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第13章 滚动轴承,概 述,滚动轴承尺寸的选则,滚动轴承类型的选择,滚动轴承的主要类型及其代号,轴承装置设计,滚动轴承的工作情况,第13章 滚动轴承,轴承 支承轴的部件。,向心轴承 主要承受径向载荷； 推力轴承 主要承受轴向载荷； 向心推力轴承 主要承受径向载荷、也可承受较大的轴向载荷； 推力向心轴承 主要承受轴向载荷、也可承受较大的径向载荷。,2. 按摩擦性质分：,轴承,滑动轴承 滚动轴承,轴承,1. 根据承受载荷的方向分：,1 概述,（一） 滚动轴承的组成,向心轴承 1. 外圈 2. 内圈 3. 滚动体 4. 保持架,滚动体形状,推力轴承 1. 紧圈 2. 松圈 3. 滚动体 4. 保持架,（二） 滚动轴承的材料及特点,滚动轴承的内、外圈和滚动体是用滚动轴承钢（GCr15等）制造、并径淬火处理，硬度达到6065 HRC，表面进行磨削和抛光。要求磨削抛光。轴承元件都经过150的回火处理，通常轴承工作温度不高于120，所以轴承元件的硬度不会下降。 轴承保持架一般用软钢冲压而成，也有用青铜、石墨或塑料制成实体保持架。,1、材料,2、滚动轴承与滑动轴承比较,优点：摩擦阻力小，启动及运转力矩小，启动灵敏，功率损耗小且轴承单位宽度承载能力较大，润滑、安装及维修方便等。 缺点：径向轮廓尺寸大，接触应力高，高速重载下轴承寿命较低且噪声较大，抗冲击能力较差。,滚动轴承的组成,滚动轴承的组成,滚动体的形状, 滚动轴承的游隙,轴承内圈相对于外圈移动量的最大值称为轴承的游隙；沿径向的最大移动量称之为径向游隙；而沿轴向的最大移动量称为轴向游隙。,滚动轴承的游隙分为1、2、0、3、4、5共六个组别。其径向游隙由小到大，0组为常用游隙可以不标，其它代号依次为C1、C2、C3、C4、C5。,滚动轴承的游隙、接触角和调心性能,滚动轴承接触角,滚动体与外圈（或松圈）滚道接触点的法线与轴承径向平面的夹角，称为滚动轴承的公称接触角。, 0,045,45 90, 90,3.几种滚动轴承的公称接触角,4. 滚动轴承的调心性能,由于加工、安装及轴与轴承座工作中的受力变形，导致轴承在工作中出现内、外圈间或松、紧圈间的相对角位移。轴承能够适应角位移而保持正常工作、不被卡死的性能，称为调心性能。允许有较大角位移的轴承称为调心轴承。,调心轴承的结构特点是外圈（或松圈）的滚道为球面，如向心调心球轴承、向心调心滚子轴承等。,2 滚动轴承的主要类型及其代号,（一）常用滚动轴承的主要类型、结构和特点,滚动轴承的类型和选用,向心圆柱滚子轴承,（一）常用滚动轴承的主要类型、结构和特点,滚动轴承的类型和选用,（一）常用滚动轴承的主要类型、结构和特点,滚动轴承的类型和选用,调心滚子轴承,（一）常用滚动轴承的主要类型、结构和特点,7000C型=15 7000AC型=25 7000B型=40,普通30000型 加大30000B型,向心推力轴承,轴承内径：,（二） 滚动轴承的代号,1、基本代号, d20mm时, 查标准, d = 20 480 mm d = 代号5, d 500mm时的表示方法为：以分母形式直接表示轴承内径，如内径为500mm的向心调心滚子轴承：230/500,外廓尺寸系列 外（直）径系列 见右图,宽（高）度系列内、外径相同而宽度（高度）不同的变化，称之为宽度系列。常用0、1、2、3等。代号为0时，表示正常宽度，可略去不写（但圆锥滚子轴承必须写出）,类型代号,内径相同，而外径和宽度（高度）不同的变化，称为轴承的直径系列。,轻系列,中系列,重系列,2、公差等级：/P0、/P6、/P6x、/P5、/P4、/P2（精度最高）。 /P0 （精度最低）为普通级，应用广泛，代号中可省略不标。 例题：写出下列轴承代号的含义。,练习：写出下列滚动轴承代号的意义： 6210；N218；7309B/P6；30412/P5；51415,公差等级为普通级,公称接触角=25,轴承内径d = 105=50 mm,外径系列轻系列 正常宽度,角接触球轴承,1、载荷条件 纯径向载荷向心轴承。如： 轻载或中载，可选用深沟球轴承（60000型）。 中载或有一定冲击载荷时，可选用圆柱滚子轴承，如（N0000型）。 纯轴向载荷推力轴承。如： 中、轻载下，选用推力球轴承（51000型） 或双向推力球轴承(52000型）等。 载荷较大时，选用推力圆柱滚子轴承(81000型）等。 同时有径向、轴向载荷时，若：轴向载荷深沟球轴承 轴向载荷向心推力轴承 轴向载荷向心轴承推力轴承 如深沟球轴承与推力球轴承或圆柱滚子轴承与推力球轴承或推力圆柱滚子轴承等的组合；,3 滚动轴承类型的选择,角接触球轴承 （70000型） 圆锥滚子轴承 （30000型）,3、调心性能,对于轴的刚性较差、或轴的跨矩较大、或轴承座的制造安装精度较低、或多支点轴，均应采用调心轴承。而其它类型轴承对于偏转角非常敏感，应尽可能避免采用。,4、安装及拆卸要求,为了装拆方便，应首选可分离型轴承，如圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等。,5、经济性,在轴承设计时应合理选择轴承的公差等级，公差等级选择的不适当，低了则可能不满足工作性能要求；过高则经济性不好，成本过高。对于公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比约为1:1.5 : 2 : 7: 10。,（极限转速一定载荷和润滑条件下允许的最高转速） 球轴承： 承载能力小；不耐冲击；极限转速高；制造容易； 价格低 ；宜优先选用；轻载、高速、精度要求高的场合 滚子轴承：承载能力大、耐冲击 ；极限转速低； 重载或有冲击场合,2、轴承转速,4 滚动轴承的工作情况,结论：根据受力分析可见，滚动轴承的各个元件所受载荷为循环变载荷，其表面接触应力为循环变应力。,F0，H,F0，H,5 滚动轴承尺寸的选择,疲劳点蚀（中、高速下运转的轴承） 塑性变形（低速重载或冲击载荷下） 磨损（磨粒磨损（多尘）、粘着磨损（高速）,（一） 滚动轴承的失效形式及设计准则,2、滚动轴承的设计准则,中、高速下运转的轴承(n10 r/min) 按疲劳强度进行设计。即保证轴承在规定的寿命期内不发生疲劳点蚀。,对于转速很低（n 10r/min)或在一定角度内缓慢摆动的轴承按静强度进行设计，即保证轴承在工作中不发生超过允许的塑性变形。,高速下运转的轴承除按疲劳强度进行设计外，还应校核极限转速。,1、滚动轴承的主要失效形式,5 滚动轴承尺寸的选择,（二） 基本额定寿命和基本额定动载荷,1. 滚动轴承的寿命 滚动轴承中的任意一个滚动体或座圈滚道出现疲劳点蚀之前的总转数或在一定转速下的总工作小时数，称为该轴承的寿命。,2. 基本额定寿命 对于一批相同的（类型、尺寸、材料、热处理、加工等均相同）轴承，在相同的条件下进行运转，有10%的轴承出现点蚀破坏前的总转数或在一定转速下的总工作小时数，就称为该批轴承的基本额定寿命。对于一批轴承而言，是90%的轴承能达到的寿命；对于单个轴承而言则是该轴承有90%的概率达到或超过的该寿命。,3. 可靠度概念 所谓可靠度是指零件在规定运转条件下、规定寿命期内的失效概率。,4. 基本额定动载荷 是指轴承在基本额定寿命恰好为106 转时所能承受的载荷，用C表示。对于向心轴承为Cr 、对于推力轴承为Ca 。其概念可解释为一批相同的轴承、在相同条件下运转，经受106转的运转后，仍有90%的轴承不出现疲劳点蚀条件下所能承受的载荷值。,（三）当量动载荷,轴承样本或手册列出的轴承基本额定动载荷是在一定条件下通过试验确定的，试验条件为：内（紧）圈转动、外（松）圈固定；基本额定寿命为106 r；工作温度在100以下。,实际轴承所受的载荷与基本额定动载荷的性质及工作条件可能不一致。为此必须将实际工作载荷换算成与基本额定动载荷相同条件的载荷值，才能与基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷为一寿命等效的假想载荷，称为当量动载荷。,当量动载荷的计算式为：,X、Y 径向系数、轴向系数 与Fa/Fr及参数 e 有关，可查表。,e 轴向载荷影响系数（判别系数），它是表征轴向载荷对向心轴承承载能力影响的系数，其数值与轴承类型及实际接触角有关,即与Fa/C0有关，查表。,引入载荷性质系数,（四） 额定寿命计算,基本额定寿命,轴承转速，r/min,当量动载荷，N,基本额定动载荷，查机械零件设计手册,预期寿命，查表,基本额定动载荷计算值,修正额定寿命,基本额定寿命,当实际轴承的可靠度要求不同于90%、或轴承材质有特殊性能要求及须在特殊工作条件下运转时，均须在计算基本额定寿命时进行修正，修正后的轴承寿命则称为修正寿命。,例题：一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=40mm, 转速n=2900 r/min，径向载荷Fr=1600N, 轴向载荷Fa=720N，预期计算寿命L h =6000h。试选择该轴承型号。,解：本题中深沟球轴承承受径向及轴向的联合载荷，故应按式计算当量动载荷P ，但因轴承型号未定，故C0，Fa/C0，e，X，Y 等值均无法确定。此时，须采用试算法，即先初选某一型号轴承或初定X, Y值再进行验算。以下采用初选轴承型号的方法。,1）初选轴承型号 设为6308轴承，查机械零件设计手册得Cr=31.2 kN，C0r=22.2 kN。 2）计算iFa/C0：,查表（用插值法）求得：,3）计算Fa/Fr,4）选X，Y值 查表9-7 得X=0.56，,5)计算当量动载荷P 由公式得,由表，取fP=1.2，得,6)计算轴承所需的基本额定动载荷,对于6308轴承，Cr=31.2 kNCr=27.98 kN, 该轴承满足要求。,（五） 角接触（向心推力）轴承的载荷计算,1. 内部轴向力FS 2. 载荷作用中心O（支反力作用点）,O,载荷作用中心,可查轴承标准,FS 内部轴向力，是由于结构原因而产生的附加内部轴向力。其大小：查表，方向：如图。,FS使内外圈有分离趋势，向心推力轴承必须： 成对使用，对称安装。,两种安装方式,正装（面对面安装）见图,反装（背靠背安装）见图,简图：,两外圈窄边相对,两外圈窄边相背,3. 轴向载荷计算,向心推力轴承轴向载荷Fa 的计算步骤,当向心角接触轴承支承的轴上除径向载荷Fr作用外，还有外加轴向力FA 作用时，作用在每个轴承上的轴向载荷Fa须作具体分析确定。,计算步骤如下： 计算每个轴承上的内部轴向力FS、FS；,根据轴上全部轴向力（包括：外加轴向力FA 和内部轴向力FS 、 FS ）即合力的指向； 判断哪个轴承被“压紧” ？哪个轴承被“放松” ？,被“压紧”轴承的轴向力等于除它本身内部轴向力以外的其他轴向力的代数和； 被“放松”轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力。,向心推力轴承轴向载荷Fa 的计算方法,当：FS + FAFS时,轴承（即“压紧”端）的轴向力为：,轴承（即“放松”端）的轴向力为：,轴承被“压紧” ，轴承被“放松” ,向心推力轴承轴向载荷Fa的计算方法,当：FS + FA FS时,轴承（即“压紧”端）的轴向力为：,轴承（即“放松”端）的轴向力为：,当：FS +FA FS时,轴承 （即“压紧”端）的轴向力为：,轴承（即“放松”端）的轴向力为：,轴承被“压紧” ，轴承被“放松” ,轴承被“压紧” ，轴承被“放松”,向心推力轴承轴向载荷Fa 的计算步骤,当向心角接触轴承支承的轴上除径向载荷Fr作用外，还有外加轴向力FA 作用时，作用在每个轴承上的轴向载荷Fa须作具体分析确定。,计算步骤如下： 计算每个轴承上的内部轴向力FS、FS；,根据轴上全部轴向力（包括：外加轴向力Fx 和内部轴向力FS、FS）即合力的指向； 判断哪个轴承被“压紧” ？哪个轴承被“放松” ？,被“压紧”轴承的轴向力等于除它本身内部轴向力以外的其他轴向力的代数和； 被“放松”轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力。,例题1：,Fr,Fr,FA,已知：FS=1175 N，FS=3290 N，FA=1020 N 求： Fa、 Fa,轴承被“压紧” ，轴承被“放松”,FS+FA = 3290+1020= 4310 FS，,解：,例题2：,已知：FS=1437 N，FS=2747 N，FA=950 N 求： Fa、 Fa,FS+FA = 1437+950 = 2387 FS，,轴承被“压紧” ，轴承被“放松”,解：,（六）不稳定载荷下的轴承寿命计算,例：金属切削机床、起重机等机械中使用的轴承，其工作载荷和转速都是在频繁地改变着。,寿命计算：按不稳定变应力时的疲劳损伤累计理论平均当量动载荷 寿命计算公式：,（七） 滚动轴承的静载荷计算,在过大的载荷作用下的滚动轴承，还有可能产生塑性变形，导致轴承的振动和噪声过大，影响轴承的正常工作。因此，除对轴承要进行疲劳强度计算外，还需进行静强度校核。而对于转速很低或在一定角度内缓慢摆动的轴承，因其主要失效形式就是滚动体与内外座圈滚道接触处产生过大塑性变形，这时应根据静强度计算其承载能力和选择轴承尺寸与型号。,保证滚轴承不发生过大塑性变形的条件,基本额定静载荷 使滚动轴承中受力最大的滚动体与座圈接触处的塑性变形总量恰好为滚动体直径万分之一时的载荷，称为基本额定静载荷。,当量静载荷 当量静载荷是一个假想的载荷，在该载荷作用下轴承与在实际载荷作用下有同样的塑性变形量，该载荷称为当量静载荷。,静态承载安全系数, 见表,当量静载荷的计算,应当注意:当计算结果 P0Fr时，则取 P0Fr,（八） 同一支点成对安装同型号角接触轴承的计算特点,基本参数 基本额定动载荷 额定静载荷 极限转速,支反力作用点（载荷作用中心O） 近似认为在这对轴承宽度的中点。,图9-15,载荷分布系数,载荷系数,（九） 滚动轴承的极限转速,滚动轴承的极限转速nlim一定载荷和润滑条件下允许的最高转速（查标准）。,实际工作条件下，轴承的极限转速nmax：,（一）保证轴承孔的同轴度和支承刚度,1、保证同轴度要求安装轴承的两个轴承座孔一次加工而成。,2、保证支承刚度要求。,6 滚动轴承轴系结构设计（轴承装置设计）,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 1、两端固定式支承（双支点单向固定）,6 滚动轴承轴系结构设计（轴承装置设计）,c=0.20.4,箱体内侧,箱体外侧,采用深沟球轴承,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 1、两端固定式支承（双支点单向固定）,6 滚动轴承轴系结构设计（轴承装置设计）,箱体内侧,箱体外侧,c=0.20.4,采用深沟球轴承,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 1、两端固定式支承（双支点单向固定）,6 滚动轴承轴系结构设计（轴承装置设计）,箱体内侧,箱体外侧,调整垫片（一组）,调整垫片（一组）,采用向心推力轴承（正装）,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 1、两端固定式支承（双支点单向固定）,6 滚动轴承轴系结构设计（轴承装置设计）,箱体内侧,箱体外侧,调整垫片（一组）,调整垫片（一组）,采用向心推力轴承（正装）,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 2、 一端固定一端游动支承（单支点双向固定）,套杯,箱体内侧,箱体外侧,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 2、 一端固定一端游动支承（单支点双向固定）,套杯,箱体内侧,箱体外侧,固定端,游动端,（二）轴承的配置 一、三种固定形式 3、两端游动支承,对于人字齿轮轴，由于人字齿轮本身的相互限位作用，它们的轴承内外圈的轴向紧固应设计成只保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置，而另一根轴上的两个轴承都必须是游动的，以防止齿轮卡死或人字齿的两侧受力不均匀。,1、轴承内圈在轴上的轴向固定方法,2、轴承外圈在轴承孔内的轴向固定方法,轴肩固定,弹性卡圈固定,轴端挡圈固定,圆螺母固定,轴承端盖固定,凸肩固定,孔用弹性卡圈固定,（三）滚动轴承的轴向紧固,3、推力轴承的固定,（四）滚动轴承组合结构的调整,1、轴系轴向位置的调整,2、轴承游隙的调整,套杯,（五）滚动轴承的