第十三章滚动轴承.ppt

第十三章滚动轴承 13 1概述 13 2滚动轴承的主要类型及其代号 13 3滚动轴承类型的选择 13 4滚动轴承的工作情况 13 5滚动轴承尺寸的选择 13 6轴承装置的设计 13 7其它 1 2 3 1 滚动轴承的基本结构 内圈 与轴颈相配 外圈 与轴承座相配 滚动体 将滑动摩擦转化为滚动摩擦 保持架 防止滚动体直接接触 4 13 1概述 常见的滚动体 5 1 冲压式 低碳钢板冲压制成 与滚动体有较大的间隙 2 实体式 铜合金 铝合金或塑料经切削加工制成 有较好的定心作用 常见的保持架 6 2 滚动轴承的材料 1 内圈 外圈 滚动体要求 硬度不低于60HRC 接触疲劳强度高 耐磨性和冲击韧性良好 经磨削抛光 常用材料 高碳铬轴承钢GCr15或渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A2 保持架要求 材料较软 易成形 减摩性良好 常用材料 低碳钢 铜 铝和工程塑料 7 3 滚动轴承的特点 1 优点 旋转精度高 启动力矩小 是标准件 选用方便 2 缺点 不耐冲击 工作有噪音 8 4 主要内容 1 根据工作条件正确选择轴承的类型和尺寸 2 验算轴承的承载能力 3 轴承装置的组合设计 安装 调整 润滑和密封 9 1 滚动轴承的主要类型及其特点 1 按承载方向分 13 2滚动轴承的主要类型及代号 向心轴承 主要承受径向载荷推力轴承 只能承受轴向载荷向心推力轴承 能同时承受径向载荷和轴向载荷 10 a 向心轴承 b 推力轴承 c 向心推力轴承 11 接触角 滚动体与外圈接触处的法线与半径方向的夹角 载荷角 轴承实际所受径向载荷和轴向载荷的合力与半径方向的夹角 接触角 轴向承载能力 12 2 按滚动体的类型分 球轴承和滚子轴承 滚子轴承比球轴承的承载能力强 但球轴承的高速性能好 a 球轴承 b 滚子轴承 13 3 按轴承的结构形式分 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 推力球轴承 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 调心球轴承 14 调心滚子轴承20000 圆锥滚子轴承30000 推力球轴承50000 a 单向 b 双向 深沟球轴承60000 角接触球轴承70000 圆柱滚子轴承N0000 滚针轴承NA0000 调心球轴承10000 15 调心球轴承10000 16 特点 外圈滚道为球面 允许较大的偏斜量 偏斜量 调心轴承内圈和外圈轴线相对倾斜时所夹的锐角 17 圆锥滚子轴承30000 18 特点 内外圈可分离 调整游隙 成对使用 可同时承受径向和轴向载荷 游隙 轴承内圈和外圈在径向或轴向移动的的最大距离 19 推力球轴承50000 20 特点 极限转速低 只能承受轴向载荷 深沟球轴承60000 21 特点 主要承受径向载荷 应用最广泛 角接触球轴承70000 22 特点 成对使用 能同时承受径向和轴向载荷 圆柱滚子轴承NU0000 23 特点 内外圈可分离 只能承受径向载荷 2 滚动轴承的代号 GB T272 1993 24 1 前置代号 表示轴承的分部件 25 1 类型代号 左起第1位 2 基本代号 26 2 宽度系列代号 左起第2位 注意 除调心滚子轴承 2类 和圆锥滚子轴承 3类 外 代号0可省略 27 3 直径系列代号 左起第3位 28 4 内径代号 左起第4和5位 29 3 后置代号 表示轴承的结构 公差和材料的特殊要求 1 内部结构代号 30 注 公差等级中0级最低 向右依次增高 2级最高 2 公差等级代号 31 注 游隙组别中1组最小 向右依次增大 5组最高 3 径向游隙代号 32 4 配置代号 面对面 DF 背对背 DB 串联 DT 33 例1 说明以下滚动轴承代号的含义 34 例2 说明以下滚动轴承代号的含义 35 例3 说明以下滚动轴承代号的含义 36 例4 说明以下滚动轴承代号的含义 37 1 61032 63083 7214AC P44 302135 N105 P5 试写出以下滚动轴承代号的含义 38 1 61036 深沟球轴承 1 直径特轻系列 03 内径d 17mm2 63086 深沟球轴承 3 直径中系列 08 内径d 40mm3 7214AC P47 角接触球轴承 2 直径特轻系列 14 内径d 70mm AC 接触角25 P4 4级公差4 302133 圆锥滚子轴承 0 宽度窄系列 2 直径轻系列 13 内径d 65mm5 N105 P5N 圆柱滚子轴承 1 直径特轻系列 05 内径d 25mm P5 5级公差 39 13 3滚动轴承类型的选择 1 轴承的载荷2 轴承的转速3 轴承的调心性能4 轴承的安装和拆卸 40 选择轴承类型时 考虑的主要因素 1 轴承的载荷 41 1 承载能力 滚子轴承的承载能力大于球轴承 载荷较小时 优先选用球轴承 2 载荷方向 纯轴向载荷时 选用推力球轴承或推力滚子轴承 纯径向载荷时 选用深沟球轴承 圆柱滚子轴承或滚针轴承 主要为径向载荷时 选用深沟球轴承 小接触角球轴承 当轴向载荷较大时 选用大接触角球轴承 圆锥滚子轴承或向心轴承和推力轴承的组合 2 轴承的转速 42 极限转速nlim 当动载荷P 0 1C 冷却条件正常 且公差等级为0时 轴承允许的最大转速 注意 轴承的极限转速主要受温升限制 可通过改善冷却条件 提高轴承的极限转速 43 1 球轴承比滚子轴承的极限转速高 高转速时 优先选用球轴承 2 外径越小 轴承的极限转速越高 高转速时 宜选用外径小的轴承 3 实体保持架比冲压保持架轴承极限转速高 4 推力轴承极限转速低 轴向载荷较小而高速时 可选用角接触球轴承 5 可通过提高公差等级或选用较大游隙轴承 通过改善冷却提高轴承极限转速 3 轴承的调心性能 44 调心轴承 允许较大的轴承偏斜量 滚子轴承 对轴承的偏斜量最敏感 当轴的刚度和轴承座孔支承刚度较低 或有较大偏转力矩作用时 应尽量采用调心轴承 4 轴承的安装和拆卸 45 轴向安装拆卸 选用内外圈可分离的轴承 如 0000 NA0000 30000 长轴安装拆卸 内圈采用1 12圆锥孔 安装在紧定衬套 46 轴承的选用过程 1 轴承元件上的载荷分布 47 13 4滚动轴承的工作情况 上半圈滚动体不受力 下半圈滚动体为承载区 Fr作用线上接触载荷最大 向心轴承受径向载荷Fr i 0cos i 转动套圈上的某一点应力变化情况 固定套圈上在承载区内某一点应力变化 48 2 轴承元件上的应力分布 1 滚动体 周期性不稳定变应力2 转动套圈 周期性不稳定变应力3 固定套圈 脉动循环变应力 49 轴承元件的应力特性 50 3 轴向载荷对载荷分布的影响 一个滚动体受载 多个滚动体受载 51 对于角接触球轴承和圆锥滚子轴承 1 为了使多个滚动体受载 应使Fa Frtan 2 为了保证可靠工作 应至少使下半圈滚动体受载 Fa 1 25Frtan 3 当全部滚动体受载时 Fa 1 7Frtan 13 5滚动轴承尺寸的选择 1 滚动轴承的失效形式 1 疲劳点蚀2 塑性变形3 磨粒磨损4 胶合 52 滚动轴承寿命计算的依据 疲劳点蚀 2 轴承的寿命 轴承的基本额定寿命 在相同条件下运转时 一组轴承中10 的轴承发生点蚀破坏 而90 的轴承不发生点蚀破坏前的转数 106r 或工作小时数 称为轴承的基本额定寿命 轴承的寿命 单个轴承的套圈或滚动体首次出现疲劳扩展前 一个套圈相对另一个套圈的的转数 称为轴承的寿命 53 3 基本额定动载荷C 定义 当轴承的基本额定寿命恰好为106r时 轴承所能承受的载荷 向心轴承 径向基本额定动载荷Cr 推力轴承 轴向基本额定动载荷Ca 角接触球轴承或圆锥滚子轴承 使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量Cr 54 球轴承6207的载荷 寿命曲线 球轴承 3滚子轴承 10 3 4 轴承寿命的计算 55 1 第一类计算问题 当P C时 求Lh 56 2 第二类计算问题 已知P和L h 求C 第二类计算问题的变形 已知轴承型号 C P和L h 验证轴承寿命 表13 3 P314 推荐的轴承预期寿命L h 表13 4 P316 温度系数ft 当轴承工作温度t 120 57 例1 滚动轴承30208的额定动载荷C 34000N 求 1 当P 6200N n 730r min时 该轴承的寿命 2 当P 6200N时 若要求Lh 10000h时 该轴承允许的最高转速nmax 3 若n 730r min 若要求Lh 10000h 求该轴承允许的最大当量动载荷Pmax 58 解 1 该轴承的寿命 2 允许的最高转速 59 3 允许的最大当量载荷 60 例2 1 若该轴承的载荷增大一倍 则该轴承的寿命如何变化 2 若该轴承的转速增大一倍 则该轴承的寿命如何变化 61 解 1 若轴承的载荷增大一倍 2 若轴承的转速增大一倍 62 5 滚动轴承的当量动载荷 当量动载荷 Pr 径向当量动载荷Pa 轴向当量动载荷 表13 5径向动载荷系数X与轴向动载荷系数Y P317 63 64 表13 15径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y 为了考虑实际载荷的波动影响 可对当量动载荷乘上一个载荷系数fd 表13 6载荷系数fd 65 派生轴向力方向从开口的小端指向大端 小端 大端 66 6 向心推力轴承的轴向载荷计算 1 派生轴向力Fd 小端指向大端 67 表13 7 P318 约有半圈滚动体受载时派生轴向力Fd的计算公式 向心推力轴承的派生轴向力Fd 68 69 表13 15径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y 表13 7 P318 约有半圈滚动体受载时派生轴向力Fd的计算公式 70 1 圆锥滚子轴承应先查手册先确定e值和Y值 2 70000C系列的轴承应先设定一个e值 计算后再复核调整 71 向心推力轴承轴向载荷Fa的计算步骤 1 画出轴承受力的计算简图 标出外部和派生轴向力 2 计算轴承的派生轴向力Fd1 Fd2 3 判断轴的运动趋势 确定轴承的放松端和压紧端 4 根据轴的受力平衡 计算轴承的轴向载荷Fa1 Fa2 放松端 Fa 自身派生轴向力压紧端 Fa 除自身派生轴向力以外 其余轴向力的代数和 72 例1 试判断轴承的松紧端及轴向载荷 1 Fd1 2500N Fd2 1800N Fae 500N 2 Fd1 1700N Fd2 2200N Fae 600N 73 例1 试判断轴承的松紧端及轴向载荷 1 Fd1 2500N Fd2 1800N Fae 500N 2 Fd1 1700N Fd2 2200N Fae 600N Fa1 2500NFa2 3000N Fa1 2800NFa2 2200N 74 Fae 1250N Fd1 1470N Fd2 765N 求Fa1 Fa2 75 例 对一轴承7307AC 已知 Fre 9000N Fae1 3000N Fae2 5000N 求 Fa1 Fa2 76 例 对一轴承7307AC 已知 Fre 9000N Fae1 3000N Fae2 5000N 求 Fa1 Fa2 解 1 画出轴承受力的计算简图 77 2 计算轴承的派生轴向力Fd1 Fd2 Fd1 0 68Fr1 2040N Fd2 0 68Fr2 4080N Fr1 Fre 3 3000N Fr2 2Fre 3 6000N 78 3 判断轴承的松紧端 Fd2 Fae2 4080N 5000N 9080N Fd1 Fae1 2040N 3000N 5040N Fd2 Fae2 Fd1 Fae1 轴有向右运动趋势 轴承1压紧 轴承2放松 79 4 计算轴向载荷Fa1 Fa2 Fa2 Fd2 4080N Fa1 Fd2 Fae2 Fae1 4080N 5000N 3000N 6080N 80 7 滚动轴承的静载荷 基本额定静载荷C0 使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值 向心球轴承4200MPa 的载荷 按静载能力选择轴承 当量静载荷P0 表13 8 P321 静强度安全系数S0 81 由表13 9 P321 可靠度不为90 时的寿命修正系数a1 82 8 不同可靠度轴承寿命的计算 例3 一个球轴承要求可靠度为0 99 99 当量动载荷P 11000N 应力循环次数为80 106 求此轴承应有的额定动载荷C 解 由表13 9查得 寿命修正系数a1 0 25 83 一个滚动球轴承 要求可靠度为0 95 95 当量动载荷P 11000N 工作时间5年 每年按300天计 每天工作16小时 工作转速200r min 求此轴承应有的基本额定动载荷C 84 例1 某轴用两个30308轴承支撑 两轴承的径向载荷Fr1 5000N Fr2 2600N Fae 1250N 载荷平稳 求当量动载荷P 85 Fd1 Fr1 2Y 1470N Fd2 Fr2 2Y 764 7N Fa1 Fae Fd2 2014 7N Fa2 Fd1 764 7N 86 解 1 计算轴承的轴向载荷Fa Fae Fd2 2014 7N Fd1 1470N 轴有向左运动趋势 左端轴承压紧 右端轴承放松 圆锥滚子轴承 87 Fa1 Fr1 0 403 e 0 35 Fa2 Fr2 0 294 e 0 35 X2 1 Y2 0 X1 0 4 Y1 1 7 88 2 查表取轴承的动载荷系数X Y 89 表13 15径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y P1 fd X1Fr1 Y1Fa1 5425N P2 fd X2Fr2 Y2Fa2 2600N P P1 5425N 90 3 计算轴承的当量动载荷P 例2 已知轴上齿轮的周向力Fte 2200N 径向力Fre 900N 轴向力Fae 400N 齿轮分度圆直径d 314mm 转速n 520r min 如果选用7207C轴承 计算当量动载荷 考虑中等冲击 91 92 对于70000C轴承 Fd eFr 初设e 0 4 Fr1 950 79N Fr2 1426 18N 93 Fd1 eFr1 380 3N Fd2 eFr2 570 5N Fa1 970 5N Fa2 570 5N 94 Fae 400N 角接触球轴承 95 Fa1 C0 0 0503 Fa2 C0 0 0303 e1 0 422 e2 0 401 96 C0 20kN Fa1 970 5N Fa2 570 5N 查表得fd 1 5 97 改用6304轴承 C0 7880N 深沟球轴承没有派生轴向力Fd Fr1 950 79N Fr2 1426 18N Fa1 Fa2 Fae 400N Fa C0 400 7880 0 051 98 深沟球轴承 99 插值得e 0 25 100 查表得fd 1 5 101 102 例 某机械传动中轴承配置如图所示 已知 轴向外载荷Fae 2000N 径向载荷Fr1 4000N Fr2 5000N 转速n 1500r min 中等冲击 工作温度不超过100 要求轴承预期寿命L h 5000h 问采用30311轴承是否合适 查手册知 轴承30311 C 145kN e 0 35 X 0 4 Y 1 7 103 例 某机械传动中轴承配置如图所示 已知 轴向外载荷Fae 2000N 径向载荷Fr1 4000N Fr2 5000N 转速n 1500r min 中等冲击 工作温度不超过100 要求轴承预期寿命L h 5000h 问采用30311轴承是否满足寿命要求 104 解 1 计算轴承的轴向载荷Fa 轴承1压紧 轴承2放松 105 2 计算当量动载荷P 106 3 验算基本额定动载荷C 采用圆锥滚子轴承30311寿命足够 107 验算轴承寿命Lh 作业 已知一对30304轴承所受的载荷情况如图示 若n 1500r min fd 1 试判断哪个轴承危险 并求危险轴承的寿命 C 31 5kN C0 20 8kN e 0 3 Y 2 Fd Fr 2Y Fa Fr e时 X 1 Y 0 Fa Fr e时 X 0 4 Y 2 108 对1点取矩 Fre 3L Fr2 2L Fr2 3 2Fre 3 2 3000N 4500N 对2点取矩 Fre L Fr1 2L 0 Fr1 Fre 2 3000 2 1500N 负号表示方向向下 109 Fd1 Fr1 2Y 1500 2 2N 375NFd2 Fr2 2Y 4500 2 2N 1125N 2 求派生轴向力Fd1 Fd2 3 求两轴承的轴向载荷Fa1 Fa2 Fae Fd2 1000N 1125N 2125N Fd1 375N 轴有左移趋势 轴承1被压紧 轴承2被放松 Fa1 Fae Fd2 1000N 1125N 2125NFa2 Fd2 1125N 110 4 求两轴承的当量动载荷P1 P2 P1 fd X1Fr1 Y1Fa1 0 4 1500N 2 2125N 4850NP2 fd X2Fr2 Y2Fa2 1 4500N 4500N P1 P2 轴承1危险 X1 0 4 Y1 2 X2 1 Y2 0 111 5 求轴承的寿命Lh 112 作业 某机械传动中的轴根据工作条件 采用一对角接触轴承7213AC支承 如图所示 已知 轴向外载荷Fae 1000N 径向载荷Fr1 5000N Fr2 10000N 转速n 5000r min 中等冲击 fd 1 2 常温工作 ft 1 轴承预期寿命L h 15000h 问所选轴承是否合适 轴承7213AC C 51 2kN e 0 68 Fd eFr Fa Fr e时 X 1 Y 0 Fa Fr e时 X 0 41 Y 0 87 113 Fd1 eFr1 5000 0 68N 3400NFd2 eFr2 10000 0 68N 6800N 解 1 求派生轴向力Fd1 Fd2 2 求两轴承的轴向载荷Fa1 Fa2 Fae Fd1 1000N 3400N 4400N Fd2 6800N 轴有向右移动趋势 轴承1被压紧 轴承2被放松 Fa1 Fd2 Fae 6800N 1000N 5800NFa2 Fd2 6800N 114 3 求两轴承的当量动载荷P1 P2 P1 fd X1Fr1 Y1Fa1 1 2 0 41 5000 0 87 5800 N 8515 2NP2 fd X2Fr2 Y2Fa2 1 2 10000N 12000N P1 P2 轴承2危险 X1 0 41 Y1 0 87 X2 1 Y2 0 115 4 求轴承的寿命Lh 116 所选轴承不满足寿命设计要求 轴承装置的设计 1 轴承的配置2 轴承的固定3 轴承的调节4 轴承的润滑5 轴承的密封6 轴承的安装 13 6轴承装置的设计 117 1 轴承的配置 1 一根轴由两个支点支承 每个支点由一个或多个轴承组成 2 轴承的配置方式 双支点各单向固定一个支点双向固定 另一个支点游动两支点都游动3 保证轴具有正确位置 防止轴向窜动及轴受热膨胀后将轴承卡死 118 双支点各单向固定 119 悬臂支承采用正装 适用于工作温度不高的短轴 悬臂支承采用反装 120 悬臂支承应采用反装 121 一支点双向固定 另一支点游动 适合跨距大的长轴且工作温度较高的轴 122 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 123 124 125 两端游动支承 126 2 滚动轴承的固定 127 1 滚动轴承内圈的轴向固定 轴用弹性挡圈螺钉紧固的轴端挡圈圆螺母和止动垫圈紧定衬套 止动垫圈和圆螺母 128 2 滚动轴承外圈的轴向固定 孔用弹性挡圈轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽轴承盖螺纹环紧固 3 滚动轴承的配合 内圈与轴颈配合采用基孔制 外圈与轴承座孔配合采用基轴制 129 1 转动圈应选较紧的配合 转速越高 载荷和振动越大 应采用的配合越紧 一般选用n6 m6 k6 js6 2 不动圈选较松的配合 使外圈有可能产生微小的周向位移 外圈的各部分能缓慢的轮换进入承载区 提高使用寿命 通常选用J7 H7 3 游动端的轴承 当要求外圈在运转中能沿轴向移动时 外圈与座孔的配合应选较松的配合 一般用G7 4 工作温度有较大变化时 内圈与轴颈应选较紧的配合 外圈与座孔应选松一点的配