机械设计(西北工业大学第八版)第十三章_滚动轴承xiugai

请安静 请安静 第四篇轴系零 部件 第十五章轴 第十四章联轴器和离合器 第十三章滚动轴承 第十二章滑动轴承 第十三章滚动轴承 1 了解滚动轴承的构成 结构特点和类型 2 了解滚动轴承的代号规定 能识别最一般的代号 3 了解滚动轴承的失效形式 能根据失效作出正确的分析 4 能根据使用要求正确选用滚动轴承 5 工作能力计算 寿命计算 6 会根据使用要求正确的作出滚动轴承的组合设计 滚动轴承装置的设计 安装 调整 润滑 密封等 重点与难点 轴承的代号及寿命计算 滚动轴承的组合设计 13 1概述 一 滚动轴承的特点 应用范围 1 摩阻小 效率高 起动灵敏 2 运转精度高 可通过预紧消除间隙 3 轴向尺寸较小 4 组合结构简单 便于使用维护 5 标准化程度高 质优价廉 6 抗冲击能力较差 7 振动及噪音较大 8 高速重载下寿命较低 9 径向尺寸较大 依靠主要元件间的滚动接触来支承转动元件 一般尺寸 中速 中载的一般工作条件下和运动机械中 二 滚动轴承的构造与材料 构成 内圈 外圈 滚动体 保持架 保持架 有冲压的 低碳钢板冲压 和实体的 铜合金 铝合金 或工程塑料经切削加工 两种 内外圈和滚动体 采用轴承铬钢 如GCr15 制造 并经淬火处理和精磨 抛光 具有高硬度 HRC61 65 高接触疲劳强度 良好的耐磨性和冲击韧性 材料 接触角 N N FR Fa 载荷角 轴承实际承受的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的合力与半径方向的夹角 13 2滚动轴承的主要类型及其代号 一 滚动轴承的主要类型 1 按滚动体分 球轴承 滚子轴承 圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 非对称球面滚子 滚针 2 按所承受的载荷分 向心轴承 向心推力轴承 推力轴承 主要承受Fr 承受Fr Fa 主要承受Fa 3 按轴承可否调心 调心轴承 非调心轴承 1 4 2 3 5 NA N 29 6 7 通常是根据滚动轴承滚动体的形状 结构特点和承载性质等 GB将滚动轴承分为9个大类 教材P302表13 1 返回 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 Fr Fa 深沟球轴承 6 推力球轴承 5 角接触球轴承 7 圆锥滚子轴承 3 圆柱滚子轴承 N 调心球轴承 1 圆柱滚子轴承 N 三 滚动轴承的代号 返回 基本代号 前置代号 后置代号 内径代号 直径 5 20 495mm d 20mm时 0001020310121517 尺寸系列代号 直径系列代号 宽 高 度系列代号 类型代号 其它代号 游隙代号 特殊轴承材料代号 密封与防尘结构代号 保持架及其材料代号 公差等级代号 内部结构代号 轴承分部件代号 直径系列代号 结构 内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列 代号有7 8 9 0 1 2 3 4 5 对应于相同内径轴承的外径尺寸依次递增 滚动轴承类型繁多 各类型中又有不同结构 尺寸和公差等级 国标GB T272 1993规定了滚动轴承代号的表示方法 滚动轴承代号构成如下 6420 6220 6320 返回 基本代号 前置代号 后置代号 内径代号 直径 5 20 495mm d 20mm时 0001020310121517 尺寸系列代号 直径系列代号 宽 高 度系列代号 类型代号 其它代号 游隙代号 特殊轴承材料代号 密封与防尘结构代号 保持架及其材料代号 公差等级代号 内部结构代号 轴承分部件代号 宽度系列 结构 内径和直径系列都相同的轴承在宽度方面的变化系列 代号有8 0 1 2 3 4 5 6 当为0系列 正常系列 时 一般不标出 0 但对调心滚子轴承和圆锥滚子轴承 必须标出 0 后置代号 前置代号用于表示轴承的分部件 用字母表示 例 L 可分离轴承的可分离套圈 K 滚动体与保持架组件 0级 普通级 6x级 仅用于3类轴承 7211C P5 轴承代号举例 6308 轴承代号举例 13 3滚动轴承类型的选择 一 轴承的载荷 大小 滚子轴承优于球轴承方向 径向R 6 1 N 轴向 5 Fr Fa 7 3 6 类型 尺寸 应考虑的因素 不同类型的轴承所能承受的载荷的类型不尽相同 同一类型的轴承其承载能力随直径系列的不同而不同 二 轴承的转速 1 球轴承高于滚子轴承 摩擦阻力 2 轻 超轻系列轴承优于中 重系列 外径 离心力 转速高而载荷大时 可并装两个外径较小的轴承 或考虑采用宽系列的轴承3 实体保持架优于冲压保持架 易形成油膜减小摩擦 青铜实体保持架允许更高的转速4 推力轴承极限转速低于角接触向心推力轴承 向心推力轴承又低于向心轴承 5 若工作转速略超出极限转速 可选用较高公差等级 或较大游隙的轴承 或以改善润滑条件等措施来改善轴承的 高速性能公差等级高 润滑条件好的轴承nlim高 极限转速nlim 在一定的载荷和润滑条件下 允许的最高转速 轴工作时弯曲变形较大或轴的跨距较大 支承刚度差 轴承座孔不同心 多支点时应采用调心性能好的轴承 三 轴承的调心性能 8 16 2 4 2 3 由于制造 安装或轴的变形 引起轴承内外圈轴线发生的相对倾斜 其倾斜角称角偏差 五 轴承的安装与拆卸 六 经济性 应考虑市场供应情况 轴承价格 精度等级等 四 对轴承尺寸的限制 径向尺寸受限制时 选轻 特轻 超轻系列的轴承 必要时选滚针轴承 轴向尺寸受限制时 可选窄系列轴承 外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔 尺寸选择 轴承内径 与轴颈直径相等 直径系列 载荷很小 超轻或特轻系列 载荷很大 重系列 一般情况 轻或中系列 校核计算 选择轴承类型 宽度系列 一般选正常系列 13 4滚动轴承的工作情况 一 滚动轴承工作时轴承元件上的载荷分布 以向心轴承为例 载荷 轴向力 由滚动体平均分担 承载区 180 受最大径向载荷的滚动体负载为 径向载荷 Fr 二 滚动轴承工作时轴承元件上的应力分布 转动套圈上一点的应力分布类似于滚动体上一点 周期性不稳定变化应力 脉动应力 三 轴向载荷对载荷分布的影响 只有最下面一个滚动体受载时 派生内部轴向力Fd Fa 大小 见P322表13 7方向 角接触轴承要成对使用 对称安装 面对面或背靠背 1 角接触轴承总在Fr和Fa联合作用下工作 为了保持较多的滚动体受载应使 对于角接触轴承 为了保证可靠地工作 应使至少下半滚动体全部受载 结论 2 同一轴承 即 相同 在相同Fr作用下 Fa N Fd 时 约半数滚动体受载 时 开始全部滚动体同时受载 Fd 13 5滚动轴承尺寸的选择 一 滚动轴承的失效形式和基本额定寿命 失效形式对策 1 点蚀寿命计算 2 塑性变形静载荷计算 正确使用 3 磨损润滑 密封 4 元件回火润滑 散热 限制最高转速 5 元件破裂正确安装使用 滚动轴承的寿命 轴承一个套圈或滚动体的材料首次出现疲劳扩展之前 一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数称为轴承的寿命 基本额定寿命 采用常规材料 常规制造方法的一批型号相同的滚动轴承 在相同的常规运转条件 实验室条件 下工作 其中10 的轴承发生疲劳点蚀 90 的轴承未发生疲劳点蚀前的运转总转数或一定转速下的工作小时数 记为L10或Lh 二 滚动轴承的基本额定动载荷 基本额定动载荷 额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷 常用字母C Cr Ca 表示 各类轴承的额定动载荷C值可参考手册 同类轴承 对向心轴承 Cr指纯径向载荷 称为径向基本额定动载荷 对推力轴承 Ca指纯轴向载荷 称为轴向基本额定动载荷 对7类和3类轴承 C指使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量 寿命指数 球轴承 3 滚子轴承 10 3 以小时表示 三 滚动轴承寿命的计算公式 载荷为P 预期寿命为Lh 须选用多大C的轴承 1 2 P 当量动载荷 Lh 预期寿命 设计时给定的目标寿命 各类机械中轴承的预期寿命参考P318表13 3 考虑到温度变化 引入温度系数 P313表13 4 1 校核轴承寿命 已知 轴承型号 即C 外载 2 选择轴承型号 即C 已知 外载 预期寿命 滚动轴承寿命的计算公式的应用 Fr Fa经过转换 当量动载荷P 在该载荷作用下 轴承的寿命与实际复合载荷作用相当 对只承受的推力轴承 同时承受 复合载荷的向心轴承 对只承受的向心轴承 考虑实际工况 引入载荷系数 P321表13 6 四 滚动轴承的当量动载荷 基本额定动载荷C 向心轴承 纯径向载荷Cr 纯轴向载荷Ca 推力轴承 1 径向载荷Fr 分别求出轴承支点在水平面和竖直面内的支反力 其向量和即为轴承的径向载荷Fr1 Fr2 2 轴向载荷Fa 内部轴向力Fd 大小 方向 Fr2 Fr1 Fd1 Fd2 Fr2 Fd2 Fr1 Fd1 表13 7 五 角接触轴承的径向载荷 轴向载荷的计算 Fre Fae Fre Fae 3000070000CS Fr 2YS eFr 70000AC70000BS 0 68FrS 1 14Fr Fea Fd1 Fd2 V W1 V W2 压紧 放松 放松 压紧 1 放松 轴承的轴向力等于其派生轴向力 2 压紧 轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和 结论 Fa1 Fd1Fa2 Fd2 标明各个轴向力方向 包括轴上的轴向载荷 轴承派生的内部轴向力 根据合力 判断轴承 放松端 和 压紧端 放松端轴承的轴向力Fa 它自身的附加轴向力 压紧端轴承的轴向力Fa 除去它自身的附加轴向力外其余轴向力的矢量合力 4 计算轴承寿命的方法归纳 慢摆动或转速极低的轴承 转速小于10r min 塑性变形 静强度计算转速大于10r min 点蚀 寿命计算高速轴承 寿命计算 校验极限转速 七 滚动轴承的静载荷计算 当量静载荷 静强度安全系数 P325表13 8 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的载荷 静强度计算 八 不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择 额定寿命修正系数 某深沟球轴承的预期寿命为8000小时 试计算下列三种情况下的寿命各为多少 1 当它承受的当量动载荷增加一倍时 2 当它的转速提高一倍时 例题分析 2 图示斜齿轮轴系 两端正装两个圆锥滚子轴承30205 轴上径向载荷FR 3000N 轴向载荷FA 500N 求轴承的轴向载荷 Fr1 1 计算径向力 2 计算内部轴向力Fd 查手册Y 1 6 由表13 7 3 计算轴向载荷 轴承1放松 Fa1 Fd1 468 7N 轴承2压紧 Fa2 FA Fd1 968 7N 解 Fr2 Fd1 Fd2 Fr1 Fr2 1500N 13 6滚动轴承的组合设计 轴承组合设计包括 安装 配置 紧固 调整 润滑 密封等 一 支承部分的刚性和同心度 外壳及轴承座孔壁均应有足够的厚度 轴承座悬臂尽量短 并采用加强肋 若外壳为轻合金或非金属 应采用钢或铸铁套杯 为保持轴承孔同心度 多个轴承孔应一次镗出 1 双支点单向固定一个轴承限制一个方向的轴向位移 适合于普通工作温度下的短轴 预留间隙应使稳定工作时的径向间隙合适 二 轴承的配置 双支点单向固定 双支点单向固定 注意 这种情况下 随轴承安装方式的不同 正装或反装 轴系的刚度和拆卸 调整性能有较大的差异 应视具体情况采用合适的安装方式 安装方式 刚度好 刚度好 正装 面对面 反装 背靠背 2 单支点双向固定 另一支点游动 适合长轴或工作温度较高的轴 单支点双向固定细长轴 跨距大 温升大 3 两端游动支承仅用于装人字齿轮的轴 为减小轴向窜动惯量 一般小齿轮轴游动 装大齿轮的轴双向固定 三 滚动轴承的轴向紧固 1 内圈轴向紧固 图a 轴用弹性挡圈 图b 轴端挡圈 图c 圆螺母和止动垫圈 图13 5 光轴时 内圈另一端常用轴肩 或套筒 定位 轴肩 或套筒 高度必须低于内圈厚度 否则轴承无法拆缷 2 外圈轴向紧固 图a 孔用弹性挡圈 图b 轴用弹性挡圈 图c 轴承 端 盖 图d 螺纹环 四 轴承的游隙及轴系位置调整 游隙调整 采用 调整 垫片或圆螺母 轴上零件位置调整 通过调整套杯位置实现 圆螺母 调整盘 滚动轴承是标准件 其内孔与外径配合不必标注公差 内圈与轴颈的配合是基孔制 外圈与座孔为基轴制 圆柱公差中基准孔的公差带在零线之上 而轴承内圈孔的公差带在零线之下 所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类配合要紧的多 轴承外圈与外壳孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比 配合性质基本一致 但由于轴承外径的公差值较小 因而配合也较紧 五 滚动轴承与轴颈和座孔的配合 1 载荷的类型 摆动载荷 定向载荷 滚动轴承回转套圈一般受旋转载荷 应选紧配合 不回转套圈受局部载荷应选较松的配合 当轴承受摆动载荷时 内外圈均应选较紧配合 承受摆动载荷时 特别是承受重载时 内外圈均应选过盈配合 承受回转载荷的内圈与轴应选过度配合 承受局部载荷的外圈一般选用较松配合 重载宜紧 轻载宜松 轴承回转时 套圈的温度通常比相邻零件的温度高 应考虑热膨胀作用 低温宜紧 高温宜松 轴承旋转精度和运转平稳性要求较高时 尽量避免采用间隙配合 如果轴或轴承箱表面形状不规则 将导致轴承内外圈的不正常变形 对开式轴承箱与轴承外圈的配合不宜采用过盈配合 当轴承安装于薄壁 轻合金轴承箱或空心轴上时 应选较紧一些的配合 为了有利于装拆 特别对于重型机械 为了缩短换轴承中停时间 常采用间隙配合 当根据其他条件决定需用过盈配合时 可采用可分离型轴承和带紧定套等特殊结构的轴承 要求轴承套圈能在轴上有一定的游动量时 通常承受固定载荷的套圈以间隙配合安装 如果内外圈为无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承作为游动端时 内外圈均可采用过盈配合 2 载荷大小 3 工作温度 4 旋转精度 5 结构要素 6 装拆方便 7 轴向位移 具体应考虑以下几个方面 六 轴承预紧 目的 提高旋转精度 刚度 减小振动 即安装时消除游隙 使轴承中保持一定轴向力 预紧 在安装时用某种方法在轴承中产生并保持一轴向力 以消除轴承中的轴向游隙 并在滚动体和内 外圈接触处产生一定初变形 预紧后轴承内 外圈的径向及轴向相对移动量将大大减少 图a 夹紧外圈 图b 用弹簧 图c 用长度不等的套筒 图d 夹紧已磨窄的外圈 反装时夹紧已磨窄的内圈 a b c d 七 润滑 润滑的目的 减摩 降温 防锈 吸振 当采用润滑脂时 还有密封作用 c 固体润滑剂 二硫化鉬 石墨 聚四氟乙烯等 b 油润滑 粘度 油浴润滑滴油润滑飞溅润滑喷油润滑油雾润滑 a 脂润滑 锥入度 滴点 装脂量一般为轴承内部空间容积的1 2 1 3 2 润滑方式 根据速度因数 dn值 参考P332表13 10选取 唇形密封圈 1 接触式密封 结构简单 密封可靠 但适应的转速不大 通常轴颈的表面粗糙度值要求较小 八 滚动轴承的密封装置 目的 防尘 防漏油 毡圈 V 5 7m s唇形密封圈 V 10 15m s密封环 耐磨铸铁制造V 100m s锡青铜制造V 60 80m s 缝隙密封 曲路密封 迷宫密封 2 非接触式密封 间隙密封无磨损 适应的转速可以很大 对轴颈的加工精度要求也低 但结构复 有些结构要求剖分结构 应用不如接触密封广 必要的情况下 可采用组合密封 效果最好 甩油密封 机械设计作业集 1 P28题13 23 END 1 选用滚动轴承一般应考虑哪些问题 2 解释名词 滚动轴承的基本额定寿命 滚动轴承的基本额定动载荷 3 寿命计算的目的是什么 静强度计算的目的又是什么 4 简述求角接触轴承所受轴向力的