機械設計第17章滾動軸承

第17章滾動軸承

基本要求及重點、難點17.1概述17.2滾動軸承的主要類型及其特性17.3滾動軸承的代號及類型選擇17.4滾動軸承的失效形式及選擇計算17.5滾動軸承的組合設計

計劃學時：4h制作人：馬兆允基本要求:1）掌握滾動軸承的類型及特點。2）掌握滾動軸承的代號。3）了解滾動軸承的失效形式及選擇計算。4）了解滾動軸承的組合設計。

重點：1）滾動軸承的類型及特點。2）滾動軸承的代號。

難點：1)

滾動軸承的選擇計算。2）滾動軸承的組合設計。

作業(yè):

17.217.12

17.1概述

17.1.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)

：

1—內(nèi)圈、2—外圈、3—滾動體、4—保持架。17.1.2滾動體的分類

：

按滾動體的種類分:球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子及滾針等。

按所能承受載荷的方向或公稱接觸角的不同分:公稱接觸角：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，簡稱接觸角。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。17.1.3滾動軸承的基本類型及特點:17.1.3滾動軸承的基本類型及特點:滾動軸承的安裝：滾動軸承的材料：GGr15，GGr15SiMn等，淬火后硬度不低于61~65HRC。保持架選用較軟材料制造，常用低碳鋼板沖壓后鉚接或焊接而成。實體保持架則選用銅合金、鋁合金或工程塑料等材料。滾動軸承的特點：1）優(yōu)點：摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑密封簡便、標準化程度高、易于互換和不受軸頸速度變化影響等.2）缺點：抗沖擊能力差，高速時振動及噪聲較大，徑向尺寸較大，高速重載荷下軸承壽命不及液體摩擦的滑動軸承。滾動軸承是標準件，由專門的軸承工廠批量生產(chǎn)。在機械設計中只需根據(jù)工作條件選用合適的類型和型號進行組合結(jié)構(gòu)設計。

17.2滾動軸承的代號GB/T272—93用數(shù)字和字母等表示17.2.1.基本代號1內(nèi)徑代號

內(nèi)徑小于10mm和大于495mm的軸承內(nèi)徑代號GB/T272—93規(guī)定2類型代號

代號為零的雙列角接觸軸承可省略不標

3）尺寸系列代號

①直徑系列：7、8、9、0、1、2、3、4、5種②寬度系列：向心軸承寬度系列代號：8、0、1、2、3、4、5、6；推力軸承高度系列代號：7、9、1、2當寬度系列為零系列時，除調(diào)心軸承和圓錐滾子軸承外，其余的均可不標出，個別類型軸承規(guī)定寬度系列代號“1”和“2”可以省略不標。17.1.2后置代號

用字母和數(shù)字等表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等。

1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母緊跟著基本代號表示。

注意：無特殊要求省略不標。

標注：2）軸承的公差等級

2級、4級、5級、6級、6x級和0級，共6個級別，公差等級依次由高級到低級。

注意：6x級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中不標出。

3）軸承徑向游隙系列

1組、2組、0組、3組、4組、和5組，共6個組別，徑向游隙依次由小到大。

標注：/C1，/C2，/C3，/C4，/C5注意：0組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標出

。與公差等級連標時“/C”不標。4）配置代號

①面對面安裝②背對背安裝③串聯(lián)安裝標注：3.前置代號

前置代號用字母表示軸承的分部件。如用L表示可分離軸承的可分離套圈等。問題：請說出代號62212，6212，7314AC/P62的意義？17.3

滾動軸承的工作情況分析17.3.1滾動軸承受載分析1.載荷分布1）純軸向載荷：均載2）純徑向載荷：變載17.3.2載荷及應力變化17.3.3失效形式及設計準則1.失效形式1）疲勞點蝕

：安裝、維護、潤滑正常的情況下，滾動軸承在工作過程中，滾動體與滾道接觸表面產(chǎn)生變接觸應力，導致疲勞裂紋，其擴展到接觸表面，形成疲勞點蝕，使軸承不能正常工作，出現(xiàn)較強烈的振動、噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象。2）永久變形：3）磨損：注意：軸承的主要失效形式是疲勞點蝕。4）套圈、保持架破裂：2.設計準則1）不轉(zhuǎn)動、擺動或轉(zhuǎn)速很低的軸承：靜強度計算2）轉(zhuǎn)動的滾動軸承：接觸疲勞壽命，同時進行靜強度的計算3）高速軸承:極限轉(zhuǎn)速計算，同時進行接觸疲勞壽命17.4滾動軸承類型的選擇1）轉(zhuǎn)速較高，載荷平穩(wěn)且不大

選用深溝球軸承（60000型）；2）載荷較大且有沖擊時

選用滾子軸承（30000型或N0000型）；3）徑向載荷和軸向載荷都比較大時若轉(zhuǎn)速不高，選用圓錐滾子軸承（30000型）；若轉(zhuǎn)速較高時，選用角接觸軸承（70000C，70000AC或70000B型）；4）軸向載荷比徑向載荷大得多時可將兩種類型軸承組合使用，如將單向推力軸承（51000型）或雙向推力軸承（52000型）與60000型或N0000型組合；6）工作前后有較大溫差時

⑴軸向力不大時常用圓柱滾子（N或NA型），也可用外圈不做軸向固定、且外圈與孔配合較松的其他軸承；5）徑向力較大或支撐跨度較長或軸的剛度較差，或兩個軸孔很難同軸時

采用自動調(diào)心軸承（1000、2000型等）；7）特輕系列軸承適于高速下工作；重系列用于低速、重載，輕系列達不到要求時，采用寬系列軸承；⑵軸向力較大時

17.5.1滾動軸承的壽命計算

軸承的壽命：單個滾動軸承中任一套圈或滾動體材料首次出現(xiàn)疲勞點蝕之前，一套圈相對另一套圈轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)?；绢~定壽命：一批同一型號軸承，在同一條件下運轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而90%的軸承未發(fā)生點蝕破壞前所轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下所能運轉(zhuǎn)的總工作時數(shù)。17.5滾動軸承尺寸的選擇基本額定動載荷：軸承的壽命恰好為一百萬轉(zhuǎn)時，軸承所承受的最大載荷。用C表示，對于向心軸承、角接觸軸承用Cr；對于推力軸承用Ca表示。式中ε為壽命指數(shù)，對于球軸承ε=3，對于滾子軸承ε=10/3。C為基本額定動載荷。P為當量動載荷。

實際計算公式：式中n代表軸的轉(zhuǎn)速，單位為rpm。

引進溫度系數(shù)ft、載荷系數(shù)fp設計公式：式中Lh代表軸承的預期計算壽命，單位為h。

表17.8溫度系數(shù)ft軸承工作溫度（oC）100125150200250300溫度系數(shù)ft10.950.900.800.700.60表17.11載荷系數(shù)fp載

荷

性

質(zhì)無沖擊或輕微沖擊中

等

沖

擊強

烈

沖

擊載荷系數(shù)fp1.0~1.21.2~1.81.8~3.0表17.9各類機器中軸承預期壽命的參考值Lh使

用

場

合

Lh

（h）不經(jīng)常使用的儀器和設備短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果間斷使用，中斷會引起嚴重后果每天8小時工作的機械24小時連續(xù)工作的機械

5004000~80008000~1200012000~2000040000~6000017.5.2滾動軸承的當量動載荷

1）向心軸承僅承受純徑向載荷R（N，NA）：P=R

2）推力軸承僅承受純軸向載荷A（5類軸承）：P=A

3）同時承受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承（6、7、3等類型軸承）：式中X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)及軸向動載荷系數(shù)。

當量動載荷P：使軸承在該載荷作用下的壽命與實際聯(lián)合載荷作用下的壽命相等，是一假想的載荷。17.5.3徑向載荷R與軸向載荷A的計算表20.10派生軸向力S的計算公式角接觸球軸承圓錐滾子軸承70000C（α=15o）70000AC（α=25o）70000B(α=40o)S=eRS=0.68RS=1.14RS=R/(2Y)派生軸向力S：

角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特點是在滾動體和滾道接觸處存在著接觸角。當它承受徑向載荷為R時，要產(chǎn)生派生的軸向力S。支反力作用點

軸承的配置：為了保證這類軸承正常工作，防止軸串動，通常是成對使用的。1.徑向載荷R的計算

徑向載荷R可由外界作用到軸上的徑向力Fr，根據(jù)平面一般力系的平衡方程求得。2.軸向載荷A的計算如達到軸向平衡時，應滿足

否則，會出現(xiàn)下面兩種情況：

（1）若

軸承1（壓緊端）承受的軸向載荷：

軸承2（放松端）承受的軸向載荷：

（2）若

軸承1（放松端）承受的軸向載荷：軸承2（壓緊端）承受的軸向載荷：結(jié)論：計算角接觸軸承和圓錐滾子軸承所受軸向力的方法可以歸結(jié)為：先通過附加軸向力及外加軸向載荷的計算與分析，判定被“放松”或被“壓緊”的軸承；然后確定被“放松”軸承的軸向力僅為其本身附加的軸向力，被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身附加軸向力后其余各軸向力的代數(shù)和。17.5.4滾動軸承的靜載荷計算靜載荷：當軸承套圈間相對轉(zhuǎn)速為零、低速或擺動時，作用在軸承上的載荷?；绢~定靜載荷C0：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力達到一定值（4000~4600MPa）的載荷。用C0（C0r或C0a）表示，作為軸承靜強度的界限。當量靜載荷P0：在當量靜載荷作用下軸承最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力與實際聯(lián)合載荷條件下相同。用P0（P0r或P0a）表示1.深溝球軸承、角接觸軸承和圓錐滾子軸承的靜載荷計算2.圓柱滾子軸承、滾針軸承的靜載荷計算3.推力軸承的靜載荷計算靜強度條件：

滾動軸承壽命計算框圖17.6滾動軸承的組合設計

實質(zhì)：解決軸承的軸向位置固定、軸承的潤滑與密封、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整和軸承的裝拆等一系列問題。17.6.1軸承的固定方式1.兩端單向固定（雙支點單向固定）2.一端固定、一端游動（單支點雙向固定）3.兩端游動（全游式）20.5.2軸承的潤滑和密封1.滾動軸承的潤滑

目的：為了減少摩擦和減輕磨損、吸振、冷卻、防銹。此外還能減少工作時的噪聲。潤滑劑：潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。選取原則：當dn<(2~3)×100000mm·rpm時，可采用潤滑脂潤滑；超過這一范圍宜采用油潤滑。

潤滑油、潤滑方式的選?。猴w濺潤滑2.滾動軸承的密封1）接觸式密封裝置：靠毛氈圈、密封圈等；2）非接觸式密封裝置：間隙式裝置、迷宮式裝置等。20.5.3軸承組合的調(diào)整1.滾動軸承的軸向緊固1）內(nèi)圈的軸向固定：軸用彈性擋圈嵌在軸的溝槽內(nèi)；緊定螺釘和軸端擋圈緊固；圓螺母和止動墊片緊固。2）外圈的軸向緊固：座孔溝槽與孔用彈性擋圈；軸用彈性擋圈嵌入軸承外圈的止動槽內(nèi)；軸承蓋；螺紋環(huán)。2.軸承間隙的調(diào)整1）靠加減軸承蓋與機座間的墊片厚度進行調(diào)整：2）靠螺釘通過軸承外圈壓蓋進行調(diào)整：3.軸上零件位置的調(diào)整4.軸承的預緊20.5.4

軸承的配合與裝拆

1.軸承的配合

配合制式：與軸的配合采用基孔制，與軸承座的配合采用