機械設計課件-滾動軸承

第十三章滾動軸承(10學時)

了解滾動軸承的組成，各組件的作用及材料要求；掌握滾動軸承的基本類型，代號及工作特點；了解滾動軸承的失效特點，預防或減輕失效影響的措施；掌握滾動軸承選型設計的基本步驟與基本要點，以及受力分析方法；理解滾動軸承當量載荷和其中各參數(shù)的含義，并能進行計算；掌握滾動軸承的基本定位方式，并能正確加以利用；能根據(jù)具體工作情況選用滾動軸承的潤滑與密封方式。重點：正確選擇軸承的類型；軸承疲勞壽命的計算，軸承的組合結構設計難點：向心推力軸承的軸向力的判斷和求解，結構改錯13.1

概述一、本章的討論基本內(nèi)容：二、滾動軸承的特點和基本結構：

軸承的選用（類型，尺寸）軸承承載能力的驗算軸承裝置設計（安裝、調試、潤滑、密封）套圈：內(nèi)圈（軸圈），外圈（座圈）；材料為軸承鋼（鉻鋼）

滾動體：球，滾子（圓柱、圓錐、鼓形），滾針等，材料軸承鋼

保持架：切制（銅、鋁等合金，塑料），沖壓（低碳鋼）優(yōu)點：摩擦阻力小，功率消耗小，起動容易等缺點：抗沖擊能力差，高速時有噪音，工作壽命短13.2滾動軸承的主要類型及代號一、按承受外載荷類型分類：

向心軸承：承受徑向力Fr，其中有幾類可承受不大的軸向力

推力軸承：只能承受軸向力FaFrFa座圈軸圈

向心推力軸承：同時承受徑向力Fr，軸向力Fa接觸角FaFr載荷角軸承實際所承受的徑向載荷和軸向載荷的合力與半徑方向的夾角向心推力軸承的滾動體與外圈滾道接觸點處的法線N-N與半徑方向的夾角常用的各類軸承的性能和特點見表13-1二、滾動軸承的代號基本代號后置代號前置代號內(nèi)徑代號，其中：00~d=10mm01~d=12mm02~d=15mm03~d=17mm04~96:d=5*代號(mm)直徑系列代號：指內(nèi)徑相同，外徑與寬度不同，例：6110641063106210寬度系列代號正常系列為0，除調心滾子與圓錐滾子，其余可省略類型代號：常用：1：調心球2：調心滾子3：圓錐滾子5：推力球6：深溝球7：角接觸球N：圓柱滾子后置代號用字母和數(shù)字等表示軸承的結構、公差及材料的特殊要求等，其中常用代號有：內(nèi)部結構代號：C:表示α=15°AC:表示α=25°B:表示α=40°公差代號，由高級到低級：/p2:2級/p4:4級/p5:5級/p6:6級/p6x:6x級/p0:普通級，可省略徑向游隙代號，由小到大：1組:/c12組:/c20組：常用，可不標3組:/c34組:/c45組:/c5前置代號表示軸承的分部件，用字母表示。例：7211C/P5表示角接觸球軸承；輕系列；內(nèi)徑為55mm；接觸角α=15°；5級公差；0組游隙L表示可分離軸承的可分離軸套；K表示軸承的滾動體與保持架組件等13.3滾動軸承類型的選擇一、考慮載荷特性載荷大小：大：滾子（線接觸）；?。呵颍c接觸）載荷方向：徑向：圓柱滾子、滾針、深溝球；軸向：推力徑向與不大的軸向：深溝球，α不大的角接觸球與圓錐滾子；徑向與較大的軸向：α較大的角接觸球與圓錐滾子，或深溝球加推力。3.載荷特點：沖擊載荷，或軸中心線與軸承座中心線不重合時應選調心球或調心滾子，決不能選圓柱滾子或滾針。二、考慮轉速高低

高速：宜選球，輕系列，實體保持架，提高軸承公差等級，適當增大徑向游隙三、考慮裝拆問題若軸承座孔式整體結構，應考慮選內(nèi)、或外圈可分離的軸承，如30000型，N0000型，或NA000013.4滾動軸承的工作情況一、載荷分布1、向心軸承FrFFN0Ni變形量的分布是中間最大，向兩邊逐漸減小接觸載荷在Fr作用線上的接觸點處最大，向兩邊逐漸減小各滾動體從開始受力到受力終止所對應的區(qū)域叫做承載區(qū)，小于180。2、向心推力軸承若只有一個滾動體若滾動體充滿滾道派生軸向力承受徑向載荷Fr平衡時：則有半數(shù)滾動體受載則全部滾動體受載1）角接觸球軸承及圓錐滾子軸承：為使較多的滾動體同時受載，應使2）同一個軸承，在同樣的徑向載荷作用下，當軸向力又最小逐步增大時，同時受載的滾動體數(shù)目逐漸增多，與軸向力平衡的派生軸向力也隨之增大。研究表明：二、應力變化滾動體與動圈固定套圈內(nèi)圈上任意一點的脈動循環(huán)載荷與應力變化外圈上任意一點的載荷與應力變化（非周期性）13-5滾動軸承尺寸的選擇失效形式及基本額定壽命

1主要失效形式（疲勞點蝕，塑性變形，磨損）滾動軸承運轉時，滾動體和內(nèi)外圈間產(chǎn)生變化的接觸應力使?jié)L動體或內(nèi)外圈滾道上的點蝕破壞計算準則：一般轉速的軸承(n>10r/min)，疲勞點蝕是主要失效形式，疲勞強度計算高速軸承，進行壽命計算，極限轉速校核極慢轉速軸承，主要失效形式是塑性變形，應進行靜強度計算二．滾動軸承的基本額定動載荷就是使?jié)L動軸承的基本額定壽命恰好為106轉時，軸承所承受的載荷值，用C代表向心軸承：純徑向載荷，稱為徑向基本額定動載荷Cr；推力軸承：純軸向載荷，稱為軸向基本額定動載荷Ca；向心推力軸承：使圈套間產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量2基本額定壽命按一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉數(shù)或工作小時數(shù)作為軸承的壽命，以Lh表示。意味在此壽命之前發(fā)生失效的概率為0.1（即可靠度為R=0.9）。表13-3推薦的軸承預期計算壽命較高溫度下工作的軸承基本額定動載荷，須考慮溫度系數(shù)

基本額定動載荷為：ft見表13-4三．滾動軸承壽命的計算公式當P≠C時，軸承的壽命？滾動軸承（6207）壽命曲線為圖13—12，可表示為：

四滾動軸承的當量動載荷

軸承在許多應用場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷。須把實際載荷轉換為與確定基本額定動載荷條件相一致的當量動載荷P。以承受徑向載荷為主的軸承，稱為徑向當量動載荷Pr

以承受軸向載荷為主的軸承，稱為軸向當量動載荷Pa

當量動載荷P的表達式：只能承受純徑向載荷的軸承（N，NA）

只能承受純軸向載荷的軸承（5）

考慮附加載荷，軸承的當量動載荷為：

五．角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的Fr,Fa的計算產(chǎn)生派生軸向力，通常要成對使用；有兩種安裝方式：正裝和反裝反裝：兩外圈寬邊相對。軸外伸端承受較重負荷，能縮小負荷到支承點的距離，增加支承剛性?？梢杂糜诳缇噍^長或溫差較大的場合缺點：靠近齒輪的軸承，又要承受較大的徑向載荷，且軸承游隙調整不便正裝：兩外圈窄邊相對，軸承游隙調整方便，支承的實際跨距縮小角接觸球軸承受力如圖徑向載荷：根據(jù)外界作用在軸上的徑向力Fre和兩支點位置來確定。以軸承的壓力中心作為作用點。兩支點間距離不是很小時，常以軸承寬度中點作為支點軸向載荷：不完全由外界的軸向作用力Fae產(chǎn)生，而根據(jù)整個軸上的軸向載荷的平衡條件求出取軸與軸承內(nèi)圈為分離體相當于1被壓縮，2被放松實際上軸必須處于平衡位置被放松的軸承2只受本身的派生軸向力計算軸向力的方法：1通過的計算和分析，判定被壓縮或被放松的軸承2確定被放松軸承的軸向力僅為其本身派生的軸向力3被壓縮軸承的軸向力為除去本身派生的軸向力后其余各軸向力的代數(shù)和

七．滾子軸承的靜載荷

1基本額定靜載荷：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的載荷，作為軸承靜強度的界限，稱為基本額定靜載荷，用C0表示

2當量靜載荷：軸承靜載能力七．不同可靠度時滾子軸承尺寸的選擇額定壽命為：基本額定動載荷為：修正額定壽命：額定壽命修正系數(shù)見表13-9不同的機械，對可靠度的要求不相同，須引入壽命修正系數(shù)見教材例13-1例1:深溝球軸承補充：例一齒輪減速器的輸出軸，要求一端游動支撐，簡圖如圖，傳遞功率7.5kW,轉速n=970r/min，工作中有中等沖擊，軸頸直徑d=40mm。經(jīng)過計算，該軸所承受的軸向載荷Fae=380N,選用深溝球軸承，軸承承受的徑向載荷分別Fr1=2200N,Fr2=1800N,要求軸承壽命Lh‘=12000h。試選用合適的軸承。式中：分析：深溝球軸承：判斷哪個軸承受軸向力？一端固定，一端游動：固定端軸承受軸向力；兩端單向固定，軸向力指向那個軸承，那個軸承受軸向力。2）計算P(表13-6）解：1）計算軸向力只計算1軸承的當量動載荷按C值查手冊，取軸承型號為：6208，其Cr=29.5kN見教材例13-13)驗算壽命按6208查得：C0r=18.0kN結論：選用6208深溝球軸承合適3）求e和Y解：1）初選6208只計算1軸承的當量動載荷查6208，其Cr=29.5kN，C0r=18.0kN2）計算軸向力建議先選軸承結論：符合要求4）計算P(表13-6）5）計算C例2：一傳動裝置，根據(jù)工作條件決定采用一對正裝角接觸球軸承，7207AC。載荷情況如圖所示，已知：Fr1=1000N,Fr2=2060N,Fa=880N,轉速n=5000r/min,中等沖擊，預期壽命Lh‘=2000h.驗算軸承是否符合要求。Fr1Fr2Fa其中：Fd2Fd1先給軸承編號1）求兩軸承派生軸向力(表13-7)FaFd2Fd1Fr2Fr12）確定軸承實際軸向力1軸承被壓緊2軸承被放松解：3）確定系數(shù)X,Y值按表13-5計算因P1>P2,故用P1帶入壽命公式計算結論：不符合要求例13-3(教材例13-2)13.6軸承裝置設計一、支承部分的剛性與同心度1、剛性：指剛度大，不易變形具體：軸承座的跨距短，懸臂??；軸承座孔有足夠的壁厚，加強肋2、同心度：同一根軸上兩個支承要保持同心；具體：軸承兩座孔一次鏜出正確解決軸承的安裝、配置、緊固、調節(jié)、潤滑、密封等二、軸承配置1、雙支點各單向固定深溝球角接觸球在軸的兩個支點中，每個支點各限制軸在一個方向的軸向移動，兩個支點合起來限制軸的雙向移動。適用工作溫度變化不大、兩支點間跨距小于300~350mm的短軸。軸承外圈與軸承端蓋間留有很小的軸向間隙，以適當補償軸受熱伸長。調整軸承外圈或軸承內(nèi)圈的軸向位置，使軸承達到理想的游隙。圓錐滾子正裝圓錐滾子反裝2、一支點雙向固定，另一支點游動

固定端：深溝球角接觸或圓錐滾子成對用向心和推力組合使用

游動端：深溝球，內(nèi)圈固定，外圈游動，2～3mm

圓柱滾子，內(nèi)外圈均固定，軸向游動在滾動體與外座圈間進行固定支承限制軸的兩個方向的移動，而游動支承允許軸作因溫度變化引起的熱伸縮，即自由游動。主要用于工作溫度變化大，且兩支點間跨距大(350mm以上)的長軸。3、兩端游動對于人字齒輪傳動，通常大齒輪軸承部件采用兩端固定支承，小齒輪軸承部件采用兩端游動支承，便于小齒輪軸承部件沿軸向游動，以防止齒輪卡死或兩側輪齒受力不均。三、軸承的軸向緊固1、內(nèi)圈緊固方法彈性擋圈與軸肩軸端擋圈與軸肩圓螺母加止動墊圈2、外圈緊固方法軸承端蓋擋肩與孔用彈性擋圈外圈帶止動槽的軸承四、軸承游隙及軸上零件位置的調整靠軸承端蓋的墊片加減來調整靠圓螺母調整靠套杯調整圓錐齒輪與蝸桿的軸向位置五、軸承的配合1、內(nèi)圈與軸的配合：基孔制，緊配合，常采用k62、外圈與座孔的配合：基軸制，可采用較松的配合，但不能在孔內(nèi)轉動，常采用H7。指內(nèi)圈與軸頸及外圈與外殼孔的配合

一般，當工作載荷的方向不變時，轉動圈應比不動圈有更