第18章滚动轴承(07).ppt

滚动轴承是机器中广泛应用的部件之一 依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的 与滑动轴承相比 滚动轴承摩擦阻力小 功率消耗少 启动容易 安装 维修方便 价格便宜 滚动轴承大多已标准化 由专门工厂大量制造和供应 设计中只需根据工作条件选用合适的滚动轴承 做必要的计算 并进行组合结构设计 设计实例 图示为一混砂机传动机构 减速器输入轴轴颈直径d 40mm 传递的转矩T 1000N m 转速n 483n min 其V型带传动水平布置 压轴力Q 3000N 其上小齿轮d1 132 992mm b1 120mm 1 12010 38 轴为45号钢 其支承跨距如图所示 试为输入轴选择合适的轴承 要求预期寿命10年 工况分析 设计应解决的主要问题 2 转速不高 3 同时承受径向和轴向载荷 1 轴承受冲击载荷 1 选择轴承 2 载荷计算 3 寿命计算 18 3滚动轴承的代号 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 18 6滚动轴承的静载荷计算 18 7极限转速 18 9滚动轴承的组合结构设计 18 10滚动轴承的润滑与密封 主要内容 18 1概述 18 2滚动轴承的类型和选择 重点内容 滚动轴承的类型和选择 滚动轴承的代号 滚动轴承的力分析 失效和计算准则 滚动轴承的动载荷和寿命计算 难点内容 滚动轴承的组合结构设计 滚动轴承的构造材料优缺点要求 了解滚动轴承的构造 材料和优缺点 18 1概述 18 1 1构造 18 1概述 标准件 第18章滚动轴承 RollingBearing 滚动体 核心元件 滚动体有 球 圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 内圈 外圈 滚动体 铬锰高碳钢 如GCr15 GCr15SiMn 淬火后硬度不低于61HRc 65HRc 保持架 低碳钢 铜合金 铝合金或工程塑料 18 1 2材料 1 摩擦系数小 起动灵活 效率高 润滑方便 2 轴向结构紧凑 3 可同时承受径向和轴向载荷 4 不需要贵重金属 5 易于互换 优点 1 抗冲击能力差 2 高速时噪声大 3 不能制成剖分式 4 径向尺寸较大 5 工作寿命较低 缺点 18 1 3优缺点 滚动轴承的分类常用类型 性能 特点类型的选择要求 掌握滚动轴承的类型 特性 合理选择滚动轴承的类型 18 2滚动轴承的类型和选择 接触角 18 2滚动轴承的类型和选择 角偏斜 极限转速 TypesofRollingBearingsandBearingSelection 术语 套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线的平面间的夹角 由于轴承安装误差 轴的变形 导致内外圈中心线之间偏斜 套圈 18 2 1类型 1 分类 向心轴承 00 450 推力轴承 450 900 径向接触轴承 00 向心角接触轴承 00 450 推力角接触轴承 450 900 轴向接触轴承 900 R 实际工况对滚动轴承提出的性能要求 1 转速高低 2 承载能力的大小 3 承受冲击载荷 4 承受纯径向载荷 5 承受纯轴向载荷 6 同时承受径向和轴向载荷 7 轴承能自动适应角偏斜 8 装拆方便 9 环保性等 18 2滚动轴承的类型和选择 2 常用类型 性能 特点 表18 1 类型代号 承载大小和载荷方向 性能特点 极限转速 球轴承滚子轴承深沟球轴承 6 圆柱滚子轴承 N 角接触球轴承 7 圆锥滚子轴承 3 推力球轴承 5 推力滚子轴承 8 调心球轴承 1 调心滚子轴承 2 滚针轴承 特殊轴承 2 常用类型 性能 特点 0 6 深沟球轴承 2 常用类型 性能 特点 圆柱轧机轴承 N 圆柱滚子轴承 6 深沟球轴承 Deepgrooveballbearing N 圆柱滚子轴承 18 2 1类型 径向 双向轴向载荷 不大 高速 可代替推力轴承承受纯轴向载荷 只能承受径向载荷 可分离轴承 只允许有很小角偏斜 4 双列深沟球轴承 刚性较6类好 18 2 1类型 7 角接触球轴承 3 圆锥滚子轴承 同时承受较大的径向和轴向载荷 成对使用 面对面或背靠背装 角接触轴承的安装 5 推力球轴承 18 2 1类型 8 推力圆柱滚子轴承 只能承受单向轴向力 用于低速 轴圈 轴圈 座圈 1 调心球轴承 外圈滚道为球面 具有自动调心性能 18 2 1类型 2 调心滚子轴承 2 9 推力调心滚子轴承 可以承受很大的轴向载荷和一定的径向载荷 滚子为鼓形 外圈滚道为球面 能自动调心 允许轴线偏斜1 5 2 5 常用于水轮机轴和起重机转盘等 U 外球面球轴承 QJ 四点接触球轴承 特殊轴承 18 2 1类型 带座外球面球轴承 剖分式特大型轴承 特殊轴承 不锈钢轴承 重载 低温 无润滑工况而开发 主要用途 医疗器械 低温工程 光学仪器 高速机床 高速电机 印刷机械 食品加工机械 陶瓷轴承 其他轴承 防静电滚动轴承 图中为6317绝缘轴承 用于防静电的技术领域 18 2 2类型的选择 1 载荷大小 性质 方向 转速 2 调心性 3 装拆方便 调整方便 4 经济性 5 轴和座孔的刚度 类型选择时应考虑的要求 表18 1球轴承和滚子轴承的一般特性比较 18 2 2类型的选择 1 载荷大小性质 转速高低 高速轻载 要求旋转精度高 选球轴承 低速重载 有冲击载荷 选滚子轴承 2 载荷的大小 方向 18 2 2类型的选择 1 受纯径向载荷 一般选用深沟球轴承 6 或圆柱滚子轴承 N 2 受纯轴向载荷 一般选用推力轴承 5 8 3 同时受径向和轴向载荷 一般可选用 7 3 轴向载荷较大 径向载荷较小 推力角接触球轴承或深沟球轴承和推力轴承的组合结构 径向载荷较大 轴向载荷较小 深沟球轴承 6 5 经济性 3 调心性 4 装拆方便 调整方便 18 2 2类型的选择 6 轴和座孔的刚度 可分离轴承 一般结构的球轴承 刚度大的轴承 18 3滚动轴承的代号 国家标准GB T272 93 代号表示 轴承结构 尺寸 公差等级 技术性能等特征 18 3 1基本代号 1 内径代号表示轴承公称内径的大小 用数字表示 见表18 3 表18 1轴承内径代号 18 3 1基本代号 2 尺寸系列代号 直径系列 宽度或高度系列 尺寸系列 内径相同可具有不同的外径同样的外径又有不同的宽度 或高度 表18 2滚动轴承的尺寸系列代号 直径系列代号 外径 9 09192939495969 0 00102030405060 1 01112131415161 28202122232425262 向心轴承 宽度系列代号 宽度 80123456 例18 1轴承23224 内径代号 d 120mm 尺寸系列代号 类型代号 调心滚子轴承 18 3 1基本代号 62 28 230 505 3 类型代号用数字或字母表示不同类型的轴承 见表18 1 1 内部结构代号 18 3 2前置代号 用字母表示 具体见手册 18 3 3后置代号 8组 常用的后置代号有 具体见手册 主要掌握 1 圆锥滚子轴承 30000 10 18 30000B 27 30 大锥角 2 角接触球轴承 70000C 15 70000AC 25 70000B 40 3 E 加强型 N207E P0 P6 P6X P5 P4 P2 P0可省略不写 如6316 P6 2 公差等级代号 3 游隙代号 C1 C2 C3 C4 C5 1 2 0 3 4 5组 0组不注 18 3 3后置代号 高 游隙 轴承未安装于轴或轴承箱时 将其内圈或外圈的一方固定 然后使未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量 根据移动方向 可分为径向游隙和轴向游隙 大 4 配置代号 有时轴承需成对安装 举例 面对面 DF 背对背 DB 串联 DT 如 32208 DF 其他查阅标准 33315E 6208 2Z P6 防尘罩 6级 基本要求 18 1 18 3 1 了解滚动轴承的构造 材料 特点 2 了解各类滚动轴承的特点 3 掌握常用轴承的特性及选用轴承类型的原则 4 掌握滚动轴承基本代号 知识点回顾 滚动轴承的构造 材料 特点常用类型 性能 特点及选择滚动轴承的代号 基本代号 传动装置 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 向心轴承中作用力的分布 角接触轴承中的附加轴向力 角接触轴承载荷计算 失效形式 计算准则 A受纯轴向载荷 中心轴向力 1 载荷分布 分受纯轴向载荷和受径向载荷 滚动体均匀受载 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 18 4 1向心轴承中作用力的分布 FA 受载最大滚动体受载 B受径向载荷 1 载荷分布 滚动体受载不均 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 18 4 1向心轴承中作用力的分布 承载与非承载区 2 应力变化规律 轴承元件的应力 变应力 疲劳点蚀 滚动体 转动套圈某点 1 载荷作用中心 各滚动体的载荷矢量 公法线 与轴中心线的交点 18 4 2角接触轴承中的附加轴向力 18 4 2角接触轴承中的附加轴向力 受径向载荷Fr时 Fs方向 由轴承外圈的宽边指向窄边 2 附加轴向力 1 方向 各种角接触轴承附加轴向力 2 附加轴向力的大小 18 4 2角接触轴承中的附加轴向力 3类 7类 简化画法 3 轴承的简化画法与附加轴向力的标注 18 4 2角接触轴承中的附加轴向力 正安装 18 4 3角接触轴承载荷计算 2 1 Fs1 Fs2 FA Fs1 FA Fs2 1 2 Fs21 轴向载荷计算 1 正装 面对面 FS2 合力向右 右轴承被 压紧 左轴承被 放松 被 压紧 轴承 轴平衡条件 被 放松 轴承 18 4 3角接触轴承载荷计算 1 正装 面对面 FS1 合力向左 左轴承被 压紧 右轴承被 放松 轴平衡条件 被 压紧 轴承 被 放松 轴承 18 4 3角接触轴承载荷计算 18 4 3角接触轴承载荷计算 轴受力平衡 各个轴承所受的轴向力 本身的附加轴向力 2 反装 背靠背 合力向左 右端轴承被 压紧 左端轴承被 放松 FS1 FS2 FA 18 4 3角接触轴承载荷计算 计算轴向力的方法归纳如下 18 4 3角接触轴承载荷计算 2 压紧端轴承轴向力 除本身附加轴向力外其他所有轴向力的代数和 3 放松端轴承轴向力 本身的附加轴向力 7210AC FR 2000N FA 320N求两轴承的轴向力 18 4 3角接触轴承载荷计算 例题 解 1 求轴承的径向负荷Fr 3 判明合力的指向 确定压紧和放松轴承 求各个轴承的轴向载荷Fa 2 求附加轴向力FS 18 4 4失效形式 一般回转轴承 低速或摆动轴承 多尘条件下的轴承 工作条件 失效形式 疲劳点蚀 塑性变形 磨粒磨损 其他失效形式 粘着磨损 高速轴承 滚动轴承失效实例 外圈过大塑变 内圈滚道磨损 滚动体点蚀 内圈滚道点蚀 18 4 4失效形式 18 4 5计算准则 1 一般工作条件的回转轴承 接触疲劳寿命计算和静强度计算 2 摆动或转速较低的轴承 只需作静强度计算 3 高速轴承 除进行寿命计算外 还需核验极限转速 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 向心轴承中作用力的分布 角接触轴承中的附加轴向力 角接触轴承载荷计算 失效形式 计算准则 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 概念 1 基本额定寿命2 基本额定动载荷3 当量动载荷计算 1 当量动载荷计算2 基本额定寿命计算 2 基本额定寿命 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 18 5 1基本额定寿命和基本额定动载荷 1 轴承寿命 瑞典科学家G Lundberg和A Palmgren 滚动接触疲劳理论 一批相同轴承 常用材料 加工质量 常规条件下运转 其中10 的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数 L10 或一定工作转速下工作的小时数 L10h 基本额定动载荷 一百万转 106 时轴承所能承受的最大恒定载荷 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 18 5 1基本额定动载荷和基本额定寿命 3 基本额定动载荷 C Cr Ca 18 5 2当量动载荷 1 问题 载荷 C时 寿命L10C 1 106转 载荷 P时 寿命L10P 7210AC FR 2000N FA 320N求1 两轴承的轴向力 2 计算P1 P2 18 4 3角接触轴承载荷计算 练习 基本要求 1 掌握角接触轴承中的附加轴向力的计算 2 掌握角接触轴承载荷计算 3 掌握滚动轴承的失效形式 计算准则 4 理解基本额定寿命 基本额定动载荷 当量动载荷等基本概念 5 掌握当量动载荷的计算 18 5 3基本额定寿命 寿命与载荷的关系曲线如图18 14 r 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 h 18 5 3基本额定寿命 工程中常用小时数表示寿命 若已知P 预期寿命 求C 例题 一斜齿轮轴 用一对滚动轴承支承 轴承所受的当量动载荷P 6000N 工作转速n 1450r min 轴颈直径d 40mm 若轴承的预期寿命为6000h 试选择合适的轴承 解 1 预选轴承的代号 进行寿命验算 2 将预期寿命代入 求Cr 选轴承代号 例18 1 P376 例2 齿轮减速器的高速轴用一对深沟球轴承支承 径向力 可靠度90 脂润滑 试选择轴承型号 轴向载荷Fa 2500N 有轻微冲击 转速 d 70mm 预期寿命5000h 分析 思路一 思路二 滚动轴承寿命计算方法 角接触滚动轴承寿命计算小结 1 求支反力 力平衡 力矩平衡 Fr1 Fr2 3 根据轴承安装方式及合力的指向判定 压紧 放松 端 求出Fa1 Fa2 4 根据 是 X Y查表 否 X 1 Y 0 是 X Y查表 否 X 1 Y 0 取 18 5 4不稳定载荷下的轴承寿命计算 P379 18 5 5修正额定寿命 18 6滚动轴承的静载荷计算 18 6 1基本额定静载荷 C0r C0a 轴承受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假想径向载荷或中心轴向静载荷 调心球轴承 4600MPa 所有球轴承 4200MPa 所有滚子轴承 4000MPa 18 6 2当量静载荷 实际受载 径向 轴向 向心轴承 0的向心轴承 如N类 滚针轴承 18 6 2当量静载荷 900的推力轴承 的推力调心滚子轴承 当 时 18 6 3静载荷计算 安全系数见表18 13 18 14 问题 滚动轴承转速过高时会产生什么后果 18 7极限转速 N工 极限转速 极限转速 是指轴承在一定的工作条件下 达到所能承受最高热平衡温度时的转速值 性能表中N0 1 脂润滑和油润滑 2 0级公差 3 润滑冷却正常 4 与刚性轴承座和轴配合 5 P 0 1C 向心轴承仅受径向载荷 推力轴承仅受轴向载荷 18 7极限转速 N f1f2N0 例题 组合结构设计包括 1 轴系的固定 2 轴承与相关零件的配合 3 轴承的润滑与密封 4 提高轴承系统的刚度 18 9滚动轴承的组合结构设计 典型的结构形式有三类 18 9 1轴系支点固定的结构型式 18 9 1轴系支点固定的结构型式 1 两端单向固定 2 一端双向固定 一端游动 3 两端游动 1 两端单向固定 18 9 1轴系支点固定的结构型式 1 2 FA 间隙量常用垫片或调整螺钉调节 18 9 1轴系支点固定的结构型式 1 每个支点限定一个方向运动 2 温度补偿间隙0 2 0 4mm 3 适用小跨度 温升小轴 2 一端双向固定 一端游动 长轴 L 350mm 或工作温度较高时 轴的热膨胀收缩量较大 18 9 1轴系支点固定的结构型式 1 2 1 固定端用一个7类 或3类轴承 可行 2 固定端轴承配置方式 1 2 3 两端游动 与其相啮合的齿轮轴系 两端单向固定 保证两轴都得到轴向定位 用于需左 右双向游动的轴 如人字齿轮的小齿轮轴 人字齿轮传动的高速主动轴 为自动补偿轮齿两侧螺旋角的误差 使轮齿受力均匀 与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定 以便两轴都得到轴向定位 3 两端游动 18 9 1轴系支点固定的结构型式 一般用轴肩或套筒 内圈的轴向固定 18 9 1轴系支点固定的结构型式 轴承轴上的定位 固定 轴端挡圈 圆螺母 轴用弹性挡圈等结构 定位端面与轴线保持良好的垂直度轴肩圆角半径r1 轴承的圆角半径r轴肩的高度 内圈高度的3 4 过高不便于轴承拆卸 轴承内圈 外圈定位方法 18 9 2滚动轴承的配合 配合要求 基准制 以标准件为基准 1 转动圈 内圈 配合紧 n6 k6 2 固定圈 外圈 配合松 H7 J7 3 游动端外圈与孔配合松 有利于轴向移动 轴承不标注 标注与其配合件的公差 1 尺寸大 载荷大 振动大 转速高或工作温度高等 紧一些的配合 2 常拆卸或游动套圈 较松的配合 1 选用合理的轴承类型 如双列轴承刚度 单列轴承 18 9 3提高轴系刚度的措施 3 与轴承相配合的轴与孔 较高的加工精度 形位公差要求 P391 表18 15 原则 2 选择合理的轴承安装方式 预紧 对某些可调游隙式轴承 安装时给予一定的轴向压紧力 使内外圈产生相对位移而消除游隙 并在套圈与滚动体接触处产生弹性预变形 图18 35 轴承刚度 旋转精度 轴承寿命 3 轴承预紧 4 机架上安装轴承处加筋或增加厚度 5 一根轴上 两个轴承尽量取同一型号 若型号不同 则在小外径轴承外加一套圈 保证相同孔径 以便一次镗出 保证同心度 18 10滚动轴承的润滑与密封 18 10 1滚动轴承的润滑 1 润滑目的 1 降低摩擦阻力和减轻磨损 2 吸振 冷却 防锈和密封等 提高轴承性能 延长使用寿命 2 润滑材料 d为轴颈直径 mm n为工作转速 r min 润滑方式可根据速度因素dn值 参考表18 17选择 目的 防止润滑剂中脂或油的泄漏 而且还要防止有害异物从外部侵入轴承内 18 10 2滚动轴承的密封 接触式密封和非接触式密封两大类 非接触式密封不受速度限制 接触式密封只能用在线速度较低的场合 为保证密封的寿命及减少轴的磨损 轴接触部分的硬度应在HRC40以上 表面粗糙度宜小于Ra1 60 m Ra0 80um 密封按照其原理不同可分为 常见密封装置的结构和特点见表18 18 正安装 外圈窄边相对 反安装 外圈宽边相对 圆柱滚子轴承 关节轴承可承受径向负荷 轴向负荷或径向 轴向联合负荷 有较大的载荷能力与抗腐蚀 耐磨损 自调心 润滑好和自润滑 防污物的特点 关节轴承可广泛应用于农业机械 工程机械 矿山机械 冶金机械 动力机械等行业 深沟球轴承 角接触球轴承 单列推力球轴承 推力调心滚子轴承 圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 深沟轴承 角接触球轴承 单列推力球轴承 返回 径向游隙组 游隙小 1 2 0 3 4 5 游隙大 标注方法 C1 C2 0组常用 不标注 C3 C4 C5 内部载荷分布纯轴向载荷 滚动体均匀受载受径向载荷 滚动体受载不均 承载与非承载区 轴承元件上的应力 变应力 滚动轴承的失效形式 内圈滚道磨损 滚动体点蚀 内圈滚道点蚀 图示 轴支承在一对7209AC上 FR 3000N FS 0 7Fr 求 1 两轴承各受多大径向力和轴向力 2 哪个轴承寿命低 为什么 轴系两端单向固定 1 Fs1 Fs2 合力向左 轴与内圈有向左移动的趋势 轴承2被压紧 轴承1放松 由力的平衡 两轴承C 相同 L2 L1 轴承1寿命低 Fa2 Fr2 2 8 e X2 0 41 Y2 0 87 P2 fd x2Fr2 Y2Fa2 2846N 2 Fa1 Fr1 e X1 1 Y1 0 P1 fd x1Fr1 Y1Fa1 4000N 轴向载荷计算 轴承1被压紧 轴承2被放松则Fa1 FA FS2 Fs2 Fa Fs1 Fa2 FS2 结论 1 放松 轴承的轴向力等于其内部轴向力 2 压紧 轴承的轴向力等于除本身附加轴向力外 其它外力的代数和 轴承2被压紧 轴承1被放松则Fa1 FS1 Fs2 Fa Fs1 Fa2 FS1 FA FR FA Fr1 FS1 FS2 2 1 Fr2 一滚子轴承 问 1 P变为2P L10有何变化 2 C变为2C L10有何变化 3 n变为2n时