机械设计CH13

第十三章滚动轴承,13-1概述,13-2滚动轴承的主要类型和代号,13-3滚动轴承的类型选择,13-4滚动轴承的工作情况,13-5滚动轴承尺寸的选择,13-6轴承装置的设计,13-7滚动轴承与滑动轴承性能对照,13-8滚动轴承例题分析,概述,滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。,概述,滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。,本章主要讲授：滚动轴承的类型和代号（认识轴承）；滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）；滚动轴承的装置设计。,滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等,虚拟演示,(各类滚动体),类型和代号1,滚动轴承的主要类型和代号,一、滚动轴承的分类,夹角叫作轴承的接触角；夹角叫作载荷角。,按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承；,按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承；,按轴承的结构形式不同分类,类型和代号2,滚动轴承的主要类型和代号,在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列类:,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,调心球轴承,更多的滚动轴承,类型和代号3,二、滚动轴承的代号方法,滚动轴承的主要类型和代号,滚动轴承代号构成：,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。,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。,类型和代号4,内径代号：内径代号5=内径，如：08表示轴承内径d=508=40mm。,类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。,公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。,以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级不标注。,滚动轴承的主要类型和代号,特殊情况：,尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。,外径系列代号：有特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)之分。,宽度系列代号：有8、0、1、2、3、4、5和6，对应同一直径系列的轴承，其宽度依次递增。多数轴承在代号中不标出代号0，但对于调心滚子轴承(2类)和圆锥滚子轴承(3类)，宽度系列代号0应标出。,类型代号表,滚动轴承主要类型代号表,类型和代号5,滚动轴承的主要类型和代号,三、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；,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0宽度代号(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。,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，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。,一、滚动轴承选择的一般过程如下：,类型选择2,滚动轴承的类型选择,二、滚动轴承类型选择应考虑的问题,1承受载荷情况,2尺寸的限制,3转速的限制,4调心性要求,方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。,大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。,当对轴承的径向尺寸有较严格的限制时，可选用滚针轴承。,球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。,调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。,更多的滚动轴承,类型选择2,滚动轴承的类型选择,二、滚动轴承类型选择应考虑的问题,5轴承的安装和折卸,在轴座没剖分面而必须沿轴向安装和折卸轴部件时，应先考虑内外圈可分离的。当长轴上安装时，便于装折，选用如图示轴承,工作情况1,滚动轴承的工作情况,滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜（如右图所示）。,工作时，轴承各个元件上载荷及产生的应力是时时变化的，而固定套圈受载最大处的工作状态最为恶劣。,向心推力轴承在纯径向力Fr的作用下会产生派生轴向力Fd。当约有半圈滚动体受载时，Fd计算如下：,详细分析,轴向载荷对载荷分布的影响当只有最下面一个滚动体受载时：Fa=Fd=Frtan,Fa=FdFrtan,当受载滚动体数增多时：,Fa1.25Frtan时一半滚动体受载,滚动轴承尺寸的选择1,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸的选择取决于轴承承受的载荷、对轴承寿命要求以及可靠性的要求等。,滚动轴承的载荷有动载荷与静载荷之分，不同的载荷对应着不同的失效形式。载荷及失效形式的分析是本节的重要内容。,滚动轴承的寿命主要是指轴承的疲劳寿命，由于疲劳寿命与概率密切相关率，因此轴承的寿命必然与可靠性问题相关。,本节从以下方面讲述滚动轴承尺寸的选择：,滚动轴承的失效形式,滚动轴承的寿命计算,滚动轴承的当量动载荷,向心推力轴承的轴向力计算,滚动轴承的静承载能力,滚动轴承尺寸选择的过程,滚动轴承的可靠度,滚动轴承尺寸的选择2,滚动轴承尺寸的选择,一、滚动轴承的失效形式,套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。,点蚀,胶合,断裂,转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。,滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：,磨损,除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如：,这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。,更多的失效,滚动轴承尺寸的选择3,滚动轴承尺寸的选择,二、滚动轴承的寿命计算,滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。,与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。,基本额定寿命：具有90可靠度时轴承的寿命，用L10表示。,轴承的寿命/（106r）,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。,基本额定寿命计算式,滚动轴承尺寸的选择4,滚动轴承尺寸的选择,三、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轴承C值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(查表）,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。,滚动轴承尺寸的选择5,滚动轴承尺寸的选择,四、向心推力轴承的轴向力计算,当FaeFd2Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，,轴承1的轴向力为Fa1FaeFd2轴承2的轴向力为Fa2Fd2,当FaeFd2Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”，,轴承1的轴向力为Fa1Fd1轴承2的轴向力为Fa2Fd1Fae,滚动轴承尺寸的选择6,滚动轴承尺寸的选择,向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为：由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承；,确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力；,被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。,滚动轴承尺寸的选择7,滚动轴承尺寸的选择,五、滚动轴承的静承载能力,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的载荷界限基本额定静载荷，用C0表示。,轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0,即：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，可由轴承手册查取。,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。,滚动轴承尺寸的选择8,滚动轴承尺寸的选择,六、滚动轴承尺寸选择的过程,由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa,例：齿轮轴由一对角接触球轴承支承，轴端径向力Fr=4000N,轴向力Fa2000N。试求：两轴承所受的径向、轴向载荷、当量动载荷（Fd=0.6Fr,判断系数e=0.68,Fa/Fre时，X=1，Y=0；Fa/Fre时,X=0.41，Y=0.87;fp=1),滚动轴承尺寸的选择9,滚动轴承尺寸的选择,七、滚动轴承的可靠度,在一般的工程问题中，均以轴承的基本额定动载荷和基本额定寿命来衡量轴承的承载能力，这时对应的可靠度均为90%。但是，对于航空航天产品、国防装备等，对于轴承的可靠度有更高的要求。这时滚动轴承寿命的计算须引入可靠性系数a1，即修正寿命为：,可靠度不为90%时的额定寿命修正系数a1(GB/T6391-1995),a1也可按下式计算确定：,式中R为要求达到的可靠度。,轴承装置的设计1,轴承装置的设计,轴承的装置设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。,一、滚动轴承的定位和紧固,滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。具体的紧固方法有很多，下面列举常用的方法。,轴承装置的设计2,轴承装置的设计,轴承装置的设计3,轴承装置的设计,三、轴系部件的位置调整,锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。为了便于调整，可将确定其轴向位置的轴承装在一个套杯中，改变套杯在外壳孔中的位置即可方便地对轴系部件进行整体调整。,轴承装置的设计4,轴承装置的设计,四、滚动轴承的润滑与密封,1润滑的目的,润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；,轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；,良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小；,轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。,选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。,2润滑方式的选择,轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。,3密封,作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。,密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。,轴承装置的设计5,轴承装置的设计,五、滚动轴承的配合与装拆,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。,装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造成损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。,1滚动轴承的配合,2滚动轴承的安装与拆卸,轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装在轴上后，其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响。,详细说明,更多图片,错误的施力,正确的施力,轴承装置的设计6,轴承装置的设计,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；,在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：,思考题,、若一滚动轴承的基本额定寿命为521000转，则该轴承所受的当量动载荷基本额定动载荷C。大于等于小于轴承内径相同时，径向尺寸最小的滚动轴承是。深沟球轴承角接触球轴承滚针轴承圆锥滚子轴承单列短圆柱滚子轴承,滚动轴承的基本额定动载荷C、基本额定寿命L10的含义是什么？它们与轴承所受到的径向载荷Fr和轴向载荷Fa之间有何关系？,代号为7309C/P4的滚动轴承，其类型名称为，内径为mm，接触角为，精度等级是_给出滚动轴承的当量静载荷P0的定义。当量静载荷是一个假想载荷，其作用方向与基本额定静负荷相同，而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。,同滚动轴承相比，液体摩擦滑动轴承有哪些特点？1)在高速重载下能正常工作，寿命长；2)精度高；滚动轴承工作一段时间后，旋转精度3)滑动轴承可以做成剖分式的能满足特殊结构需要。如曲轴上的轴承；4)液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。5)滑动轴承的径向尺寸