第四篇滚动轴承.ppt

第十三章滚动轴承 滚动轴承主要依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的 13 1概述 一 构造内圈 与轴径接触 外圈 安装在轴承座孔内 滚动体 使相对运动间的滑动摩擦变为滚动摩擦 保持架 使滚动体等距离分布 并减少滚动体间的摩擦和磨损 二 材料 保持架 低碳钢 铜合金或塑料 聚四氟乙烯 内 外圈和滚动体 一般用高碳铬轴承钢或渗碳轴承钢 如 GCr15 GCr15 SiMn等 热处理后硬度不低于60HRC 三 滚动轴承优缺点优点 1 起动力矩小 有利于在负载下起动 2 运转精度高 可用预紧方法消除游隙 3 轴向尺寸小 结构紧凑 4 某些轴能同时承受Fr和Fa 使机器组合结构简单 5 润滑方便 简单 易于密封和维护 6 不需要用有色金属 7 标准化程度高 成批生产 成本较低 缺点 1 承受冲击载荷能力差 2 高速重载寿命较低 3 高速时噪音 振动较大 4 径向尺寸较大 相对于滑动轴承 应用 广泛应用于中速 中载和一般工作条件下运转的机械设备 三 滚动轴承优缺点 接触角 一 滚动轴承的主要类型 性能与特点按可承受的载荷方向不同 滚动轴承分为三类 能同时承受径向力和较大的轴向力 主要用来承受轴向力 主要用来承受径向力 向心轴承 向心推力轴承 推力轴承 13 2滚动轴承的主要类型及选择 按轴承的结构形式不同分类 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12 调心球轴承 推力球轴承50000 滚针轴承a NA0000b RNA0000 一 轴承的载荷 大小 滚子轴承 球轴承 方向 二 滚动轴承类型的选择 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 二 轴承的转速考虑因素 1 球轴承极限转速 滚子轴承极限转速2 在内径相同时 外径越小更适用于高速转动3 保持架的材料和结构4 推力轴承的极限转速均很低5 转速不合适时 选精度高 三 轴承的调心性能当轴的刚性较差或轴承孔不同心时应用调心轴承 四 轴承的安装和拆卸为便于装拆和间隙调整 可选用内 外圈分离的轴承 错误的施力 正确的施力 五 市场性与经济性优先选用容易购买的轴承 球轴承比滚子轴承便宜 前置代号 表示轴承的分部件 基本代号 表示轴承的类型与尺寸等主要特征 后置代号 表示轴承的精度与材料的特征 轴承代号由三部分组成 前置代号 基本代号 后置代号 13 3滚动轴承的代号 30213 30213的含义 7 0 312AC P6 7312AC P6的含义 轴承代号示例 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 25mm 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 25 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 一 轴承工作时轴承元件上的载荷分布受纯轴向载荷时 各滚动体受力相同 受纯径向载荷Fr时 通常上半圈滚动体不受力 下半圈各滚动体受力大小方向均不同 13 4滚动轴承的工作情况 Fmax 二 轴承元件上的应力变化 内圈转动 外圈不转动为例 1 滚动体 周期性不稳定变应力2 外圈 脉动循环变应力3 内圈 周期性不稳定变应力 三 轴向载荷对载荷分布的影响接触角 向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与半径方向的夹角 载荷角 轴承实际承受的径向载荷R与轴向载荷A的合力与半径方向的夹角 Fa 说明 由于滚动体与滚道接触点的法线与轴承中心平面有接触角 角接触轴承中会产生附加轴向力Fd 角接触轴承中的附加轴向力Fd的方向 由轴承外圈的宽边指向窄边 通过内圈作用于轴上 由于角接触轴承产生附加轴向力 故应成对使用 当一个滚动体受载时 当多个滚动体受载时 13 5滚动轴承尺寸的选择 一 滚动轴承的失效形式及基本额定寿命 主要失效形式有 1 疲劳点蚀是最常见的失效形式 2 塑性变形3 磨粒磨损 粘着磨损 胶合 点蚀 多尘条件下工作的轴承 易产生磨粒磨损 润滑不良的高速轴承 易产生粘着磨损 胶合 更多的失效 磨损 胶合 滚动轴承的寿命 是指轴承中任一元件出现点蚀之前 轴承的转数或相应的运转小时数 基本额定寿命 一组在相同条件下 常规运转条件 运转的近于相同的轴承 常用材料和加工质量 将其可靠度为90 时的寿命作为标准寿命 用L10 r 或L10h h 表示 二 基本额定动载荷C基本额定动载荷 使轴承的基本额定寿命恰好为106转时 轴承所能承受的载荷值 用字母C表示 三 滚动轴承寿命的计算公式 基本额定寿命计算式 四 滚动轴承的当量动载荷 在进行轴承寿命计算时 应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致当量动载荷 用字母P表示 各类轴承的当量动载荷可按下式计算 式中 Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 X Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数 为了计及实际载荷波动的影响 可对当量动载荷乘上一个载荷系数fp 例1 某球轴承 Cr 73 2KN 常温下工作 只受径向力Fr 6100N 轴的转速n 960r min 冲击载荷系数fp 1 2 问 该轴承的基本额定寿命是多少 解 载荷作用中心 各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点 轴向载荷计算 要同时考虑由径向力引起的附加轴向力和作用于轴上的其他工作轴向力 五 角接触轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的计算 1 两种安装形式 正装 面对面 五 角接触轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的计算 1 两种安装形式 反装 背靠背 五 角接触轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的计算 由力的平衡关系进行计算 若Fae Fd2 Fd1时 相当于轴承1被 压紧 产生一附加轴向力Fs1 轴承2被 放松 轴承1的轴向力为Fa1 Fs1 Fd1 Fae Fd2轴承2的轴向力为Fa2 Fd2 由力的平衡关系进行计算 若Fae Fd2 Fd1时 相当于轴承2被 压紧 产生一附加轴向力Fs2 轴承1被 放松 轴承1的轴向力为Fa1 Fd1轴承2的轴向力为Fd1 Fs2 Fd2 Fae Fa2 Fd1 Fae 总结 1 先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析 判断轴承的压紧或放松状态 2 压紧的轴承的轴向力等于除本身内部轴向力外 所有轴向力之代数和 3 放松的轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力 例2 如图所示 一轴上装有一对7210型角接触球轴承支承 Fre 700N Fae 100N Fd 0 4Fr 求Fa1 Fa2 一轴上装有一对6205轴承支承 Fre 3000N Fae 500N 如图所示 轴的转速n 960r min 冲击载荷系数fp 1 2 试分析图中哪个轴承寿命低 是多少 例3 例4 如图所示 根据工作条件决定在轴上反装一对7310型角接触球轴承支承 Fr1 1500N Fr2 1830N Fae 340N Fd 0 4Fr 求Fa1 Fa2 如图所示的支承结构 采用角接触球轴承 附加轴向力为Fd 0 7Fr 轴上装有一标准斜齿圆柱齿轮 齿轮参数为mn 4 Z 30 10 输入功率P 5KW 轴的转速为1000r min 主动轴 试求 1 齿轮所受力的大小和方向 2 支反力的大小 3 轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2 例5 作业 1 有一支承采用36000型轴承支承 Fd 0 4Fr 已知 Fre 2000N Fae 1000N 结构尺寸如图 试计算轴承的轴向载荷 2 有一支承采用36000型轴承支承 Fd 0 4Fr 已知 Fre 2000N Fae 1000N 结构尺寸如图 试计算轴承的轴向载荷 七 滚动轴承的静载荷 对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承 其失效形式不是疲劳点蚀 而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形 在国家标准中 对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限 基本额定静载荷 用C0表示 基本额定静载荷 径向C0r 轴向C0a 轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假想径向静载荷或中心轴向静载荷 当量静载荷同时受径向载荷和轴向载荷的轴承 应按当量静载荷进行分析计算 计算方法如下 P0 X0Fr Y0Fa式中 X0 Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数 可查取 按轴承静承载能力选择轴承的公式为 式中 S0为静强度安全系数 可由设计手册查取 一 支承部分的刚性和同心性二 轴承的配置 13 6轴承装置的设计 通过轴承与轴和轴承座之间的联接固定 使轴系在机器中有确定的位置 要求 1 使轴上的载荷能可靠的传到机架上去 防止轴沿轴向串动 2 受热膨胀时 轴能自由伸缩 典型的轴系固定方法主要有三种 1 双支点各单向固定最常用 结构简单 安装调整方便 适于普通工作温度下较短轴 跨距l 400mm 的支承 一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动 另一端轴承的固定限制另一方向的串动 两端轴承的固定共同限制轴的双向串动 靠外圈端面与轴承端盖间留有间隙补偿轴的受热伸长 间隙的大小或轴承内轴向游隙的大小靠端盖与轴承座端面间调整垫片条调节 两端单向固定 两端固定支承 两端固定支承 2 一支点双向固定 另一端支点游动一端轴承的内 外圈均双向固定即限制轴的双向串动 另一端轴承不固定 为游动支承 特点 轴的位置准确 但结构较复杂 适用于转速较高 温差较大和跨距较大长轴 L 350mm 演示1 2 3 4 5 6 7 8 17 40 一端固定 一端游动 固定支承 游动支承 一个支点双向固定以承受轴向力 另一端游动 选用深沟球轴承时 外圈与端盖间应留有间隙 3 两端游动支承 人字齿轮高速主动轴两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动 均为游动支承 例如 人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承 但大齿轮的轴向位置必须固定 使轴能左右双向游动以自动补偿轮齿左右两侧螺旋角的制造误差 使轮齿受力均匀 采用圆柱滚子轴承 靠滚子与外圈间的游动来实现 三 滚动轴承的轴向紧固内圈 轴肩 套筒 圆螺母及止动垫圈 轴用弹性挡圈外圈 轴承端盖 孔用弹性挡圈 套筒 杯 座孔凸台四 滚动轴承的配合 配合过紧 游隙过小或消失 影响轴承正常运转 f 发热 易损坏配合过松 游隙增大 影响旋转精度 且受载滚动体数 承载能力 轴承内圈与轴 基孔制 常用 js6 j6 k6 m6 n6松 紧轴承外圈与轴承座孔 基轴制 常用 G7 H7 JS7 J7松 紧一般说来 尺寸大 载荷大 振动大 转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合 而经常拆卸或游动套圈则采用较松的配合 五 轴承游隙及轴上零件位置的调整 加减垫片的厚度 轴承间隙的调整 螺钉调整 方法 方法一 方法二 螺钉调整 六 滚动轴承的预紧 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 预紧的目的 1 增加轴承刚度 2 提高旋转精度 3 减小振动和噪音 延长轴承寿命 预紧方法 加金属垫片 磨窄套圈 七 滚动轴承的润滑 润滑的目的 降低摩擦阻力和减轻磨损 也有吸振 冷却 防锈和密封等作用 润滑方式的选择 一般高速时采用油润滑 低速时采用脂润滑两类 选择润滑方式时 可查阅各类润滑方式的dn值界限表 作用 阻止润滑剂流失 也防止外界灰尘 水 酸气和其它杂物进入轴承 密封装置可分为 非接触式密封和接触式密封 八 滚动轴承的密封装置 13 7其他 一 高速滚动轴承简介二 高温滚动轴承简介三 滚动轴承与滑动轴承的比较表13 11 例1 2 3 4 17 40 1若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度 宜选用类型代号为的轴承 A 1或2B 3或7C N或NUD 6或NA2一根轴只用来传递转矩 因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上 各支点轴承应选用 A 深沟球轴承B 调心球轴承C 圆柱滚子轴承D 调心滚子轴承3滚动轴承内圈与轴颈 外圈与座孔的配合 A 均为基轴制B 前者基轴制 后者基孔制C 均为基孔制D 前者基孔制 后者基轴制4为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好 轴承的圆角半径r与轴肩处圆角半径r1应满足的关系 A r r1B r rlC r r1D r rl 1A 2B 3D 4B 17 40 5不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷 A 圆锥滚子轴承B 角接触球轴承C 深沟球轴承D 圆柱滚子轴承6只能承受轴向载荷 A 圆锥滚子轴承B 推力球轴承C 滚针轴承D 调心球轴承7通常应成对使用 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 推力球轴承D 圆柱滚子轴承8跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 调心滚子轴承D 圆柱滚子轴承 5D 6B 7B 8C 17 40 9不是滚动轴承预紧的目的 A 增大支承刚度B 提高旋转精度C 减小振动噪声D 降低摩擦阻力10滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承能达到的寿命 A 99 B 90 C 95 D 50 11适用于多支点轴 弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 角接触球轴承D 调心轴承12角接触轴承承受轴向载荷的能力 随接触角的增大而 A 增大B 减小C 不变D 不定 9D 10B 11D 12A 17 40 13 滚动轴承的基本额定动载荷是指 A 基本额定寿命为106转时 轴承所能承受的最小载荷B 在标准试验载荷作用下 轴承所能承受的载荷C 运行106转时 不发生疲劳点蚀的概率为90 时的恒定载荷D 同一批轴承进行寿命试验中 破坏率达到10 时所对应的载荷 C 14 某球滚动轴承的预期寿命L10h是 当当量动载荷P增大到2P 转速由n增大到2n时 其寿命是原来的 A 1 2B 1 8C 1 16D 2 C 15 若一滚动轴承的基本额定寿命为537000转 则该轴承所受的当量动载荷 基本额定动载荷 A大于B等于C小于 A 17 40 16 在保证轴承工作能力的条件下 调心球轴承内 外圈轴线间可倾斜的最大角度为 而深沟球轴承内 外圈轴线间可倾斜的最大角度为 A3 4 B8 16 C1 2 D2 3 17 采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是 A提高轴承的旋转精度B提高轴承的承载能力C降低轴承的运转噪声D提高轴承的使用寿命18 各类滚动轴承的润滑方式 通常可根据轴承的 来选择 A转速nB当量动载荷PC轴颈圆周速度vD内径与转速的乘积dn 16 B17 A18 D 17 40 19 下列各类轴承中 能很好地承受径向载荷与轴向载荷的联合作用 而则具有良好的调心作用 A 短圆柱滚子轴承B 推力球轴承C 圆锥滚子轴承D 调心滚子轴承E 深沟球轴承20 只能承受轴向载荷的滚动轴承的类型代号为 轴承必须成对使用 A 6 型B N 型C 7 型D 5 型21 下列四种型号的滚动轴承中 只能承受径向载荷的是 A6208B N208C 3208D 5120822 代号为7212AC的滚动轴承 对它的承载情况描述最准确的是 A 只能承受径向负荷B 单个轴承能承受双向轴向负载C 只能承受轴向负载D 能同时承受径向负荷和单向轴向负荷 19 CD20 DC21 B22 D 17 40 26 以下各滚动轴承中 承受径向载荷能力最大的是 能允许的极限转速最高的是 AN309 P2B6209C30209D630927不属于非接触式密封 间隙密封 曲路密封 端面密封 螺旋密封28 对滚动轴承进行油润滑 不能起到的作用 A 降低摩擦阻力B 加强散热 降低温升C 密封D 吸收振动29 在进行滚动轴承组合设计时 对支承跨距很长 工作温度变化很大的轴 为适应轴有较大的伸缩变形 应考虑 A 将一端轴承设计成游动B 采用内部间隙可调整的轴承C 采用内部间隙不可调整的轴承D 轴颈与轴承内圈采用很松的配合 26 AB27 C28 C29 A 17 40 30 对滚动轴承进行密封 不起的作用 A 防止外界灰尘侵入B 降低运转噪音C 防止润滑剂外漏D 阻止箱内润滑油流入轴承31 滚动轴承中 是必不可少的元件 A 内圈B 外圈C 保持架D 滚动体32 滚动轴承接触式密封是 A 毡圈密封B 油沟式密封C 迷宫式密封D 甩油密封33 如果负荷和工作条件不变 而允许轴承的可靠度取为45 则轴承的工作寿命是原来额定寿命的 A B 相等C 至少5倍 30 B31 D32 A33 C 17 40 23 在滚动轴承工作特性试验中可以发现 负荷一定时 随着转速的提高 摩擦系数f A 不断增大B 不断减小C 开始减小 临界点后有所增大 D 开始增大 临界点后有所减小 24 判断下列轴承的承载的方向 6310可承受 7310可承受 30310可承受 5310可承受 N310可承受 A 径向载荷B 轴向载荷C 径向载荷与单向轴向载荷D 径向载荷与双向轴向载荷25 以下各滚动轴承中 轴承公差等级最高的是 承受径向载荷能力最高的是 AN207 P4B6207 P2C5207 P6 23 D24 DCCBA25 BA 17 40 34 对于工作时外圈旋转而内圈不动的轴承 各元件受的都是 A 对称循环B 脉动循环C 静应力35 转速较高的轴承 宜采用润滑 A 油润滑B 脂润滑36 对于成对正装的3208轴承 只需在加预紧力 即可达到预紧目的 A 内圈B 外圈37滚动轴承的代号由前置代号 基本代号和后置代号组成 其中基本代号表示 A 轴承的类型 结构和尺寸B 轴承组件C 轴承内部结构变化和轴承公差等级D 轴承游隙和配置38滚动轴承的类型代号由表示 A 数字B 数字或字母C 字母D 数字加字母 34 B35 A36 A37A38 B 17 40 39 滚动轴承一般由 所组成 41 额定动载荷是指 外圈 内圈 滚动体 保持架 运行106转时 不发生疲劳点蚀的概率为90 时的恒定载荷 40 滚动轴承代号 6215 的含义是 深沟球轴承 宽度代号0 直径系列代号2 内径代号15 内径尺寸75mm 17 40 42 圆锥滚子轴承的类型代号为 一般能承受载荷和载荷 3 轴向和径向 43 7120AC轴承的内径等于 公称接触角等于 100 25 44 滚动轴承轴系固定的典型结构有 两端单向固定 一端双向固定 一端游动 两端游动 45 若滚动轴承采用脂润滑 则其装脂量一般为轴承内部空间容积的 17 40 46 对于一般转速的滚动轴承 其主要失效形式是疲劳点蚀 47 滑动轴承为标准件 48 说明下列型号滚动轴承的类型 内径 公差等级 直径系列和结构特点 6306 51316 N316 P6 30306 6306 P5 30206 并指出其中具有下列特征的轴承 1 径向承载能力最高和最低的轴承分别是 和 2 轴向承载能力最高和最低的轴承分别是 和 3 极限转速最高和最低的轴承分别是 和 4 公差等级最高的轴承是 5 承受轴向径向联合载荷的能力最高的轴承是 17