机械设计基础滚动轴承PPT学习教案

1、会计学1 机械设计基础滚动轴承机械设计基础滚动轴承 2. 滚动轴承材料 内、外套圈和滚动体： 用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn）制造。 淬火后表面硬度可达5866HRC。 保持架： 用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。 3、滚动轴承的类型、滚动轴承的类型 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 刚性轴承： 调心轴承： 允许内外圈偏转角很小的轴承。 允许内外圈偏转角较大的轴承。 内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承 第1页/共40页 滚动体力作用线与轴承径向平面间的夹角。 按承受载荷的方向或公称接触角 向心轴承 径向接触轴承：公称接触角

2、=0 ，主要承受径向载荷， 可承受较小的轴向载荷。 角接触向心轴承：公称接触角=045 ，同时承受径 向载荷和轴向载荷。 推力轴承 角接触推力轴承：公称接触角=4590 ，主要承受轴向 载荷，可承受较小的轴向载荷。 轴向接触轴承：公称接触角=90 ，只能承受轴向载荷。 接触角接触角 ： 向心轴 承 推力轴 承 第2页/共40页 按结构形式不同， 滚动轴承分为10类，最常用的有六类: 深沟球轴承（6） 圆柱滚子轴承（N、NU） 角接触球轴承（7） 圆锥滚子轴承（3） 调心球轴承（1） 调心滚子轴承（2） 滚针轴承（NA) 角接触角接触 轴承轴承 径向径向 接触接触 轴承轴承 推力滚子轴承（8）

3、轴向轴向 接触接触 轴承轴承 推力球轴承（5） 第3页/共40页 二、滚动轴承的代号 前置代号 基 本 代 号 后 置 代 号 轴 承 组 件 内 部 结 构 代 号 密 封 与 防 尘 结 构 代 号 保 持 架 及 其 材 料 代 号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 游 隙 代 号 轴 承 配 置 代 号 其 它 代 号 类 型 代 号 尺寸系 列代号 内 径 代 号 宽 度 系 列 代 号 直 径 系 列 代 号 1、基本代号 用代号表明轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。 内径代号 ： 代代 号号000102030499 内径内径 d101215

4、17代号代号5 前置代号和后置代号只有在轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时使用 GB/T 2721993 第4页/共40页 类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N等类型 公差等级代号： 分为 /P0 、/P6 (/P6x) 、 /P5 、/P4 、 /P2 共五级。 游隙分为： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 共六个组别。 低级 高级 游隙值：小 大 尺寸系列代号： 直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。 尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径 （直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。 0级省略 0组省略。 2、后置代号 游隙代

5、号： 游隙：指一个套圈相对于另一个套圈，沿径向或沿轴向， 从一个 极限位置到另一个极限位置的移动量。 宽度系列代号：窄(0)、正常(1)、宽(2)。 第5页/共40页 6308：深沟球轴承，3中系列，内径d=40mm， 公差为0级，游隙为0组； N105/P53： 圆柱滚子轴承，1特轻系列，内径d=20mm， 公差为5级，游隙为3组； 7214AC/P4：7角接触球轴承，2轻系列，内径d=70mm， 公差为4级，游隙为0组，公称接触角=15； 30213：圆锥滚子轴承，2轻系列，内径d=65mm， 公差为0级，游隙为0组； 注：遇到看不懂的代号时，查阅GB/T272-93。 内部结构代号： 7

6、000C： 15； 7000AC：25； 7000B： 40； 配置代号： /DB：背对背安装（反装） /DF：面对面安装（正装） 第6页/共40页 三、滚动轴承类型的选择三、滚动轴承类型的选择 1）载荷方）载荷方 向向 当FA很大时，选 6（N）5（8）组合使用。 当FA较小时，可选 6类。 只受 FR 时，选径向接触轴承（1、2、6、N）。 只受 FA 时，选轴向接触轴承（5、8）或选（7、3）类。 同时受 FR和 FA时，选角接触轴承（7、3）。 2）载荷大小；载荷大或有冲击振动时，宜选滚子轴承。 3）转速高低； 转速高或要求旋转精度高时，宜选球轴承。 轴向接触轴承不适宜高转速，可用6或

7、7类代替。 4）调心要求；轴的刚度低、轴承座孔的同轴度低或多支点轴，选调心轴承。 6）经济性；精度高的价格高，滚子轴承比球轴承价格高。 5）安装要求 3类和N类的内外圈分离，便于拆装。为方便长轴上轴承的拆装 ，可选用代内锥孔和紧定套的轴承 第7页/共40页 滚动轴承工作时，在 FR 作用下通常只有半 圈滚动体受载。 工作时，轴承中各个元件所受载荷及应力是变化的。 max F 四、滚动轴承的失效形式和计算准四、滚动轴承的失效形式和计算准 则则 1、主要、主要失效形式失效形式有有 ： 1）疲劳点蚀： 是最常见的失效形式。 2）塑性变形： 对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因过大的载荷或冲击 载荷，使

8、滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀 的凹坑。 第8页/共40页 3）磨粒磨损、粘着磨损（胶合）： 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） 。 磨损 胶合 2、计算准则、计算准则 1. 转速较高的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计 算。 2. 转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，计算静强度。 3. 高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，需校核极限转速。 第9页/共40页 1、基本概念 1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚 动 体或套圈首次出现点蚀之前， 两套圈的相对总转数或在一定 转速下的运转小时数。 2）基本额定寿命：指一

9、批相同的轴承，在相同的条件下运转 ， 其中恰有90的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用 L10 或 Lh10表示。 100 9080 7060 5040 30 20 10 0 1 5 10 20 未失效轴承数量% 轴承的寿命/（106r） L10 的可靠度 R90。 五、滚动轴承的寿命计算 第10页/共40页 3）基本额定动载荷： 指L10恰为 106 转时，轴承所能承受的 载荷，用 C 表示。 径向接触轴承的 C 是径向载荷，用 Cr表示。 轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用 Ca表示。 角接触向心轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。 2、轴承寿命计算、轴承寿命计算 P C L

10、10 寿命指数， 球轴承： 3； 滚子轴承： 10/3 式中：P当量动载荷 （106 r ） 第11页/共40页 3、当量动载荷、当量动载荷 当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额 定动载荷 C 的确定条件及性质相同的假想载荷，用 P 表示。 P C n Lh 60 10 6 10 寿命指数， 球轴承： 3； 滚子轴承： 10/3 。 式中：P当量动载荷； n轴承的转速（r/min）； 常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。 （h ） Pf Cf n L p t h 60 10 6 （h ） 温度系数ft 表12-9 载荷系数fp 表12-10 第12页/共40页 (1)对只

11、能承受径向载荷R的轴承（N和NA类轴承） P = R (3)同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承 (6、7和1、2、3类轴承 ) (2)对只能承受轴向载荷A的轴承（5和8类轴承） P = A P = X R +Y A X径向载荷系数 Y轴向载荷系数 表12-12 第13页/共40页 轴承类型A/Core A/ReA/Re XYXY 深沟球轴承 0.014 0.19 0.56 2.30 1 0 0.028 0.22 1.99 0.056 0.26 1.71 0.084 0.28 1.55 0.11 0.30 1.45 0.17 0.34 1.31 0.28 0.38 1.15 0.42 0.42

12、1.04 0.56 0.44 1.00 角接触球轴承 （单列） =15o 0.015 0.38 0.44 1.47 1 0 0.029 0.40 1.40 0.058 0.43 1.30 0.087 0.46 1.23 0.12 0.47 1.19 0.17 0.50 1.12 0.29 0.55 1.02 0.44 0.56 1.00 0.58 0.56 1.00 =25o0.68 0.41 0.87 1 0 =40o1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承（单列）1.5tan0.40.4cos1 0 调心球轴承（双列）1.5tan0.650.65cos1 0.42cos 第14页

13、/共40页 解：查手册得：C0r=29200 查查e e ： 求求X X、Y:Y: 求求: : A/C0r =1606/29200 = 0.055 在0.0280.056之间,插值 A1/R1 = 1606/3500 = 0.459e Y1=1.7 Y2=0 P1=X1R1+Y1A1=0.563500+1.71606 =4690 P2=R2=2500 P1P2 轴承轴承危险，计算危险，计算轴承轴承1的寿命的寿命 055. 0056. 0 028. 0056. 0 22. 026. 0 26. 0 1 e 得 e1 = 0.259 X1=0.5 6 A2=0X2=1 第15页/共40页 四、角接

14、触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷A A的计算的计算 1 1）派生轴向力大小方向）派生轴向力大小方向 a)正装（面对面） 适合于传动零件位于两支承之 间 b)反装（背靠背） 适合于传动零件处于外伸端 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的结构特点：在滚动体和滚道接角接触球轴承和圆锥滚子轴承的结构特点：在滚动体和滚道接 触处存在接触角触处存在接触角 ，当其承径向载荷，当其承径向载荷R R时时 ，会产生会产生派生轴向力派生轴向力S S 第16页/共40页 结论： 1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧压紧 ”和“放松放松”的轴承。 2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本

15、身派生轴向力外，轴 上其他所有轴向力代数和。 3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力 派生轴向力的大小与接触角派生轴向力的大小与接触角有关有关 表12-13 派生轴向力派生轴向力S S的计算公式的计算公式 轴承类型轴承类型 角接触轴承角接触轴承 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承70000C70000C70000AC70000AC70000B70000B =15=15=25=25=40=40 派生轴向力派生轴向力e Re R0.68R0.68R1.14R1.14RR/2YR/2Y 实际轴向力实际轴向力FaFa的计算方法的计算方法 第17页/共40页 解：解： 画安装简图画安装简图 S S2 2

16、与 与 FaFa同向同向 求求 S S1 1，S S2 2 判断放松压紧判断放松压紧 S2Fa544020007440N S13400N A1 S2Fa 7440N A2S25440N S10.68R10.6850003400N S20.68R20.6880005440N 轴承轴承1 1被压紧被压紧 求求A A1 1 ， ， A A2 2 轴承轴承2 2被放松被放松 第18页/共40页 解：解： 画安装简图画安装简图 S S2 2 与 与 FaFa同向同向 求求 S S1 1，S S2 2 判断放松压紧判断放松压紧 S1Fa340020005400N S25440N A1 S2-Fa 3440

17、N A2S25440N S10.68R10.6850003400N S20.68R20.6880005440N 轴承轴承1 1被压紧被压紧 求求A A1 1 ， ， A A2 2 轴承轴承2 2被放松被放松 第19页/共40页 解：解： 画安装简图画安装简图 S S2 2 与 与 FaFa同向同向 求求 S S1 1，S S2 2 判断放松压紧判断放松压紧 S1Fa741020009410N S29120N A1 S17410N A2S1 Fa 9410N S11.14R11.1465007410N S21.14R21.1480009120N 轴承轴承2 2被压紧被压紧 求求A A1 1 ，

18、， A A2 2 轴承轴承1 1被放松被放松 第20页/共40页 Pf Cf n L p t h 60 10 6 由前例题求得派生轴向力由前例题求得派生轴向力S和轴向载荷和轴向载荷A 由由A/Cor-e 依依A/R与与e求得求得X、Y 求当量动载荷求当量动载荷P 解：解： 这对轴承工作温度这对轴承工作温度120有中等冲击有中等冲击,拟四年小修拟四年小修 ，八年大修。，八年大修。 转速转速n=460转转/分，分，8小时工作，年工作日小时工作，年工作日246天。问所选轴承是天。问所选轴承是 否恰当？否恰当？ 第21页/共40页 第22页/共40页 第23页/共40页 轴承的组合设计轴承的组合设计合

19、理的使用轴承。组合设计中主要是解决安装、固合理的使用轴承。组合设计中主要是解决安装、固 定、配合、调整、润滑、密封问题定、配合、调整、润滑、密封问题。 1、滚动轴承轴系的固定 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。 五、滚五、滚动轴承的组合设计动轴承的组合设计 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）. 两端固定支承 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。 对于深沟球轴承，应留热补偿间隙 0.2

20、50.4mm 调整垫片 第24页/共40页 特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。 2）. 一端固定一端游动支承 一端轴承的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，适用于温度变化大的长轴。 3）. 两端游动支 承 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。 2、滚动轴承组合结构的调整 1）. 轴系轴向位置的调整 目的：使轴上零件有准确的位置。 例如：蜗轮的中间平面应通过蜗杆轴线；两个锥齿轮的锥顶要重合。 第25页/共40页 2

21、）. 轴承游隙的调整 游隙的大小直接影响轴的旋转精度、轴承的载荷分布以及轴承的寿命等 。 径向接触轴承的游隙是在制造时保证的； 圆锥滚子轴承的游隙是在安装时保证的。 第26页/共40页 3、滚动轴承的预紧 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。 方法： 1）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。 2）采用衬垫。 3）内、外圈加长度不同的间隔套或用垫片预紧。 4）加弹簧。 4、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

22、轴制。 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。 第27页/共40页 5、滚动轴承的安装与拆卸 装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的 损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。 错误的施力正确的施力 配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入； 配合过盈量大的轴承常用温差法装配。 第28页/共40页 6、滚动轴承的润滑 1)润滑的主要作用 降低摩擦，减少磨损； 油润滑可以到起散热、冷却作用； 滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用； 轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用

23、。 通常根据 dn 值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见 2)润滑方式的选择 常用的润滑方式： 脂润滑 油润滑 可根据载荷、速度和温度确定所需润滑油的运动粘度。 第29页/共40页 3)滚动轴承的密封 作用：1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承； 密封方法： 2）防止润滑剂流失。 1）接触式密封 2）非接触式密封 有：毡圈式密封、密封圈式密封 有：间隙密封、迷宫式密封、挡油环密封 3）组合密封： 挡油环 （封油盘） 将各种密封方法组合使用。 防尘 防漏 第30页/共40页 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

24、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； 对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减 小机器工作时轴的振动。 在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题： 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞 而使轴承提前损坏； 第31页/共40页 滚动轴承主要类型代号表 6深沟球轴承 L直线轴承5推力球轴承 U外球面球轴承4双列深沟球轴承 NA滚针轴承3圆锥滚子轴承 N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承 9推力圆锥滚子轴承2

25、调心滚子轴承 8推力滚子轴承1调心球轴承 7角接触球轴承0双列角接触球轴承 代号轴承类型代号轴承类型 第32页/共40页 滚动轴承尺寸的选 择 滚动轴承尺寸选择的过程 确定轴承所承受的FR与FA 计算当量动载荷FP=fP(XFR+YFA) 明确轴承的工作转速n与预期寿命L10 计算轴承应满足的基本额定动载荷 P F nL C / 1 6 10 10 60 由轴承样本（手册）查取合适的轴承 第33页/共40页 滚动轴承的类型选择 选择轴承的类型和直径系列 按轴径确定轴承内径 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： 对没有严格要求的轴承 可不进行承载能力验算 END 进行承载能力验算 合格 不合格 对有较严格要求的轴承 第34页/共40页 四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计 算 1）派生轴向力大小方向 a)正装（面对面 ） S1 1 2 Fa S2 S2 S1 R1R2 Fr Fa S1 S2 Fa Fr