y=2軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P： 軸承的額定壽命：對(duì)于球軸承由此可求得此對(duì)

18、軸承的額定壽命（按小時(shí)計(jì)）為：例10-3 一傳動(dòng)軸上安裝一對(duì)單列向心推力軸承（見(jiàn)教科書(shū)圖10-43）。已知兩個(gè)軸承的徑向載荷分別為，軸向外載荷，軸徑，轉(zhuǎn)速，有輕微沖擊，常溫下工作，要求軸承使用壽命小時(shí)，試選用軸承類型號(hào)。解由于軸承具體型號(hào)未定，有關(guān)參數(shù)，e，X，Y值都無(wú)法確定，必須進(jìn)行計(jì)算。試計(jì)算時(shí)可以先根據(jù)軸承工作條件，預(yù)選某一型號(hào)軸承或預(yù)定X，Y值，再進(jìn)行核驗(yàn)。預(yù)選軸承型號(hào)：考慮軸承的載荷大小，載荷方向，轉(zhuǎn)速高低，預(yù)選軸承型號(hào)。取單列向心推力球軸承，G級(jí)精度，輕窄系列，型號(hào)為46209。1 計(jì)算軸承的軸向載荷，向心推力軸承的軸向載荷應(yīng)同時(shí)滿足兩個(gè)條件：既力的平衡條件和保證半圈滾動(dòng)體受力的條件。由表10-17可知46000型軸承內(nèi)部軸向力為向心推力軸承內(nèi)部軸向力方向：與的方向相反，與的方向相同。故軸承1的軸向載荷應(yīng)取下列兩值中的較