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第十一章滚动轴承 rollingbearing 11 1概述 一 滚动轴承的构造 内圈 innerring 外圈 outerring 滚动体 rollingelement 保持架 cage 滚动轴承 滚动体的形状如右图所示 二 滚动轴承的材料 三 滚动轴承的特点 轴承铬钢 热处理后硬度不低于60HRC 须150 回火处理 优点 1 摩擦阻力小 启动灵活 效率高2 互换与润滑性好 缺点 1 接触应力高 抗冲击性能差 不适于重载和冲击载荷大的场合2 减震能力低 运转时有噪音 11 2滚动轴承的类型与选择 一 滚动轴承的主要类型与特点 为接触角 向心轴承radialbearing 径向力 向心角接触轴承 推力角接触轴承 推力轴承thrustbearing 径向力 主要 轴向力 径向力轴向力 主要 轴向力 其中 滚子轴承 承载能力高 极限转速低 1 按滚动体形状 球轴承 承载能力低 极限转速高 常用滚动轴承的类型 表13 1 常用几种轴承 深沟球轴承 向心球轴承 6 2 按所承担载荷方向 向心轴承 只承担径向载荷 推力轴承 只承担轴向载荷 向心推力轴承 既承担径向载荷又承担轴向载荷 角接触球轴承 7 圆锥滚子轴承 3 二 滚动轴承的代号 前置代号 字母 基本代号 数字 字母 后置代号 字母 数字 五四三二一 轴承分部件代号 内径代号 宽度系列代号 直径系列代号 类型代号 其他代号 公差等级代号 特殊轴承材料代号 保持架及材料代号 密封与防尘代号 内部结构代号 游隙代号 1 基本代号 1 轴承类型代号 13567N 深沟球轴承 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 推力球轴承 基本代号右起五位 2 尺寸系列 基本代号右起三 四位 宽度系列 右起第四位 0系列 正常宽度 可省略 用数字0 9表示 直径系列 右起第三位 用数字0 9表示 3 轴承的内径 右起一二位数字 a d 10 12 15 17mm时 代号00010203 b d 20 480mm时 d 代号 5 mm c d500mm d 22 28 32mm时 代号 内径尺寸 直径代号 内径代号 2 前置代号 表示轴承的分部件 用字母表示 L K R NU WS GS 3 后置代号 轴承的结构 公差 游隙及材料的特殊要求等 1 内部结构代号 C AC B 角接触球轴承的接触角 2 密封 防尘与外部形状变化代号 3 轴承的公差等级 精度高 低 代号 P2 P4 P5 P6 P6X P0 公差等级24566X0 普通级可省略 4 轴承的径向游隙 5 保持架代号 三 滚动轴承类型的选择 工作载荷 转速 支承刚性 安装精度 1 n高 载荷小 旋转精度高 球轴承 n低 载荷大 或冲击载荷 滚子轴承 2 主要受径向载荷 向心轴承 主要受轴向载荷 推力轴承 轴承的径向游隙分1组 2组 0组 3组 4组 5组 代号分别为 C1 C2 C3 C4 C5游隙由小到大 0组省略 角接触球轴承7类 n较高时 同时受径向和轴向载荷较大时 圆锥滚子轴承3类 n较低时 径向较大 轴向较小时 轴向较大 径向较小时 3 要求n nlim 极限转速 深沟球轴承 角接触球轴承 圆拄滚子轴承nlim较高 推力球轴承nlim较低 4 轴的刚性较差 轴承孔不同心 调心轴承 深沟球轴承 深沟球轴承 推力球轴承或推力角接触轴承 5 便于装拆和间隙调整 内 外圈可分离的轴承 6 角接触球轴承和圆锥滚子轴承两类轴承应成对使用 对称安装 7 旋转精度较高时采用较高的公差等级和较小的游隙 8 优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承 滚动轴承的选择 11 3滚动轴承的受力分析 失效形式及计算准则 一 滚动轴承的载荷分布 1 受轴向载荷Fa 各滚动体平均分担 2 受径向载荷Fr 上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力 单个滚动受力 二 轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化 单个滚动体循环一周承受的不稳定脉动循环变应力 固定套圈上的某点承受的稳定的脉动循环变应力 三 轴向载荷对载荷分布的影响 角接触轴承和圆锥滚子轴承会产生派生轴向力FS FS方向有使内 外圈分离的趋势 所以要成对使用 对称安装 当只有最下面一个滚动体受载时 载荷角 Fa与Fr的合力F与径向平面的夹角 受载滚动体增多时 在同样Fr作用下 派生轴向力FS增大 多个滚动体受载派生的轴向力的合力 只有一个滚动体受载时派生的轴向力 轴向力 单个滚动体受载产生的派生轴向力 多个滚动体受载的条件 为了使更多滚动体受载 FS 1 25Frtg 结论 1 角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在Fr和Fa的联合作用下工作 成对使用对称安装 2 为使更多的滚动体受载应使 3 Fr不变时 Fa由最小值 一个滚动体受载 逐渐增大 即载荷角增大 受载滚动体数增多 当下半圈滚动体全部受载 4 实际工作时 至少达到下半圈滚动体受载 所以安装圆锥滚子轴承和角接触球轴承时 轴承不能有较大的轴向窜动量 四 滚动轴承的失效形式 1 疲劳点蚀 滚动体与滚动道接触表面受脉动循环变应力 由于脉动接触应力的反复作用 首先在滚动体或滚道的表面一定深度处产生疲劳裂纹 继而扩展到接触表面 形成疲劳点蚀 疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式 安装润滑和维护良好 当轴承转速很低或间歇摆动时 一般不会产生疲劳损坏 但在很大的静载荷或冲击载荷作用下 会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形 滚道表面形成变形凹坑 从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声 以致轴承不能正常工作 2 塑性变形 3 磨损 润滑不良 密封不严 多尘条件 塑性变形 磨损 五 滚动轴承计算准则 针对疲劳点蚀失效的一般轴承 针对低速或摆动轴承 针对高速轴承 1 疲劳寿命计算 2 静强度计算 3 疲劳寿命计算和校验极限转速 11 4滚动轴承的动载荷和寿命计算 一 基本额定寿命和基本额定动载荷 1 基本额定寿命L10 basicratinglife 轴承在相同工作条件下工作 其中90 的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数L10 以106为单位 或一定转速下的工作时数Lh 轴承的基本额定寿命L10 1时 轴承所能承受的载荷 由试验得到 2 基本额定动载荷Ca basicratingdynamicload 二 滚动轴承的当量动载荷P 实际载荷 1 对只能承受径向载荷Fr的轴承 圆拄滚子轴承和滚针轴承 P Fr 3 同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承 2 对只能承受轴向载荷Fa的轴承 推力球轴承和推力滚子轴承 P Fa P XFr YFa X 径向载荷系数Y 轴向载荷系数 表13 5 引入载荷系数fp 表13 6 P fpFrP fPFaP fP XFr YFa 三 滚动轴承的寿命计算公式 载荷与寿命的关系 球轴承 3滚子轴承 10 3 寿命指数 把P CL10 1 106r 代入上式得 或 基本额定动载荷C公式 轴承寿命公式 当工作t 120 时 因金属组织硬度和润滑条件等的变化 轴承的基本额定动载荷C有所下降 引入温度系数ft 表13 7 当P n已知 预期寿命为Lh 则要求选取的轴承的额定动载荷为 选轴承型号和尺寸 四 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算 1 派生轴向力大小方向 a 正装 面对面 适合于传动零件位于两支承之间 b 反装 背靠背 适合于传动零件处于外伸端 2 实际轴向载荷Fa的确定 1 当 轴有向左移动的趋势 轴承1被 压紧 轴承2被 放松 轴承1上的派生轴向力由Fs1增大到Fa Fs2 阻止轴左移 所以轴承1的实际轴向载荷为 根据力平衡 轴承2上的轴向力等于本身的派生轴向力 2 当 轴有右移的趋势 轴承2被 压紧 轴承1被 放松 轴承2上的派生轴向力由Fs2增大到Fs1 Fa 阻止轴右移 轴承2实际所受的轴向力为 由力的平衡条件 轴承1实际所受的轴向力等于本身派生轴向力 结论 实际轴向力Fa的计算方法 1 分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷 判定被 压紧 和 放松 的轴承 2 压紧 端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外 还要加上其他所有轴向力代数和 3 放松 端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力 五 不稳定载荷和转速下的轴承寿命计算 载荷P和转速n变化时 求平均当量转速nm和平均当量动载荷Pm 求轴承寿命 六 不同可靠度时滚动轴承的寿命Lh 为计算不同可靠度时轴承的寿命 引入寿命修正系数a1 11 5滚动轴承的静载荷与极限转速 一 滚动轴承的静载荷 1 基本额定静载荷C0 当轴承转速很低或作间歇摆动时 轴承的失效形式为塑性变形 2 按静载选择轴承的条件 P0 X0Fr Y0Fa X0 当量静载荷径向载荷系数Y0 当量静载荷轴向载荷系数 S0 轴承静强度安全系数 当要求转动平稳时 S0应大于1当不平稳又有冲击时可取1或小于1 查表 二 滚动轴承的极限转速nlmin 高速轴承实际许用转速为 11 6滚动轴承装置设计 一 滚动轴承的配置 1 双支点各单向固定 正装 优点 跨距小 适合于传动零件位于两支承之间 轴承轴向间隙通过垫圈调整 缺点 轴的位置不可调 正装 缺点 跨距小 不适合于传动零件位于两支承之外 支撑刚性差 如果轴有轴向热膨胀时 易卡死 优点 轴承轴向间隙通过垫圈调整 轴的轴向位置也可调 2 一端双向固定 一端游动 适用场合 跨距大 工作温度高 热伸长量大 基本要求 1 固定支撑的轴承 能承受双向轴向载荷 所以内外圈都要固定 当轴向载荷较大时 固定支撑可采用向心轴承和推力轴承组合结构 也可采用两角接触球轴承或两圆锥滚子轴承背对背或面对面组合在一起的结构 2 游动支撑 若使用的是内外圈不可分离型轴承 只须固定内圈 外圈可在座孔内轴向移动 若是可分离型圆拄滚子或滚针轴承则要内外圈都固定 3 两端游动 人字齿轮高速主动轴 低速齿轮轴必须两端固定 满足条件 一根轴有固定轴向位置 另一根轴上的齿轮都必须是游动的 以防止人字齿轮被卡死 二 滚动轴承的轴向固定 内圈与轴 5 开口圆锥紧定套 圆螺母和止动垫圈 1 轴肩 2 轴用弹性挡圈 3 轴端档圈 紧固螺钉 4 圆螺母 止动垫圈 外圈与座孔 1 孔用弹性挡圈 2 轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定 3 轴承端盖 4 轴承座孔凸肩 5 螺纹环 6 轴承套环 斜齿轮轴系安装 锥齿轮轴系安装 三 支承的刚度和座孔的同心度 1 提高支承刚度的措施 1 增加轴承座孔的壁厚 2 减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂 3 采用加强筋加强支承部位的刚性 2 保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法 1 整体机座 两轴承座孔一次镗出 2 如轴上两轴承外径不同 采用套杯结构 四 滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整 通过带螺纹的零件或端盖下的垫片来调节 1 轴承游隙的调整 2 轴系轴向位置的调整 注意 圆锥齿轮和蜗杆必须调整轴系的轴向位置 方法 调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度 五 滚动轴孔的配合 1 轴承内圈与轴 松 紧js6 j6 k6 m6 n6 松 紧G7 H7 JS7 J7 2 轴承外圈与轴承座孔 基孔制 基轴制 5 与空心轴配合的轴承应取较紧的配合 3 滚动轴承配合的选择原则 1 转动圈比不动圈配合紧一些 2 高速 重载 有冲击 振动时 配合应紧一些 载荷平稳时 配合应松一些 3 旋转精度要求高时 配合应紧一些 4 常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合 六 滚动轴承的预紧 预紧的目的 提高轴承的旋转精度 减小机器工作时轴的振动 常用预紧方法 1 用垫片和长短隔套预紧 2 夹紧一对磨窄了的外圈 或内圈 的角接触轴承 3 夹紧一对圆锥滚子轴承外圈或内圈 4 利用弹簧预紧 七 滚动轴承的装拆 要求 1 压力应直接加于配合较紧的套圈上 2 不允许通过滚动体传递装拆力 3 要均匀施加装拆力 安装与拆卸 安装 轴肩设计满足的条件 轴肩高度应低于轴承内圈高度 八 滚动轴承的润滑 根据轴承的dn值选择润滑方式 主要包括 1 脂润滑 2 油润滑 1 油浴润滑 油面不应高于滚动体的中心 有搅油发热不适合高速场合 优点 承担载荷大 易密封 不常更换缺点 只适合较低的dn值选用原则 dn值大 载荷小时选锥入度大的润滑脂 轴承的温度应比润滑脂的滴点低 优点 用于高速高温场合缺点 不易密封选用原则 转速高应选用粘度低的润滑油 载荷越大应选用粘度越高的润滑油 4 喷油润滑 适合转速高 载荷大场合 需增压油泵 3 固体润滑 3 飞溅润滑 利用润滑齿轮的油甩到箱壁 然后通过导油把油引入轴承 2 滴油润滑 适合定量控制润滑油的轴承 5 油雾润滑 适用于线速度非常高场合 易污染环境 固体润滑剂有二硫化钼 石墨 聚四氟已烯 可作成自润滑轴承或把固体润滑剂黏结在滚道和保持架上 九 滚动轴承的密封 密封的类型 1 接触式密封 有摩擦 1 毡圈密封 接触式密封和非接触式密封 材质为毛毡 适用于脂润滑 滑动速度低场合 毡圈密封 2 唇形密封圈 材质为橡胶和环形螺旋弹簧 可适用于油润滑 滑动速度高的场合 安装 唇形密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位 封油唇口朝里 防外物入侵唇口朝外 唇形密封 防外物入侵 唇形密封 防外物入侵