机械设计-第10章 滚 动 轴 承 - 2

,第10章 滚动轴承,10.2 滚动轴承的主要类型和代号,10.3 滚动轴承的类型选择,10.4 滚动轴承的失效形式和设计准则,10.5 滚动轴承尺寸的选择,10.6 轴承装置的设计,10.1 概述,基本要求:熟悉滚动轴承的代号、正确地选择滚动轴承的类型掌握滚动轴承的寿命计算正确进行滚动轴承组合设计(安装、调整、润滑与密封)难点：向心推力轴承(指角接触球轴承与圆锥滚子轴承)的受力分析,10.1 概述,支承轴及轴上零件，并保证旋转精度 减少轴与支承间的摩擦与磨损,一.轴承功用,1) 滚动轴承 2) 滑动轴承,二.类型,1.摩擦阻力小, 功率损耗少, 起动灵敏,2.润滑简便, 易于更换, 价格低。,3.抗冲击能力差, 高速时出现噪音; 寿命也比不 上液体润滑的滑动轴承,三.特点:,滚动轴承,滑动轴承,1.用在高速、高精度、重载的场合 2. 抗冲击能力强 3.寿命长,滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产,1.内圈:2.外圈:3.滚动体：4.保持架：,点接触线接触,限制滚动体轴向移动,均匀隔开滚动体,减少磨擦与磨损,装在轴颈上,装在轴承座,球、滚子,承载均匀,四. 滚动轴承的结构:,滚动轴承的构造,五、滚动轴承的材料,保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料,内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性材料：含铬轴承钢，硬度6065 HRC,六. 滚动轴承的设计,轴承本身的设计类型的选择 尺寸的选择 轴承组合设计安装、调整、润滑与密封,10.2 滚动轴承的类型及代号,一、分类二、类型及特点三、代号,一、分类,1 按滚动体形状分2 按受载方向分,1 按滚动体形状分,按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承,又可细分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承,2 按受载方向分,按受载方向和公称接触角分：,滚动体与外圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角,向心轴承: a=0向心推力轴承： 0 a 90向心角接触轴承: 0 a45推力角接触轴承: 45 a 90 推力轴承: a=90 受力分析注意：在径向载荷作用下产生内部轴向力Fa，其方向是使内外圈分离，所以要成对使用内部轴向力Fa的大小与a有关,以Fr(径向载荷)为主,FrFa(径向),按承受的载荷方向,FaFr(轴向),Fa(轴向载荷),二、类型及特点,1 向心轴承(a=0)2 调心轴承(a=0)3 向心推力轴承 (0a90)4 推力轴承(a=90)5 选择原则,常用的滚动轴承,1 向心轴承(a=0),深沟球轴承: 6类 nlim最高、价廉, 优先采用受力类型: Fr, 不大的Fa(双向)圆柱滚子轴承: N类承载力较大受力类型: 很大的Fr, 不能承受轴向力Fa,滚针轴承: NA类 内外圈可分离, 径向尺寸小受力类型: 很大的Fr, 不能承受轴向力Fa,2 调心轴承 (a=0),调心球轴承: 1类调心性能最好受力类型：Fr, 不大的Fa(双向),调心滚子轴承: 2(3)类调心性能好、承载力较大受力类型：Fr, 不大的Fa(双向),3 向心推力轴承 (0a径向载荷：推力+向心组合,类型选择1,滚动轴承的类型选择,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求，如载荷大小、性质、方向、转速等来合理选择。,滚动轴承选择的一般过程如下：,三、 滚动轴承的代号,滚动轴承为标准件：GB/T 272-1993,旧标准代号 举例,前置代号,基 本 代 号,后置代号,尺寸系列代 号,分部件代号,类型代号,内径代号,直径系列代号,宽度系列代号,内部结构代号,密封与防尘代号,公差等级代号,。,字母,2 1,3,4,5,字母(+数字),1 内径尺寸代号2 尺寸系列代号3 类型代号,基本代号,表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、类型,1 内径尺寸代号,右起第1、2位数字内径d: （即轴的直径）0010mm 0112mm0215mm 0317mm0496数字x 5 mm,对于内径 (500mm，以及22mm、28mm、32mm的轴承，用公称内径数值直接表示，但在与尺寸系列代号之间用“/”分开,2 尺寸系列代号,直径系列代号、宽度系列代号直径系列代号：第三位数字指结构相同、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列0,1特轻 2轻 3中 4重,宽度系列代号：第四位数字，常与直径系列代号同时使用表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度多数正常系列可不标,3 类型代号,第五位(从右到左数)，用数字或字母表示代号为0（双列角接触球轴承），则省略,常用：30209-圆锥滚子、63710-深沟球、71915-角接触球,常用的几类滚动轴承，一般无前置代号,前置代号,用字母表示表示成套轴承分部件,(1)L-可分离轴承的内外圈,例：LNU207-内圈无档边圆柱滚子轴承的内圈,(2)K-滚动体与保持架组件,公差等级(精度)代号：0 、6x 、6、5、4、2六级精度，逐渐增高表示成：/P0 、/P6x 、/P6、/P5、/P4、/P2内部结构代号：如：C a=15、AC a=25、Ba=40 轴承径向游隙系列代号：/C1、 /C2、/C0、 /C3、/C4、/C5六组游隙，由小到大0组( /C0)）游隙常用，可省略,后置代号,用字母（+数字）表示表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承材料及公差等级等,内径尺寸代号外径系列代号类型代号结构特点代号宽度系列代号精度代号,滚动轴承代号:旧标准, X XX X X XX,了解,例：7 2 12 AC ,深沟球轴承,直径系列为3(中),宽度系列为0(不标),内径d=25mm,0级公差(不标),角接触球轴承,直径系列为2(轻),宽度系列为0(不标),内径d =60mm,=25,例：6 3 05 (/P0), ,举例,类型和代号5,6308：,6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组；,N105/P5：,N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=15；,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；,6103：,6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。,10.3 滚动轴承的选择原则：轴承特性与工作条件匹配,1.类型选择,(1)承载情况,方向：纯轴向载荷轴向接触轴承（推力轴承） 纯径向载荷径向接触轴承（向心轴承）,径向+轴向载荷-角接触轴承,(2)转速要求（nnmax）,高速、要求旋转精度高，优先采用球轴承,低速可选滚子轴承 。,(3)调心性,长轴（刚度低）或多支点，要求轴承具有调心性调心轴承,大小：载荷大、有冲击滚子轴承；载荷小球轴承,内外圈可分离 圆锥滚子，圆柱滚子长轴上安装 内锥孔与紧定套轴承,(6)价格-球轴承低，滚子轴承高,(5)装拆方便,2.尺寸选择,选择型号：内径、外径、宽度系列 选定类型、初定型号、验算寿命,(4)空间限制径向尺寸受限，滚针轴承,滚针轴承,带内锥孔与紧定套轴承,圆锥滚子轴承,10-3 滚动轴承内部载荷分布与失效形式,1、滚动轴承的工作情况,滚动轴承的载荷分布,受轴向载荷Fa,各滚动体平均分担,受径向载荷Fr,上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力,轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化,滚动体不稳定脉动循环变应力,固定套圈稳定的脉动循环变应力,10.4.2 滚动轴承的失效形式,钢球疲劳点蚀,陶瓷球疲劳点蚀,1.疲劳点蚀：滚动轴承最常见的失效形式。,内圈上的疲劳点蚀,轴承胶合,2.塑性变形：受较大静载或冲击载荷致局部塑变（低速轴承失效形式）,3.磨粒磨损：杂质进入,4.胶合：高速、重载、发热,外圈过大塑变,内圈滚道磨损,设计准则：,寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。,静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。,校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。,一般轴承疲劳寿命计算（针对点蚀），静强度计算,低速或摆动轴承只进行静强度计算,高速轴承进行疲劳寿命计算、校验极限转速。,10.5 滚动轴承尺寸的选择,设计轴承的基本方法：由工作条件定轴承类型结构定轴承直径初选型号 C、C0验算寿命： 计算轴承载荷查e、X、Y 计算P计算Lh分析轴承是否合格,轴承寿命计算 1 基本概念 2 寿命计算 3 当量动载荷 P 的计算 4 向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算,一、基本概念寿命,轴承寿命：( 106 r 或 h )轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数基本额定寿命：用 L10 表示一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90的轴承不发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数,寓意：一批轴承中有90的寿命将比其基本额定寿命长一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90，失效率为10注意：额定寿命随运转条件而变化比如：外载荷增大，额定寿命降低因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力,90,10,完好,基本额定动载荷,定义：规定轴承在 基本额定寿命L10 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取对向心轴承(0 a 45 )，C为纯径向载荷Cr对推力轴承(45 00,F由哪个力产生的? 由Fr 产生的,F的大小:表10-10,F ,Fi是某个滚动体所受的力,F的作用点及方向,2,1,o1,o2,F2,F1,FA,FA,F1,F2,o1,o2,1,2,以下计算简图，学生必掌握！,2,1,o1,o2,F2,F1,FA,FA,F1,F2,o1,o2,1,2,该类轴承为什麽必须成对使用？,为使附加内部轴向力平衡，轴不窜动。,以轴系零件(含轴承内圈)为受力体,考虑轴系的平衡。1)正安装,受力分析向右的力：FA，F2向左的力： F1,（1）若 FAF2F1，根据安装方式，则1号轴承被压紧， 2号轴承被放松， 所以 Fa1=FA+ F2 Fa2= F2,3）角接触向心轴承的实际轴向载荷Fa的计算,(2)若 FAF2 F1 , 根据安装方式，则 1轴承被压紧， 2轴承被放松，所以 Fa1=FA+ F2 Fa2= F2,（2）若 FAF2 F1 , 根据安装方式， 则1轴承被放松， 2轴承被压紧， 所以 Fa1= F1 Fa2= F1 -FA,注意：必须掌握 分析与解题过程！,放松端轴承的轴向载荷 = 内部轴向力,压紧端轴承的轴向载荷 = 除去本身内部轴向力后其余轴向 力的代数和,结论与正装相同！,例3:一对反装7312AC轴承,Fr15000N,Fr28000N，Fa2000N，由1轴承指向2轴承，求Fa1、Fa2。,解:画安装简图, F2 与 FA同向,求FA1，FA2 ,F10.68Fr10.6850003400NF20.68Fr20.6880005440N,F2FA 7440N F13440N 紧松Fa1F2FA7440N , Fa2F25440N,五. 轴承寿命计算步骤,求Fr1、Fr2,例4:接上题,如果n960r/min,fP1.2, 求轴承寿命,求Fa1、Fa2,求P1、P2,求Lh(C),解：查得7212AC轴承的C58200N，e0.68,Fa1Fr1744050001.488e,X10.41 ， Y10.87 P1X1Fr1Y1Fa10.4150000.8774408523N,Fa2Fr2544080000.68= e,P2Fr28000N,X21,Y20,P1P2 轴承危险,(Fa17440N, Fa2=5440N, Fr15000N, Fr28000N),例4: 图示一蜗杆轴上正安装一对30208型圆锥滚子轴承，根据蜗杆轴上的受力，求得两支承的径向反力Fr1=2600N，Fr2=2000N，蜗杆转速n1=960r/min，蜗杆的轴向力FA1000N，试计算两轴承的当量动载荷。,例5:下图为一对30307轴承正安装（面对面安装），已知左轴承受径向载荷Fr1=4000N，右轴承承受径向载荷Fr2=4400N，轴向载荷FA=3500N（方向自右向左），轴承转速n=2000r/min，预期寿命Lh=10000h，冲击载荷系数fp=1.1，常温下工作，轴承的基本额定动载荷C=75200N，问轴承是否适用。,6、轴由一对圆锥滚子轴承支承，轴上直齿锥齿轮受圆周力 ，径向力 ，轴向力 ，尺寸 ， ，齿轮平均直径 ，轴承冲击载荷系数 ，求两个轴承的当量载荷。,注：圆锥滚子轴承,。,1. 求Fr1、Fr2:,(径向载荷)求支反力,2. 求Fa1、Fa2:,(1)径向接触轴承 (6 、 1 、 2类), 一端固定、一端游动,Fa1= FA , Fa2=0,Fa指向者受力,Fa1=0 , Fa2= FA, 两端固定,固定端受力,( 2)角接触轴承 (3、7类),安装型式,正安装面对面,反安装背对背,画安装简图求F1、F2,Fa=本身的内部轴向力 除本身的内部轴向力外其余轴向力之和,大者,轴承寿命计算小结:,3.求P1、P2:(当量动载荷),PXFrYFa,查判断系数e,按iFa/C0r (iFa/C0r) 查 e, 15 按 iFa/C0r 查 e, 25、 40查表,e=1.5tg p.296,判 Fa/Fr 与 e 的关系定X、Y,Fa/Fre,轴向力较小,可忽略不计,只计Fr Fr 即：X=1 , Y=0,轴向力较大,要计即：X 1, Y 0,Fa/Fre,4.求Lh(C),10.5.6 滚动轴承的静强度计算 一.基本额定静载荷,一、静强度计算原则,二、基本额定静载荷C0,1、低速轴承：n10r/min塑变失效2、冲击载荷过大，疲劳、静强度均验算,C0：受力最大滚动体与滚道接触处, 永久变形量的总和达到滚动体直径的0.0001时轴承上所加载荷。C0性质： 向心轴承：径向负荷(Cor) 推力轴承：轴向负荷(C0a),三、当量静载荷P0 是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。 其作用方向与基本额定静负荷相同。,对于向心轴承、角接触轴承，当量静载荷取下面两式中计算出的较大值,四、静强度计算,10-6 滚动轴承装置的设计,滚动轴承装置设计的内容包括：固定、配合与装拆、润滑与密封组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能,10.6.1 轴承的配置,要求：保证轴系轴向定位和适当轴向游动量（热膨胀空间）,(1)每个支点限定一个方向运动(2)温度补偿间隙0.20.3mm(3)适用小跨度、温升小轴(4)这是最常见的固定方式,对于可调整游隙式轴承，在装配时将间隙留在轴承内部，例如靠垫片组来调整间隙。,轴上零件的调整,2.固游式(单支点双向固定),适合于工作温升高的长轴（跨距 L 400 mm）固定支点的轴承内外圈左右均固定,限定轴系双向运动,承担双向轴向力游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力,当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住,一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴,大齿轮轴进行了两端固定，小齿轮轴系，其轴向位置的约束靠人字齿的形锁合来保证,3 两端游动,10.6.2 轴承内圈、外圈定位方法,10.6.3 轴与轴承座孔的刚度和同轴度： 避免支撑变形引起内外圈轴线偏斜，影响轴承寿命与旋转精度,（1）适当加大壁厚、加支撑筋（2）轴承座悬臂尽可能短（3）提高两轴承座孔同轴度（一次镗孔加工）,10.6.4 滚动轴承游隙的调整方法：,轴承的游隙是指在无载荷时，当一个套圈固定不动，另一个套圈相对于固定套圈有一个极端位置移动到另一个极端位置的移动量。 作径向移动者称为径向游隙，作轴向移动者称为轴向游隙。轴承的游隙对轴承的载荷分布、振动、噪声、摩擦、使用寿命和机械运动的精度等有很大的影响，因而，应根据具体情况选择合适的游隙。,调整游隙的方法有： 加厚或减薄端盖与箱体间垫片的方法来调整游隙，如图a；用蝶形垫圈和调节螺钉调整游隙，如图b。,10.6.5 预紧： 安装时用某种方法使滚动体和内、外圈接触处产生一定的预紧变形，并保持这种预紧状态。,常见的预紧装置：,1.夹紧一对圆锥滚子轴承,2.用长短不等套筒预紧,3.夹紧一对磨窄了的外圈（或内圈）的角接触轴承,4. 用金属垫片预紧,5.利用弹簧预紧,10.6.6 轴承的配合与装拆,轴承内圈与轴,松 紧js6，j6，k6，m6，n6,松 紧G7，H7，J7，Js7,轴承外圈与轴承座孔,基孔制：,基轴制：,1.配合：,配合标注：内圈与轴：只标注轴外圈与孔：只标注孔,5）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。,滚动轴承配合的选择原则：,1）转动圈比不动圈配合松一些,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,2.装拆：温差法与压入法装拆,（1）温差法：加热轴承或冷却轴,（2）压入法装拆：专用工具，正确施压,10.6.7 滚动轴承的润滑,润滑的目的：减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度,润滑方式：,1)脂润滑：可承受较大载荷， 便于密封及维护， 不宜填充过多 dn （1.52） 105 mm r/min,2)油润滑：油浴润滑：轴承部分浸油，油面不超过滚动体中心飞溅润滑：利用传动零件溅