第十六章 滚动轴承

第十六章滚动轴承 组成 材料 滚动体与内外圈材料应具有高硬度和接触疲劳强度 良好的耐磨性和冲击韧性 一般用含铬合金钢并进行热处理 工作表面经磨削和抛光 保持架一般用低碳钢板冲压制成 高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料 优点 摩擦阻力小 起动灵敏 效率高 润滑简便和易于互换 所以应用广泛 缺点 抗冲击能力较差 高速时出现噪声 工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承 应用 滚动轴承已经标准化 对其设计是熟悉标准 正确选用滚动轴承 第十六章滚动轴承 16 1滚动轴承的基本类型和特点 一 公称 接触角 P252表16 1 滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面间的夹角 是滚动轴承的一个主要参数 轴承的受力分析和承载能力等都与 有关 越大 轴承承受轴向载荷的能力越大 二 滚动轴承的基本类型 P253 254表16 2 通常按其承载方向 或接触角 和滚动体的形状分类 按工作时能否调心分 刚性轴承 能阻抗滚道间轴心线不准位的轴承调心轴承 能适应滚道间轴心线间的角偏差及角运动 滚道是球形的轴承 调心轴承 径向 角 轴向接触轴承 三 滚动轴承的性能承载能力在同样外形尺寸下 滚子轴承的承载能力约为球轴承的1 5 3倍 所以 在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承 但当轴承内径d 20mm时 考虑价格性能比 球轴承承载能力稍低但价优 可优选球轴承 压力角与承载能力角接触轴承可同时承受径向和轴向裁荷 角接触向心轴承 0 45 以承受径向载荷为主 角接触推力轴承 45 90 以承受轴向载荷为主 轴向接触 90 推力轴承只能承受轴向载荷 径向接触 0 向心轴承 当以滚子为滚动体时 只能承受径向载荷 当以球为滚动体时 能承受一定的双向轴向载荷 深沟球轴承结构简单 价格便宜 应用最广泛 极限转速 P253表16 2 定义 滚动轴承在一定载荷和润滑条件下允许的最高转速 影响 滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温 润滑失效 从而导致滚动体回火或胶合破坏 降低极限转速的方法 提高轴承精度 改善润滑和冷却条件 选用青铜保持架等 角偏差 P253表16 2 轴承由于安装误差或轴的变形等引起内外圈中心线发生相对倾斜 其倾斜角 称为角偏差 过大会影响轴承正常工作 减小角偏差的措施 使用调心轴承 16 2滚动轴承的代号 滚动轴承已标准化 其代号由字母和数字组成 分为基本代号 前置代号和后置代号三部分 其排列顺序为 例 P257例6 1 16 3滚动轴承的选择计算 一 失效形式滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷Fa作用下 可认为各滚动体所受载荷相等 当轴承受纯径向载荷Fr作用时 假设在Fr作用下内外圈不变形 内圈沿Fr方向下移 上半圈滚动体不承载 下半圈各滚动体承受不同载荷 Fr作用线最下位置的滚动体承载最大 Fmax 对于 0 的向心轴承 可以导出Fmax 5Fr z z 滚动体数目 径向载荷的分布 由于上述原因 滚动轴承的失效形式主要有 1 疲劳破坏 工作过程中 滚动体与滚道接触表面所受变应力可近似看作脉动循环变应力 脉动接触应力使滚道表面形成疲劳点蚀 致使轴承不能正常工作 疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式 2 永久变形 当轴承在很大的静载荷或冲击载荷作用下 轴承滚道和滚动体接触处将产生永久变形 滚道表面形成变形凹坑 使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声 以致轴承不能正常工作 此外 由于使用维护和保养不当或密封润滑不良等因素 也能引起轴承早期磨损 胶合 内外圈和保持架破损等不正常失效 二 轴承寿命定义 轴承的一个套圈或滚动体的材料首先出现疲劳点蚀前 一个套圈相对于另一套圈的总转数 或在某一转速下的工作小时数 称为轴承的寿命 寿命的表示 一组同型号轴承 由于材料 热处理和工艺等因素的影响 即使在相同条件下运转 寿命也不一样 通常用在一定可靠度下的寿命来表示轴承寿命 可靠度试验表明 轴承可靠性与寿命间存在一定关系 如P258图16 6所示 轴承寿命的可靠度 一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率 额定寿命 一组同一型号轴承在同一条件下运转 其可靠度为90 时 能达到或超过的寿命称为基本额定寿命 记作L 单位 106 百万 r 或Lh 单位 h 小时 基本额定动载荷C 当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为一百万转时 轴承所能承受的载荷 滚动轴承的基本额定寿命L 106r 与基本额定动载荷C N 当量动载荷P N 间的关系为 寿命指数 球轴承 3 滚子轴承 10 3 C 基本额定动载荷 对于向心轴承 为径向额定动载荷Cr 对推力轴承 为轴向额定动载荷Ca C Cr Ca在本书附表1 2 3中查找 P295 实际计算时 用小时表示轴承寿命 式中 n为轴的转速 r min 引入温度系数ft 考虑温度 100 时的影响 和载荷系数fF 考虑工作时的冲击和振动等的影响 后的寿命公式为 由上两式可迅速确定轴承的寿命或型号 P262例16 2 三 当量动载荷的计算滚动轴承的基本额定动载荷是在一定条件下确定的 对向心轴承是指承受纯径向载荷 对推力轴承是指承受中心轴向载荷 若轴上实际既有径向载荷又有轴向载荷时 必须将实际载荷换算成与试验条件相同的假定载荷 即当量动载荷 当量动载荷的计算公式为 P XFr YFa 16 4 式中 Fr Fa分别为轴承的径向和轴向载荷 N X Y分别为径向和轴向动载荷系数 可按Fa Fr e和Fa Fr e两种情况由P260表16 2查得 参数e反映了轴向载荷对轴承承载能力的影响 其值与轴承类型及Fa C0r有关 C0r 轴承的径向额定静载荷 对向心轴承 P Fr X 1Y 0 对推力轴承 P Fa X 0Y 1 四 角接触向心轴承轴向载荷的计算当角接触向心轴承承受径向载荷Fr时 作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Fi可分解为径向分力Fi 和轴向分力Fi 各滚动体上所受轴向分力之和即为轴承的内部轴向力F F 可按P261表16 13中公式近似求得 平衡角接触向心轴承内部轴向力是通过成对使用 对称安装轴承来完成的 支反力作用点常靠近外圈窄边处 为简化计算 通常可认为支反力作用在轴承宽度的中点安装方式 正装 两外圈窄边相对 反装 两外圈宽边相对 轴向载荷计算方法 确定内部轴向力方向 向开口处 计算并比较两个方向的轴向力 判断放松端 放松端轴承的轴向力 本身内部轴向力 压紧端轴承的轴向力 除本身内部轴向力外其余轴向力的代数和 若FA F2 F1 则轴承1被压紧 轴承2放松 则 Fa1 FA F2 Fa2 F2 若FA F2 F1 则轴承1放松 轴承2被压紧 则 Fa1 F1 Fa2 F1 FAP262例16 3 五 滚动轴承的静载荷计算滚动轴承的静载荷是指轴承内外圈之间相对转速为零或接近为零时作用在轴承上的载荷 为了限制滚动轴承在过载或冲击载荷下产生的永久变形 有时还需按静载荷进行校核 参阅有关机械设计手册 16 4滚动轴承的润滑和密封 润滑和密封 对滚动轴承的使用寿命具有重要意义 润滑的目的 减小摩擦 磨损 吸振 降温 降噪等 密封的目的 防灰 防水和防止润滑剂流失 一 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂 润滑油或固体润滑剂 通常用润滑脂润滑 当轴承附近有润滑油源时 也可采用润滑油润滑 具体选择按速度因素dn值来定 dn 1 5 2 105mmr min时 用润滑脂 否则用润滑油 d 轴承内径 mm n 轴承转速 r min dn间接地反映了轴颈的圆周速度 润滑油的粘度可按dn和工作温度t来确定 油量不宜过多 若用浸油润滑 油面高度应不越过最低滚动体的中心 以免产生过大的搅油损耗和热量 高速轴承通常采用滴油或喷雾方法润滑 二 滚动轴承的密封滚动轴承密封方法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 密封方法可分为两类 接触式密封 毛毡圈密封 密封圈密封非接触式密封 间隙密封 迷宫式密封密封型式 适用范围和性能可参见P264表16 4 组合密封 16 5滚动轴承的组合设计 为保证轴承在机器中正常工作 除合理选择轴承类型 尺小外 还需正确进行轴承的组合设计 轴承的组合设计包括 轴承的轴向定位 与其它零件的配合 间隙调整 装拆和润滑密封等 一 轴承的固定 有两种方式 两端固定 适合工作温度变化不大的短轴 在轴承盖与外圈端面间应留出热补偿间隙c 0 2 0 3mm 内圈用轴肩 外圈用结构 如端盖 固定 一端固定 一端游动 适合工作温度变化较大的长轴 游动支点用深沟球轴承时 应在轴承外圈与端盖间留适当间隙 游动支点用圆柱滚子轴承时 轴承外圈应作双向固定 以免内外圈同时移动 造成过大错位 一个支点被双向固定 另一支点 游动支点 可轴向移动 不能承受轴间载荷 二 轴承组合的调整轴承间隙的调整轴承间隙的调整方法有 加减轴承盖与机座间的垫片厚度 用螺钉通过压盖移动外圈位置 并用锁紧螺母防松 1螺钉2轴承外圈压盖3锁紧螺母 轴承的预紧对某些可调游隙式轴承 在安装时给予一定的轴向压紧力 预紧力 称为轴承的预紧 预紧使内外圈产生相对位移而消除游隙 并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形 从而提高轴的旋转精度和刚度 顶紧力可以利用金属垫片或磨窄套圈等方法获得 轴承组合位置的调整轴承组合位置调整的目的 是使轴上零件 如齿轮 带轮等 具有准确的工作位置 如 圆锥齿轮传动 要求两个节锥顶点相重合 蜗杆传动 要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线等 垫片1 2 圆锥齿轮轴承组合位置的调整套杯与机座间的垫片1用来调整圆锥齿轮轴的轴向位置 垫片2用来调整轴承游隙 三 滚动轴承的配合滚动轴承是标准件 故轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制 轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制 选择配合时 应考虑载荷方向 大小和性质及轴承类型 转速和使用条件等因