机械设计-第13章-

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,第十三章滚动轴承,现代机械中应用最广泛的零件已经形成标准化生产,一、工程应用,13-1概述,保持架：使滚动体均匀分布，减小滚动体间的磨损,二、滚动轴承的组成,滚动体分为,球,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针,内圈与轴一起转动，外圈不动，滚动体在滚道间滚动,13-1概述,内圈、外圈、滚动体、保持架,四、特点（与滑动轴承比较）,优点：,1）起动力矩小，可在负载下起动；,2）轴向宽度较小；,3）可同时承受径向、轴向载荷，轴承组合较简单;,4）不需有色金属，标准件，成本低。,缺点：,1）承受冲击载荷能力差；,2）振动、噪音较大；,3）径向尺寸较大；,三、材料,内圈、外圈、滚动体：GCr15、GCrl5SiMn保持架：低碳钢、铜合金、铝合金或用工程塑料,13-1概述,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,第十三章滚动轴承,一、主要类型,按滚动体分类：球轴承、滚子轴承；,按可承受载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承；,13-2滚动轴承的主要类型和代号,一、主要类型,深沟球轴承,13-2滚动轴承的主要类型和代号,主要承受径向载荷能够承受较小的轴向载荷,圆柱滚子轴承,能够承受较大的径向载荷不能够承受轴向载荷内外圈可分离,滚针轴承,只能够承受径向载荷内外圈可分离径向尺寸小,一、主要类型,调心球轴承,13-2滚动轴承的主要类型和代号,具有调心性能主要承受径向载荷,一、主要类型,推力球（滚子）轴承,13-2滚动轴承的主要类型和代号,只能承受轴向载荷,一、主要类型,角接触球轴承,13-2滚动轴承的主要类型和代号,能够同时承受较大的径向载荷与轴向载荷,圆锥滚子轴承,能够同时承受较大的径向载荷与轴向载荷内外圈可分离,接触角：滚动体与外圈滚道接触点（线）处的法线与半径方向的夹角,承受轴向载荷能力,一、主要类型,13-2滚动轴承的主要类型和代号,向心轴承：=0推力轴承：=90向心推力轴承：=090,标准的滚动轴承在国家标准中分为13类，常见轴承类型见下表。,常见轴承类型,滚动轴承代号的组成基本代号前置代号后置代号,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,基本代号（5位）,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,基本代号（5位）,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,外径,基本代号（5位）,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,前置代号,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,后置代号,二、轴承代号,13-2滚动轴承的主要类型和代号,例子,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,第十三章滚动轴承,选择轴承的类型,一、滚动轴承选择的一般过程,13-3滚动轴承的类型选择,(一)轴承的载荷,2）方向：,同时Fa、Fr：1.深沟球轴承2.角接触球轴承、圆锥滚子轴承3.向心轴承和推力轴承组合,承受轴向载荷Fa：采用推力轴承承受径向载荷Fr：采用向心轴承,13-3滚动轴承的类型选择,二、类型选择应考虑的问题,1）大小：滚子轴承承载能力、耐冲击性能高于球轴承,1）球轴承的极限转速高于滚子轴承,2）轻系列极限转速高于重系列轴承的极限转速,(二)轴承的转速,13-3滚动轴承的类型选择,二、类型选择应考虑的问题,3）推力轴承的极限转速均很低,滚针轴承对轴线倾斜最敏感角偏差较大时采用调心轴承,角偏差：轴承内外圈中心线发生相对倾斜的倾斜角安装误差或轴的变形引起，角偏差过大影响正常运转,（三）轴承的调心性能,13-3滚动轴承的类型选择,二、类型选择应考虑的问题,温差法（大尺寸轴承）：热油80120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。,安装,（四）轴承的安装和拆卸,13-3滚动轴承的类型选择,二、类型选择应考虑的问题,轴肩高度低于内圈高度的3/4。,拆卸,（四）轴承的安装和拆卸,13-3滚动轴承的类型选择,二、类型选择应考虑的问题,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,第十三章滚动轴承,最下面滚动体变形最大，受力最大其余滚动体受力依次减小上半圈滚动体不受力,二、轴承元件的载荷及应力情况,固定套圈：稳定脉动循环变应力,滚动体：不稳定脉动循环变应力,13-4滚动轴承的工作情况,一、轴承整体受力分布（向心轴承为例）,将内圈与滚动体视为一个整体，并受径向载荷Fr作用,圆锥滚子轴承和角接触球轴承成对使用，对称安装,三、向心推力轴承的派生轴向力,13-4滚动轴承的工作情况,外圈法向力Fi的径向分量与Fr平衡,外圈法向力Fi产生的轴向分量Fdi为径向载荷产生的派生轴向力,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,第十三章滚动轴承,一、失效形式与设计准则,13-5滚动轴承尺寸的选择,计算准则,(1)一般条件：疲劳寿命计算，静强度计算,(2)低速轴承：静强度计算,(3)高速轴承：寿命计算和极限速度验算,轴承寿命：出现疲劳迹象前，内外圈相对转动的总圈数同型号同批次的轴承寿命仍有差异，服从概率分布,二、基本额定寿命,13-5滚动轴承尺寸的选择,基本额定寿命（L10，L10h）：90%的轴承能够达到的寿命可靠度为90%的寿命,L10：以转数为单位L10h：以小时为单位,1）C由试验得出，查手册,2）C轴承承载能力；不同型号轴承C不同,3）选用要求：所需轴承的C实际选用轴承的C,说明：,向心轴承用Cr表示推力轴承用Ca表示,三、基本额定动载荷,基本额定动载荷（C）：与基本额定寿命为106转对应,13-5滚动轴承尺寸的选择,实际载荷越大，轴承寿命越低,用小时计算时：,13-5滚动轴承尺寸的选择,三、寿命计算公式,P：当量动载荷，等效于实际载荷,13-5滚动轴承尺寸的选择,三、寿命计算公式,工作温度t100时，引入温度系数ft,考虑冲击与振动时，引入载荷系数fp,1）已知轴承类型（C）、受载情况（P），校核寿命,设计时，应：,轴承预期使用寿命,用于设计选型,2）已知预期寿命（）、受载情况（P），选择轴承型号,13-5滚动轴承尺寸的选择,三、寿命计算公式,公式的应用,13-5滚动轴承尺寸的选择,练习：,已知某轴被一对圆锥滚子轴承支撑;轴承的基本额定动载荷为C57.7kN;轴的转速为n=1280r/min;两轴承的当量动载荷分别为P14000N,P26120N;轴承期望寿命为:单班制，12年，每年工作260天;,问哪个轴承更危险;轴承的寿命是否满足要求.,13-5滚动轴承尺寸的选择,练习：,解,13-5滚动轴承尺寸的选择,练习：,已知：某圆柱滚子轴承的基本额定动载荷Cr=28500N，工作转速n=200r/min，工作温度tFd1合力左，轴有左移趋势,轴承1被压紧，2被放松,2）计算轴承的轴向力Fa,压紧端1所受的轴向力：Fa1=Fae+Fd2放松端2所受的轴向力：Fa2=Fd2,2、轴向载荷Fa,13-5滚动轴承尺寸的选择,五、向心推力轴承的径向载荷与轴向载荷的计算,2）计算轴承的轴向力Fa,压紧端2所受的轴向力：Fa2=Fd1-Fae放松端2所受的轴向力：Fa1=Fd1,2、轴向载荷Fa,13-5滚动轴承尺寸的选择,五、向心推力轴承的径向载荷与轴向载荷的计算,当Fae+Fd2P2,轴承1更危险,转速较低的轴承，所受载荷近似为静载荷轴承主要失效形式为永久塑性变形这时应按轴承的静强度选择轴承尺寸,C0基本额定静载荷。P0当量静载荷，X0当静载荷的径向载荷系。Y0轴向载荷系数。S0安全系数。,六、滚动轴承的静强度计算,13-5滚动轴承尺寸的选择,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,第十三章滚动轴承,13-6轴承装置的设计,轴承装置设计的含义合理考虑轴承的安装、固定、调整以及轴的刚度、精度等问题,轴承装置设计的要求固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便,一、支承部分的刚性和同心度1、保证轴承座具足够的刚度,1）轴承座孔壁必须具有足够的厚度2）轴承座的悬壁应尽可能地缩短3)并用加强肋来增强支承的刚性,2、同一轴上的两个轴承座孔应一次镗出（保证座孔同心度）,13-6轴承装置的设计,1）同一轴上两轴承尽量选用同一型号2）两轴承外径不同应采用轴套,1、双支点单向固定（两端单向固定）,二、轴承的定位与固定（防止轴承轴向窜动）,13-6轴承装置的设计,每个支点限制轴的单向移动，两个支点限制双向移动通过垫片调整端盖与轴承外圈的间隙，以适应热伸长适用于轴不长，工作温度不高的场合,2、单支点双向固定（一端双向固定，一端游动）,二、轴承的定位与固定（防止轴承轴向窜动）,13-6轴承装置的设计,适用于温度变化大的长轴（t50C，L350mm）滚子轴承（内外圈可分离）作游动端时，外圈双向固定，避免过大错位,三、滚动轴承的轴向紧固,13-6轴承装置的设计,三、滚动轴承的轴向紧固,13-6轴承装置的设计,四、轴承游隙及轴上零件的调整,13-6轴承装置的设计,1、游隙调整调整轴承内外圈之间的内部间隙以适应轴的热膨胀,螺钉调整,轴承盖调整垫片调整,圆螺母调整,四、轴承游隙及轴上零件的调整,13-6轴承装置的设计,2、零件轴向位置调整锥齿轮：两齿轮锥顶重合蜗轮蜗杆：蜗轮中间平面过蜗杆轴线,五、滚动轴承的配合,13-6轴承装置的设计,内圈与轴：基孔制，过渡配合或过盈配合外圈与座孔：基轴制，过渡配合游动支撑时，外圈与座孔为间隙配合,配合选取原则：1）转动圈比固定配合紧一些2）转速高，载荷大，采用紧配合3）载荷平稳，采用松配合4）对开式外壳与轴承外圈采用松一些的配合5）旋转精度要求高，选用紧一些的配合6）经常拆卸或游动端采用较松的配合7）与空心轴配合的轴采用较紧的配合8）与轴承配合的轴与孔，要有较高的加工精度,五、滚动轴承的配合,13-6轴承装置的设计,六、轴承的预紧,1.预紧目的,13-6轴承装置的设计,内外圈产生相对位移，套圈与滚动体接触处产生预变性，消除游隙可提高轴的旋转精度和刚度可提高轴承的寿命,1）夹紧外圈,六、轴承的预紧,2.预紧装置（单侧采用双轴承）,13-6轴承装置的设计,2）采用弹簧预紧,六、轴承的预紧,13-6轴承装置的设计,2.预紧装置（单侧采用双轴承）,3）采用长度不等的套筒,六、轴承的预紧,13-6轴承装置的设计,2.预紧装置（单侧采用双轴承）,4）磨窄轴承外圈,六、轴承的预紧,13-6轴承装置的设计,2.预紧装置（单侧采用双轴承）,七、滚动轴承的润滑,1、目的,摩擦阻力、磨损；吸振、冷却、防锈、密封,润滑剂,润滑脂低速,润滑油高速、高温,固体润滑剂润滑不常用,13-6轴承装置的设计,2、润滑方式,与轴承的速度、载荷、温度有关一般根据dn值来选择,3、油润滑方法,2）飞溅润滑利用齿轮的转动把油甩到箱体内壁通过沟槽把油引入轴承中,1）油浴润滑油面不应高于最低滚动体的中心不适用高速（搅油能耗大，且油液和轴承过热）,七、滚动轴承的润滑,13-6轴承装置的设计,3）滴油润滑：适用于需要定量供油的轴承部件4）喷油润滑：适用于高速，重载，要求润滑可靠的轴承5）喷雾润滑：dn6105时，避免供油过多，油内摩擦增大,润滑的粘度可根据轴承的速度因数dn和工作温度来确定。,4、润滑油的选择,七、滚动轴承的润滑,13-6轴承装置的设计,八、滚动轴承的密封装置,密封目的：1.防止润滑剂从轴承中流失2.防止灰尘、水分进入,13-6轴承装置的设计,密封分类：1.接触式密封2.非接触式密封,八、滚动轴承的密封装置,1、接触式密封,13-6轴承装置的设计,八、滚动轴承的密封装置,1、接触式密封,13-6轴承装置的设计,八、滚动轴承的密封装置,13-6轴承装置的设计,2、非接触式密封,半径间隙0.1-0.3mm，对脂润滑已具有一定的润滑效果在轴承盖上车出环槽，槽中填充润滑脂提高密封效果,1）缝隙密封,八、滚动轴承的密封装置,13-6轴承装置的设计,2、非接触式密封,旋转的和固定的密封零件拼合成曲折的隙缝隙缝中填入润滑脂，增加密封效果径向曲路和轴向曲路,2）曲路密封,八、滚动轴承的密封装置,13-6轴承装置的设计,2、非接触式密封,轴上开出环槽，把欲向外流的