机械设计9—滚动轴承

,12-1概述,滚动轴承是标准件，主要掌握合理选择和合理使用。,一、构造,特点：最常用的标准件之一（互换性好），摩擦阻力小，起动灵活，效率高，只需选择计算，无需设计。但抗冲击能力差，径向尺寸较大，高速重载时寿命较低，噪音较大，有些场合无法使用。,二、材料,12-2滚动轴承的类型和代号,一、滚动轴承的类型,1.按承载能力分,接触角：指滚动体和外圈滚道接触处中点的法线nn与半径方向所夹的锐角。标志轴承承受轴向载荷与径向载荷的分配关系，越大，承受轴向载荷能力越强。,偏移角：它是指内、外圈轴线相对倾斜时夹之锐角。,2.按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承,运转灵活，但承载能力低。,承载能力高，但运转不如球轴承灵活。,二、滚动轴承的代号,代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。,数字或字母表示不同类型的轴承,表示结构、内径相同的轴承在外径和宽度（高度）方面的变化系列,表示轴承公称内径的大小20480mm代号5=内径mm,.有特殊要求时使用,表示轴承结构、形状、材料、公差等级等,二一,五,内径代号特殊情况：,但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。,轴承代号举例,6224,内径尺寸d=24x5=120mm,尺寸系列（0）2，宽度系列0省略，直径系列2,轴承类型深沟球轴承,7310AC,公称接触角=25。,内径尺寸d=10 x5=50mm,尺寸系列（0）3，宽度系列0省略，直径系列3,轴承类型角接触球轴承,三、滚动轴承的选择,1.球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。,承载能力：球轴承滚子轴承,耐冲击：球轴承滚子轴承,nlim：球轴承滚子轴承,载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高时选球轴承。,2.载荷性质,同时Fa、Fr：角接触球轴承或圆锥滚子轴承；,Fr大、Fa小：深沟球轴承；,Fa大、Fr小：角接触推力轴承；,3.轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：调心轴承。,4.轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3类)。,5.经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度价格,12-3滚动轴承的工作情况分析,FR,一、向心滚动轴承的载荷分布,滚动轴承工作时，在FR作用下通常只有半圈滚动体受载。,二、应力变化规律外圈不动，内圈随轴转动,内圈或滚动体上某一点H的变化规律。,外圈上某一点H的变化规律。,12-4滚动轴承的寿命计算,一、滚动轴承的失效形式,疲劳点蚀：脉动循环接触应力内外圈滚道或滚动体产生疲劳点蚀振动和噪音塑性变形：静载荷或冲击变形凹坑3.磨损：磨粒磨损、粘着磨损,二、滚动轴承的计算准则,1.正常运转的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计算。重点,2.转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，需计算静强度。,三、基本额定寿命和基本额定动载荷,轴承寿命：在脉动循环变化的接触应力作用下，轴承任何一个元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下工作的小时数。,基本额定寿命：一批在相同条件下运转的近于相同的轴承，其中10%轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数或工作小时数。L10表示。,1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。,2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。,基本额定动载荷：基本额定寿命为106r时，轴承能承受的最大载荷，用C表示。,向心轴承：纯径向载荷推力轴承：纯轴向载荷角接触或圆锥滚子轴承：径向分量,C是衡量轴承抵抗疲劳点蚀能力的主要指标,4.寿命计算公式,上式中：n轴承的转速，r/minC轴承的基本额定动载荷，由型号查表。P轴承的当量动载荷，Nft温度系数，查表。寿命指数，球轴承=3,滚子轴承=10/3,四、滚动轴承的当量动载荷,P=fp（XFr+YFa）式中：fp载荷系数，考虑机器冲击振动,查表12-4Fr轴承所受径向载荷，NFa轴承所受轴向载荷，NX径向动载荷系数，查表12-3Y轴向动载荷系数，查表12-3,1.向心球轴承（6类）,型号,C0,12.3Fa/C0,e,Fa/Fr,e,e,X=0.56Y查表,X=1Y=0,例：计算下列一对6207轴承的当量动载荷P1和P2。取fP=1,解：查表得C0=15200N,Fa/C0=FA/C0=900/15200=0.059,插值计算得e=0.262,Fa/Fr1=900/1000=0.9e故X1=0.56,Y1=1.69（插值）,Fa/Fr2=900/2100=0.43e故X2=0.56,Y2=1.69（插值）,当量动载荷P1=fP(X1Fr1+Y1Fa1)=0.56x1000+1.69x900=2081NP2=fP(X2Fr2+Y2Fa2)=0.56x2100+1.69x900=2697N,例:一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=40mm，转速n=2500r/min，已知Fr1=Fr2=1810N，轴向外载荷FA=740N，预期寿命Lh=10000h，fP=1，ft=1。试选择轴承的型号。,解：拟选用6208，查表手册得C0=18000N，C=29500N,Fa/C0r=FA/C0r=740/18000=0.04,查表13-5e=0.24,Fa/Fr=740/1810=0.4e故X=0.56,Y=1.8,当量动载荷P=fP（XFr+YFa）=0.56x1810+1.8x740=2346N,轴承适用,2.角接触球轴承（7类）和圆锥滚子轴承（3类）的轴向载荷Fa的计算,（1）由于这些轴承存在接触角，正是这种轴承的内部结构特点，伴随径向载荷会产生内部轴向力派生（内部）轴向力S,S方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上。,（a）当,轴右移趋势2被“压紧”,1被“放松”,2上的派生轴向力由Fs2增大到Fa+Fs1,阻止轴右移,（b）当,轴左移趋势1被“压紧”,2被“放松”,1上的派生轴向力由Fs1增大到Fs2-Fa,阻止轴左移,Fa1=maxFs1,|Fs2-FA|,Fa2=maxFs2,|Fs1+FA|,（a）当,轴右移趋势1被“压紧”,2被“放松”,1上的派生轴向力由Fs1增大到Fa+Fs2,阻止轴右移,（b）当,轴左移趋势2被“压紧”,1被“放松”,2上的派生轴向力由Fs2增大到Fs1-Fa,阻止轴左移,Fa1=maxFs1,|Fs2+FA|,Fa2=maxFs2,|Fs1-FA|,S存在3型、7型轴承成对使用，使S1与S2方向相反，使轴受力合理。,例:计算下列一对7207AC轴承的当量动载荷P1和P2。fP=1S=0.68Fr，e=0.68，Fa/Fre时，X=1Y=0Fa/Fre时，X=0.41Y=0.87,解：S1=0.68Fr1=0.68x1000=680NS2=0.68Fr2=0.68x2100=1428N,Fa1=max680，528=680N,Fa2=max1428，1580=1580N,Fa1/Fr1=680/1000=0.68=eX1=1Y1=0,Fa2/Fr2=1580/2100=0.75eX2=0.41Y2=0.87,P1=fP(X1Fr1+Y1Fa1)=1x1000+0 x680=1000NP2=fP(X2Fr2+Y2Fa2)=0.41x2100+0.87x1580=2236N,例:已知轴承承受的径向载荷Fr1=918N，Fr2=2245N，轴向外载荷FA=230N，轴颈直径d=35mm，转速n=2890r/min，运转中有中等冲击，常温工作，预期寿命50000h，现拟选用一对30207，试问轴承是否适用？S=Fr/2Y，e=0.37，Fa/Fre时，X=1Y=0Fa/Fre时，X=0.4Y=1.6,解：S1=Fr1/2Y=918/2x1.6=287NS2=Fr2/2Y=2245/2x1.6=702N,Fa1=max287，932=932N,Fa2=max702，57=702N,Fa1/Fr1=932/918eX1=0.4Y1=1.6,Fa2/Fr2=702/2245=0.312P1，故只按轴承2计算寿命即可，C=54200N,结论：轴承适用。,9-5滚动轴承的组合设计,轴承的组合设计实际上就是如何在机器中合理的使用轴承。组合设计中主要应考虑以下几个方面的问题：,一、支承刚度和同轴度,二、滚动轴承轴系的固定,通过轴承与轴和轴承座之间的连接固定，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地传到机架上去，防止轴沿轴向窜动。,2）受热膨胀时，轴能自由伸缩。,1.双支点单向固定（两端单向固定）,6类,3类和7类,安装时，轴承外圈与端盖间隙：0.250.4mm,允许轴少量热膨胀，用垫片或调整螺钉调节。,每个轴承承受一个方向的轴向力。组合后，限制轴双向移动。,用于l400mm，t小的短轴,2.一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）,用于l400mm，t较大短轴,固定端：承受双向轴向力游动端：补偿轴的热伸长，防止卡死,3.两端游动,三、轴承的轴向固定及装拆,1.轴承内、外圈的轴向固定,2.装拆,温差法（大尺寸轴承）：热油8090加热轴承或干冰冷却轴颈。,压入法（大批量）：中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入。,轴肩高度低于内圈高度的3/4。,四、滚动轴承的配合,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,内圈孔与轴的配合为基孔制，外圈与轴承座孔的配合为基轴制。m6k6j6js6松紧G7H7J7,转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。,转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；游动套圈配合应松。,五、调整,1.轴承间隙的调整,2.轴承的预紧,用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙。,目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动。,3.轴承组合位置的调整,用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件:,当dn(1.52)105mmr/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。,脂润滑：装填量轴承空