第13章 滚动轴承.ppt

1 概述 2 滚动轴承的代号 3 滚动轴承的类型和选择 4 滚动轴承的力分析 失效和计算准则 5 滚动轴承的动载荷和寿命计算 6 静载荷计算 自学 7 极限转速 自学 8 成对安装角接触轴承的计算特点 自学 9 滚动轴承组合设计 第十三章滚动轴承 1 概述 标准件 专门轴承厂生产 只需选型和组合设计 一 构造 核心元件 滑动 滚动 使滚动体等距离分布 滚动体间的摩擦 磨损 滚子轴承 圆柱 圆锥 球面滚子 滚针 线接触 保持架 外圈 滚动体 二 材料 内外圈 滚动体 强度高 耐磨的铬锰高碳钢 保持架 软材料 低碳钢板冲压后铆接或焊接 三 特点 与滑动轴承比较 优点 1 起动力矩小 可在负载下起动 2 径向游隙较小 运动精度高 3 轴向宽度较小 4 可同时承受径向 轴向载荷 轴承组合较简单 5 便于密封 易于维护 6 不需有色金属 标准件 成本低 缺点 1 承受冲击载荷能力差 2 振动 噪音较大 3 径向尺寸较大 4 有的场合无法使用 数字或字母表示不同类型的轴承 表示结构 内径相同的轴承在外径和宽度 高度 方面的变化系列 表示轴承公称直径的大小20 480mm代号 5 内径mm 有特殊要求时使用 表示轴承结构 形状 材料 公差等级等 2 滚动轴承的代号 GB T272 93 代号 表示类型 结构 尺寸 公差等级 技术性能等特征的产品代号 但对圆锥滚子轴承 3类 和调心滚子轴承 2类 不能省略 0 外径系列代号 特轻 0 1 轻 2 中 3 重 4 宽度系列代号 一般正常宽度为 0 通常不标注 公差等级代号 公差分2 4 5 6 6x 0级 共五个级别 以 P2 P4 P5 P6 P6x 为代号 0级不标注 内径代号特殊情况 内部结构代号 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 配置代号 有时轴承需成对安装 举例 7306AC P4 角接触球轴承 20 d 30mm 精度为4级 面对面 DF 背对背 DB 串联 DT 6212 N2208 33315E 3 滚动轴承的类型和选择 一 滚动轴承的主要类型 主要掌握 双向 双向Fa 1 60000型 深沟球轴承 4 N0000型 圆柱滚子轴承 内外圈间可自由移动 3 30000型 圆锥滚子轴承 按载荷方向 的不用分为 承受轴向载荷能力 向心轴承 0 45 主要径向载荷 推力轴承 45 90 主要轴向载荷 推力角接触轴承 公称接触角 套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线间夹角 二 类型的选择 1 球轴承为点接触 滚子轴承为线接触 承载能力 球轴承 滚子轴承 耐冲击 球轴承 滚子轴承 nlim 球轴承 滚子轴承 载荷大 有冲击时选滚子轴承 转速高时选球轴承 2 载荷性质 同时Fa Fr 角接触球轴承或圆锥滚子轴承 Fr大 Fa小 深沟球轴承 Fa大 Fr小 推力角接触轴承 3 轴刚度差 挠曲变形大 座孔不平行 不同轴 多支点轴 调心轴承 座孔不平形 不同轴 挠曲变形 举例 4 轴承装拆 调整方便 内 外圈可分离型 如3 QJ类 5 经济性 球轴承比滚子轴承便宜 精度 价 4 滚动轴承的力分析 失效和计算准则 一 向心轴承中作用力的分布 由于内部游隙 最多只有半圈滚动体受载 且受载大小不同 线接触轴承 0 Fr作用线下滚动体变形量 由于 i 0 F2 F1 F0 1 载荷分布 内圈或滚动体上某一点 H的变化规律 外圈上某一点 H的变化规律 均为脉动循环 2 应力变化规律 二 角接触轴承中的附加轴向力Fs 由于 公称接触角 存在 Fr作用 滚动体法向反力Fi 附加轴向力 各种角接触轴承附加轴向力 e 判断系数P374表18 7Y 轴向动载系数P374表18 7 Fs存在 30000型 70000型轴承成对使用 使Fs 与Fs 方向相反 使轴受力合理 Fs方向 由轴承外圈的宽边指向窄边 通过内圈作用于轴上 附加轴向力Fs是由于角接触轴承承受径向力Fr引起的 即 接触线箭头 方向 3类 6类 简化画法 三 滚动轴承的失效 2 塑性变形 静载荷 冲击作用下 3 磨损 磨粒磨损 粘着磨损 1 疲劳点蚀 回转轴承上 各元件受脉动接触应力 4 其它 电腐蚀 锈蚀 元件破裂等 四 滚动轴承计算准则 1 一般条件下的回转滚动轴承 接触疲劳寿命计算 静强度计算 三个基本性能参数 C0r C0a 基本额定静载荷 静强度 N0 极限转速 控制磨损 5 滚动轴承的动载荷和寿命计算 一 基本额定动载荷和基本额定寿命 1 轴承寿命 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数 同型号轴承 离散性大 寿命相差数十倍 一批轴承 服从一定的概率分布规律 采用基本额定寿命 2 基本额定寿命 一批相同轴承在同样工作条件下运转 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 L10的物理意义 2 对一个具体轴承而言 该轴承能达到或超过该寿命的概率为90 3 当可靠度不为90 时 对L10进行修正 3 基本额定动载荷C L10 106r时 轴承所能承受的最大恒定载荷 即 在C作用下 轴承工作106r而不点蚀失效的R 90 Cr 径向基本额定动载荷 对角接触轴承 3 7 Cr 载荷的径向分量 Ca 轴向基本额定动载荷 5类Ca 纯轴向载荷 1 C由试验得出 查手册 2 C 轴承抗疲劳承载能力 同类不同型号轴承 C不同 3 设计时需满足 一定工况下的轴承所需的C C 说明 材质 工作温度 零件硬度变化 对C修正 二 当量动载荷 实际工作时 轴承可能同时受Fa Fr 将Fr Fa转化为与C性质相同的载荷 当量动载荷P X 径向动载系数 Fr对寿命影响效应的大小 Y 轴向动载系数 Fa对寿命影响效应的大小 将Fr Fa折合为Cr或Ca 为了与C在相同条件下比较 式中 向心轴承 P Fr 推力轴承 P Fa 由表18 7知 X Y受e 轴向载荷 判断系数 影响 考虑机器冲击振动 P的公式为 fd 冲击载荷系数 表18 8 三 基本额定寿命 时 P L曲线 球轴承 3 滚子轴承 10 3 工程中常用小时数表示寿命 n 轴承转速r min 注意 L10h与n有关 L10与n无关 设计时 应 查手册 选型号 使 例18 1 P376 轴承预期使用寿命 四 角接触轴承的载荷计算 1 作用于轴上的外载荷 轴上有外载荷 FR和FA Fr作用点为 载荷作用中心 位置用a表示 a 载荷作用中心至轴承外侧端面距离 查手册 由前知 Fr1 Fr2 2 轴向载荷计算 右端轴承 压紧 左端轴承 放松 左端 压紧 右端 放松 正安装 合力指向端为 压紧端 反安装 合力指向端为 放松端 1 根据轴承安装方式和FA Fs1 Fs2合力指向 判定 压紧端 和 放松端 2 放松端 Fa等于本身Fs 3 压紧端 Fa等于除本身Fs外 其它轴向力的代数和 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 5 校核式 设计选择式 深沟球轴承 无Fs FA由压紧端承受 即 Fa压紧 FA Fa放松 0 球轴承 3滚子轴承 10 3 6 静载荷计算 自学 7 极限转速 自学 8 成对安装角接触轴承的计算特点 自学 9 滚动轴承组合设计 组合设计内容 正确合理考虑轴承安装 固定 调整 密封 润滑 轴系刚度 精度问题 组合设计要求 固定可靠 运转灵活 保证精度 调整方便 轴承不是单一的个体 它是用来支承轴的 而轴又要带动轴上零件工作 所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合 6类 一 滚动轴承轴系的固定 在轴向载荷 附加轴向力作用下 滚动轴承轴系有 左移 右移 趋势 防止轴向窜动 三种固定结构 1 两端单向固定 双支点单向固定 3类和7类 安装时 轴承外圈与端盖间隙 0 25 0 4mm 允许轴少量热膨胀 用垫片或调整螺钉调节 用于 t 不高 每个轴承承受一个方向的轴向力 组合后 限制轴双向移动 承受双向轴向力FA 轴承类型 2 一端双向固定 一端游动 单支点双向固定 用于 t 较高 6类 6类 N类 6类 N类 一对7类 一对3类 6类 向心推力组合 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 二 轴承的轴向固定及装拆 1 轴承内 外圈的轴向固定 根据轴向载荷大小选用不同结构 如轴端挡圈 圆螺母 套筒 弹性挡圈 端盖等 2 装拆 温差法 大尺寸轴承 热油 80 90 加热轴承或干冰冷却轴颈 压入法 大批量 中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入 轴肩高度低于内圈高度的3 4 拆 专用拆卸器 三 滚动轴承的安装方式及调整 1 安装方式 正 反安装将影响轴系刚度 2 轴承 轴系 调整 1 轴承间隙的调整 2 轴系位置的调整 锥齿轮传动 要求两齿轮锥顶重合 蜗杆传动 要求蜗轮中间平面通过蜗杆轴线 四 滚动轴承的配合 游隙 受载滚动体 承载 游隙合适 其大 小受配合影响 标准件 内圈 基孔制外圈 基轴制 不标注 原则 1 尺寸大 载荷大 振动大 转速高 工作温度高 选紧一点的配合 2 经常拆卸 游动套圈 采用较松的配合 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 五 提高轴系刚度的措施 刚度 旋转精度 噪音 振动 1 选用合理轴承类型 滚子轴承刚度 球轴承 选用双列轴承 滚子轴承 四点接触轴承 2 选择合理的轴承安装方式 3 轴承预紧 可以 轴承刚度 旋转精度 轴承寿命 两轴承间 正安装时 刚度 加金属垫片磨窄套圈内外套筒宽度 预紧方法 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 六 润滑与密封 1 润滑 目的 1 摩擦阻力 磨损 2 吸振 冷却 防锈 密封等