Chapter 18 滚动轴承的组合结构设计

Chapter18 Updated18 11 2008 Richard 滚动轴承 与滚动轴承有关的设计问题 1 选用与工作能力的计算 2 使用时的组合结构配置 的组合结构设计 山东大学专用作者 潘存云教授 设计内容 轴承内 外圈的定位 轴上零件的定位 轴系支点固定的结构型式 轴系的固定 轴承的调整 游隙 刚度预紧 轴系位置 轴承的润滑与密封 轴承与相关零件的配合 配合的选用 轴承的装拆 一 滚动轴承内 外圈的定位 将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座紧固具体的紧固方法有很多 下面列举常用的方法 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 内圈的紧固方法 根据需要 非必需 弹性挡圈固定 圆螺母与止动垫圈固定 轴端挡圈固定 外圈的紧固方法 端盖固定 孔用挡圈 山东大学专用作者 潘存云教授 二 轴系支点固定的结构型式 对于一个轴系应采用几个轴承支承 如何支承 如何配置等问题 常用方案 两端单向固定 一端双向固定 另一端游动 常用的轴承配置方案有以下三类 每一类又有若干具体方案 两端游动 两端固定支承 两端单向固定 常温 短轴 轴向力较大时 见邱P389图18 24 当轴向力不大时 轴系力的传递 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 山东大学专用作者 潘存云教授 二 轴系支点固定的结构型式 对于一个轴系应采用几个轴承支承 如何支承 如何配置等问题 常用方案 两端单向固定 一端双向固定 另一端游动 两端游动 固定端 游动端 选用深沟球轴承时 外圈与端盖间应留有间隙 适用于温度变化较大的长轴 邱P389 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 二 轴系支点固定的结构型式 对于一个轴系应采用几个轴承支承 如何支承 如何配置等问题 常用方案 两端单向固定 一端双向固定 另一端游动 两端游动 人字齿轮由于本身的轴向限位作用 其中低速轴设计成两端固定的形式 高速轴必须游动 否则会卡死邱P390图 两端游动 山东大学专用作者 潘存云教授 加减垫片的厚度 方法 三 轴系部件的调整 轴承游隙的调整游隙 精度 噪声 寿命 径向 配合 轴向 螺钉调整 螺钉调整 山东大学专用作者 潘存云教授 2 轴承的预紧 对于某些可调游隙的轴承 在安装时给与一定的轴向压紧力 使得内外圈产生相对移动而消除游隙 并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形 借此提高轴的旋转精度和刚度 这种方法称为轴承的预紧 方法 加金属垫片 磨窄套圈 山东大学专用作者 潘存云教授 3 轴承组合位置的调整 目的 使轴上的零件具有准确的工作位置 如齿轮 带轮等 例如 锥齿轮传动 要求两个节锥顶点相重合 对于蜗杆传动 要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线 才能保证正确啮合 方法 套杯 调整垫片 山东大学专用作者 潘存云教授 轴承组合位置调整的方法 套杯 调整垫片 山东大学专用作者 潘存云教授 润滑的目的 降低内部摩擦 磨损和发热 四 滚动轴承的润滑和密封 冷却 降低轴承的工作温度 延长使用寿命 良好的润滑状态 形成油膜 减小接触压力 轴承零件表面覆盖一层润滑剂 防止表面氧化生锈 润滑剂吸收振动 噪音 1 滚动轴承的润滑 密封目的防止灰尘 水分进入轴承 阻止润滑剂流失 山东大学专用作者 潘存云教授 润滑剂 润滑脂 润滑油 固体润滑剂用于特殊场合 用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件 常用 高速 高温 脂润滑优点 不容易流失 便于密封和维护 充填一次 可运转较长时间 油润滑优点 摩擦阻力小 能散热 可在高速 高温环境下使用 dn间接反映了轴颈的圆周速度 d 滚动轴承的内径 单位 mm n 轴承转速 单位 r min 对于不同类型的轴承 润滑剂和润滑方式的选择可参照下表进行 山东大学专用作者 潘存云教授 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 2 滚动承的密封 滚动承的密封方式的选择与润滑的种类 工作环境 温度 密封表面的圆周速度有关 分类 接触式 非接触式 组合式密封 毛毡圈密封 密封圈密封 间隙密封 迷宫式密封 毛毡迷宫式密封 山东大学专用作者 潘存云教授 适用场合 脂润滑 要求环境清洁 轴颈圆周轴速度v 4 5m s 工作温度不超过90 矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内 它对轴产生一定的压力而起到密封作用 适用场合 脂或油润滑 轴颈圆周轴速度v 4 5m s 工作温度 40 100 防漏油 防灰尘 密封唇朝外 主要目的是防灰尘 杂质 接触式密封 山东大学专用作者 潘存云教授 适用场合 脂润滑 要求环境干燥清洁 靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封 间隙愈小愈长 效果愈好 间隙取0 1 0 3mm 间隙封圈 0 1 0 3mm 非接触式密封 山东大学专用作者 潘存云教授 适用场合 脂润滑或油润滑 工作温度不高于密封用脂的滴点 密封效果可靠 图b为轴向曲路 因考虑到轴受热后会变长 间隙取 1 5 2mm 迷宫式封圈 0 1 0 2mm 1 5 2mm 将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式 并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果 分为径向和轴向两种结构 山东大学专用作者 潘存云教授 适用场合 适用于脂润滑或油润滑 密封效果可靠 也可以把多种密封形式组合在一起 这是组合密封的一种型式 毛毡加迷宫 可充分发挥各自的优点 提高密封效果 组合密封的方式很多 不一一列举 组合式密封 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 五 轴承组合的配合 内圈孔与轴的配合 基孔制 外圈与轴承座孔的配合 基轴制 配合是指内圈与轴颈 外圈与轴承座孔的配合 配合选用原则 1转动的套圈紧一些 不转动的套圈松一些2转速高 载荷大 振动大 尺寸大的轴承 配合紧一些 滚动轴承作为一种通用的标准件 规定采用以下配合类型 配合的标注方法 见邱P391图 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制 当按国家标准选取时 其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些 常用的轴公差代号有k6 m6 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 滚动轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制 当按国家标准选取时 其配合要比圆柱公差的同类配合要稍紧一些 常用的孔公差代号有H7 J7 Js7 山东大学专用作者 潘存云教授 装拆滚动轴承时 要特别注意以下两点 六 滚动轴承的安装与拆卸 1 不允许通过滚动体来传力 以免使滚道或滚动体造成损伤 2 由于轴承的配合较紧 装拆时应使用专门的工具 错误的施力 正确的施力 错误 正确 山东大学专用作者 潘存云教授 潘存云教授研制 滚动轴承的安装 潘存云教授研制 装内圈于轴上 外圈的拆卸 内外圈上同时受力 潘存云教授研制 内圈的拆卸 山东大学专用作者 潘存云教授 对于一根轴上两个支承的座孔 必须尽可能地保持同心 最好的办法是采用整体结构的外壳 并把两轴承孔一次镗出 正确选择轴承的配合 保证轴承正常运转 防止内圈与轴 外圈与外壳孔在工作时发生相对转动 在安装轴承的过程中 应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上 否则将使轴承损坏 对轴承适当地预紧 以此提高轴承的旋转精度 增加轴承装置的刚度 减小机器工作时轴的振动 滚动轴承的组合设计注意事项 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度 以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏 滚动轴承例题分析 山东大学专用作者 潘存云教授 设根据工作条决定在轴的两端反装两个角接触球轴承 已知轴上齿轮受切向力Ft 2200N 径向力Fr 900N 轴向力Fa 400N 齿轮分度圆直径d 314mm 齿轮转速n 520rpm 运转中有中等冲击载荷 轴承预期计算寿命L h 15000h 设初选两个轴承型号均为7207C 试验算轴承是否可达到预期计算寿命的要求 解 1 求径向载荷先求两处径向载荷垂直和水平分量 山东大学专用作者 潘存云教授 求总径向载荷 2 求两轴承的计算轴向力Fd1和Fd2 查表得7207C轴承的基本额定动载荷与基本额定静载荷为C 30500NC0 20000N 对于70000C型轴承 内部轴向力 其中e为判断系数 按下表13 5选取 山东大学专用作者 潘存云教授 山东大学专用作者 潘存云教授 Fd1 eFr1 Fd2 eFr2 于是Fa1 Fae Fd2 Fa2 Fd2 605 05N Fa1 C0 1005 05 20000 0 0503 Fa2 C0 605 05 20000 0 0303 重新查表选取判断系数e 内部轴向力 0 4 875 65 350 26N 0 4 1512 62 605 05N 400 605 05 1005 05N 山东大学专用作者 潘存云教授 线性插值的原理 角的正切值为对边比邻边 山东大学专用作者 潘存云教授 重新查表选取判断系数e 重新计算轴向力Fd1 e1Fr1 0 422 875 65 369 52N Fd2 e2Fr2 0 401 1512 62 606 56N e1 0 422e2 0 401 Fa1 Fae Fd2 Fa2 Fd2 606 56N Fa1 C0 1006 56 20000 0 05033 Fa2 C0 606 56 20000 0 03033 两次计算Fa2 C0结果相差不大 故取 重新计算轴向力 e1 0 422 e2 0 401 Fa1 1006 56N Fa2 606 56N 400 606 56 1006 56N 山东大学专用作者 潘存云教授 3 求轴承的当量载荷P1和P2 查下页表并插值可求得径向载荷系数X和轴向载荷系数Y 山东大学专用作者 潘存云教授 对轴承1X1 0 44Y1 1 327 轴承2X2 1Y2 0 山东大学专