河海大学机械设计系列之滚动轴承PPT学习教案

1、会计学1河海大学机械设计系列之滚动轴承河海大学机械设计系列之滚动轴承：故学习本章的目的主要解决三个问题：故学习本章的目的主要解决三个问题：1 1、如何选择滚动轴承的类型；、如何选择滚动轴承的类型；2 2、滚动轴承的寿命计算；、滚动轴承的寿命计算；3 3、滚动轴承组合设计；、滚动轴承组合设计； 摩擦阻尼小，启动灵活；摩擦阻尼小，启动灵活； 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构； 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙， 回转精度高；回转精度高； 互换性好，易于维护。互换性好，易于维护。缺点：缺点：抗冲击能力较差；抗冲击

2、能力较差；高速时噪声大，寿命较低高速时噪声大，寿命较低；径向尺寸大。径向尺寸大。第1页/共42页161 161 滚动轴承的基本类型滚动轴承的基本类型1 1、按承载方向和、按承载方向和分类分类滚动体与套圈接触处的法线滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的与轴承的径向平面之间的夹角夹角 ，称为公称接触角。，称为公称接触角。第2页/共42页推力轴承推力轴承： 45 90 ，主要承受轴向载荷；，主要承受轴向载荷；轴向接触轴承轴向接触轴承90的推力轴承的推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承 45 90的推力轴承的推力轴承向心轴承向心轴承：045，主要承受径向载荷；，主要承受径向载荷；径向接触轴承

3、径向接触轴承0 的向心轴承；的向心轴承；向心角接触轴承向心角接触轴承 0495mmc) d495mm，d=22d=22，2828，32mm 32mm 时时 内径代号直接用内径尺寸表示，但与尺寸系内径代号直接用内径尺寸表示，但与尺寸系列之间用列之间用”/ /” 分开分开如，调心滚子轴承如，调心滚子轴承230/500230/500，d=500mmd=500mma) a) 内径代号内径代号5=5=内径内径 如：如：0808表示轴承内径表示轴承内径d d=5=508=40mm08=40mm。内径内径d d1010121215151717代代 号号0000010102020303b) b) 特殊情况：特

4、殊情况：第9页/共42页二、前置代号二、前置代号 表示轴承的分部件，用字母表示表示轴承的分部件，用字母表示 L可分离轴承的可分离内圈或外圈可分离轴承的可分离内圈或外圈K滚子和保持架组件滚子和保持架组件R不带可分离内圈或外圈的轴承不带可分离内圈或外圈的轴承F凸缘外圈的向心球轴承凸缘外圈的向心球轴承WS推力圆柱滚子轴承轴圈推力圆柱滚子轴承轴圈GS推力圆柱滚子轴承座圈推力圆柱滚子轴承座圈第10页/共42页三、后置代号三、后置代号轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等（1 1）内部结构代号）内部结构代号 （2 2）密封、防尘与外部形状变化代号）密封、防尘与外部

5、形状变化代号 （5 5）轴承的公差等级）轴承的公差等级 精度高精度高 低低 代号代号 /P2/P2、/P4/P4、/P5/P5、/P6X/P6X、/P6/P6、/P0 /P0 公差等级公差等级 2 4 5 6X 6 02 4 5 6X 6 0普通级可省略普通级可省略 （6 6）轴承的径向游隙）轴承的径向游隙 （3 3）保持架材料代号）保持架材料代号 代号代号 /C1/C1、/C2/C2、/C3/C3、/C4/C4、/C5 /C5 （4 4）轴承材料代号）轴承材料代号 （7 7）轴承的配置）轴承的配置第11页/共42页四、轴承代号示例四、轴承代号示例6308：6深沟球轴承，深沟球轴承，3中系列，

6、中系列，08 内径内径d=40mm， 公差等级为公差等级为0级，游级，游隙组为隙组为0组；组； N105/P5： N圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承，1特轻系列，特轻系列，05内径内径d=20mm，公差等级为，公差等级为5级，游隙组为级，游隙组为0组；组；7214AC/P4： 7角接触球轴承，角接触球轴承，2轻系列，轻系列，14内径内径d=70mm，公差等级为，公差等级为4级级，游隙组为，游隙组为0组，公称接触角组，公称接触角=25；30213：3圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承，2轻系列，轻系列，13内径内径d=65mm，0正常宽度正常宽度(0不可不可省略省略)，公差等级为，公差等级为0级，游隙组为级，

7、游隙组为0组；组；6103： 6深沟球轴承，深沟球轴承，1特轻系列，特轻系列，03内径内径d=17mm，公差等级为，公差等级为0级，级，游隙组为游隙组为0组；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。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，应查阅工程手册具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅工程手册 第12页/共42页五、五、 滚动轴承类型的选择滚动轴承类型的选择1、根据载荷的大小及性质、根据载荷的大小及性质角接触球轴承角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承或圆锥滚子轴承(3)2、根据载荷的方向、根据载荷的方向第1

8、3页/共42页4、根据回转精度、根据回转精度5、根据调心性能、根据调心性能3、根据转速的高低、根据转速的高低第14页/共42页16-3 滚动轴承滚动轴承的选择计算的选择计算一、一、滚动轴承的载荷分析滚动轴承的载荷分析各滚动体的受力情况如何？各滚动体的受力情况如何？FAQiQj当轴承仅受到纯轴向力当轴承仅受到纯轴向力F A 作用时：作用时：载荷由各滚动体平均分担，即：载荷由各滚动体平均分担，即：Qi Qj 第15页/共42页当轴承仅受到纯径向力当轴承仅受到纯径向力 R 作用时：作用时：接触点产生弹性变形，内圈下沉接触点产生弹性变形，内圈下沉，RQ2QmaxQ1Q2Q1最多只有半圈滚动体受载。最多

9、只有半圈滚动体受载。承载区各滚动体的变形量不同承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。，受载大小也不同。max5QRz对于点接触轴承：对于点接触轴承：max4.6QRz对于线接触轴承：对于线接触轴承：滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，可看成脉动循环变应力。可看成脉动循环变应力。全部滚动全部滚动体个数体个数第16页/共42页滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。二、二、滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式1、疲劳点蚀、疲劳点蚀 最主要的失效形式最主要的失效形式防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。防止点蚀破

10、坏，是计算滚动轴承的主要目的。接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。2、塑性变形、塑性变形 低速轴承的主要失效形式低速轴承的主要失效形式原因是载荷过大或冲击载荷作用。原因是载荷过大或冲击载荷作用。3、磨损、胶合、保持架断裂等、磨损、胶合、保持架断裂等使用维护不当而引起的，属于非正常失效。使用维护不当而引起的，属于非正常失效。第17页/共42页计算准则：计算准则：一般轴承一般轴承疲劳寿命计算（针对点蚀）疲劳寿命计算（针对点蚀）静强度计算静强度计算低速或摆动轴承低速或摆动轴承只进行静强度计算只进行静强度计算高速轴承高速轴承进行疲劳寿命计算、校验极进行疲劳寿

11、命计算、校验极限转速。限转速。第18页/共42页三、三、 轴承寿命轴承寿命轴承寿命轴承寿命轴承中轴承中任一元件任一元件 出现出现疲劳点蚀疲劳点蚀 前所经历的总转前所经历的总转数或总工作小时数。数或总工作小时数。 基本额定寿命基本额定寿命一批相同一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中的轴承，在相同的条件下运转，其中90 的轴承不发生的轴承不发生疲劳点蚀疲劳点蚀 前所经历的总转数或总前所经历的总转数或总工作小时数。工作小时数。用用 L（百万转）或（百万转）或 Lh （小时）表示（小时）表示。可靠度可靠度一组相同的轴承能达到或超过规定寿命的百分率一组相同的轴承能达到或超过规定寿命的百分率第19页

12、/共42页9010完好完好按额定寿命选用轴承，可靠性为按额定寿命选用轴承，可靠性为90 。注意：额定寿命随运转条件而变化。注意：额定寿命随运转条件而变化。 基本额定动载荷基本额定动载荷 轴承在额定寿命轴承在额定寿命 为为 106 转转 时，所能承受的最大载荷时，所能承受的最大载荷，用，用 C 表示。表示。即：在即：在C 的作用下，运转的作用下，运转 106 转转 时，有时，有10的的轴承出现点蚀，轴承出现点蚀，90的轴承完好。的轴承完好。额定动载荷越大额定动载荷越大轴承的承载能力越大轴承的承载能力越大对于具体轴承，对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。为定值，按手册查取。C r 向心轴承的基本

13、额定动载荷，称为径向额定动载荷。向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。C a 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。第20页/共42页四、寿命计算四、寿命计算目的目的 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。L 106rPCP11L1轴承的疲劳曲线轴承的疲劳曲线L2P2载荷与额定寿命的关系曲线：载荷与额定寿命的关系曲线：常数LP式中：式中：P 为当量动载荷；为当量动载荷；L为为P 作用下的额定寿命。作用下的额定寿命。为寿命指数，为寿命指数， 球轴承球轴承 3， 滚子轴承滚子轴承 10/3 。第2

14、1页/共42页所以：所以：610CLrP实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：61060hCLhnP或：或：66010hnLCPN已知轴承的已知轴承的C C ，计算额定寿命，计算额定寿命根据预期寿命根据预期寿命L Lh h，计算所需的，计算所需的C C610CLP当载荷为额定动载荷当载荷为额定动载荷C 时：时：第22页/共42页当工作温度高于当工作温度高于100时，时，C 值会下降，用温度系数值会下降，用温度系数 ft 修修正正;考虑到工作中的冲击和振动的影响，用载荷系数考虑到工作中的冲击和振动的影响，用载荷系数 fp 修修正正.61060thpf

15、 CLhnf P66010phtf PnLCNf寿命计算时，应满足：寿命计算时，应满足：hhLL或：或： CC或：或：第23页/共42页五、当量动载荷五、当量动载荷 P 的计算的计算对于向心轴承，对于向心轴承，C 为径向力；为径向力；对于推力轴承，对于推力轴承，C 为轴向力。为轴向力。但轴承可能同时承受径向载荷但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷和轴向载荷Fa。FaFr为了与为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入当量动在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。载荷的概念。当量动载荷当量动载荷：一假想载荷，与：一假想载荷，与C 同类型，它对轴同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效

16、。用承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。表示。raPXFYFX 径向系数径向系数Y 轴向系数轴向系数查表查表1612第24页/共42页X、Y 的作用是将的作用是将Fr 、 Fa 折合成当量动载荷。折合成当量动载荷。aPFX、Y 取决于：取决于： Fa / Fr和参数和参数 e 。若：若： Fa / Fr e X 0、Y 0若：若： Fa / Fr e X 1、Y 0参数参数 e 根据根据 Fa /C0r 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：rPF对于只

17、能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：第25页/共42页六、向心角接触轴承轴向载荷六、向心角接触轴承轴向载荷1、角接触轴承的内部轴向力、角接触轴承的内部轴向力 FFr径向载荷径向载荷 R 的计算见轴系受力分析，即：的计算见轴系受力分析，即：22VHRRRRV1RV2RH1RH2FrFaFt?aFA 而：而：O O点点 支反力作用点，法线与轴线的交点。支反力作用点，法线与轴线的交点。向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力向分力F

18、F。表表16161313给出了给出了F 的近似计算方法。的近似计算方法。注意注意 F 的方向的方向FFiFi”FiO角接触球轴承角接触球轴承第26页/共42页2、角接触轴承的排列方法、角接触轴承的排列方法为使为使F 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。得到平衡，角接触轴承必须成对使用。一般有两种安装形式：一般有两种安装形式： 正装正装 面对面安装面对面安装两轴承外圈的窄边相对，两轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对。即内部轴向力指向相对。 反装反装 背靠背安装背靠背安装两轴承外圈的宽边相对两轴承外圈的宽边相对，即内部轴向力指向相背即内部轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；正装时跨距短，轴

19、刚度大；反装时跨距长，轴刚度小；反装时跨距长，轴刚度小；问题：两个角接问题：两个角接触轴承朝一个方触轴承朝一个方向布置行吗？向布置行吗？为简化计算，认为简化计算，认为支反力作用于为支反力作用于轴承宽度的中点轴承宽度的中点。FA F1F2FA F2F1第27页/共42页3、角接触轴承的轴向载荷、角接触轴承的轴向载荷Fa当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷轴向载荷 Fa ？要同时考虑轴向外载要同时考虑轴向外载 FaFa和内部轴向力和内部轴向力F F。F1Fr2Fr1F2第28页/共42页n轴向载荷分析计算过程轴向载荷分析计算过程第29

20、页/共42页 若若 F2 + FA F1 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，F2F1FAS圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：21外圈被固定，右轴承被压紧，会产生反力外圈被固定，右轴承被压紧，会产生反力S S，21ASFFF F1 和和 S 都是右轴承所受的力，故：都是右轴承所受的力，故：112aAFFSFF使轴向力平衡，使得使轴向力平衡，使得故：故：而左轴承被放松而左轴承被放松，22aFFFr2Fr1即：即：Fa2=F2 （放松端）（放松端） Fa1=F2 FA （压紧端）（压紧端）合力合力第30页/共

21、42页 若若 FA +F2 F1轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力左轴承被压紧，会产生反力S ，使轴向力平衡：使轴向力平衡：12AFSFF 12aAFFF22aFF（压紧端）（压紧端）（放松端）（放松端）第32页/共42页FASF1F212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右轴承被压紧，会产生反力右轴承被压紧，会产生反力S ，使轴向力平衡：使轴向力平衡：12AFFFS 若若 F2 + FA F1，11aFF21aAFFF（放松端）（放松端）（压紧端）（压紧端）第33页/共42页归纳如下：归纳如下：根据排

22、列方式判明内部轴向力根据排列方式判明内部轴向力F1 、F2 的方向；的方向；判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被分析哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被，哪端轴承被“放松放松”；“放松放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，“压紧压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。外其它轴向力的代数和。对于能够承受少量轴向力而对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：的向心轴承：（如深沟球轴承）（如深沟球轴承）FAFr1Fr2因为：因为：0 ,F10 ，F2 0所以：所以

23、：AFA图中图中：Fa10Fa2FA第34页/共42页16-4 滚动轴承滚动轴承的静强度计算的静强度计算目的目的 防止轴承元件发生塑性变形防止轴承元件发生塑性变形针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承基本额定静载荷基本额定静载荷 C0 ：限制塑性变形的极限载荷值限制塑性变形的极限载荷值对向心轴承为对向心轴承为 C0r 径向额定静载荷径向额定静载荷对推力轴承为对推力轴承为 C0a 轴向额定静载荷轴向额定静载荷静强度条件静强度条件 ：000SCP P0 当量静载荷当量静载荷S0 静强度安全系数静强度安全系数AYRXP000径向系数径向系数轴向系数轴向系数第35页/共4

24、2页16-5 滚动轴承滚动轴承的组合设计的组合设计组合设计的内容包括：组合设计的内容包括： 固定固定实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿动。防止轴系发生轴向蹿动。 调整调整 配合与装拆配合与装拆 润滑与密封润滑与密封一、滚动轴承的轴向固定一、滚动轴承的轴向固定组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。、轴承寿命及机器性能。常用两种固定方法：常用两种固定方法：两端固定两端固定一端固定、一端游动一端固定、一端游动第36页/共42页最常见的固定方式。最常见的固定方式。两个

25、轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。适合于工作温升不高的短适合于工作温升不高的短轴（跨距轴（跨距 L 400 mm）考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙间隙 C 。mm4 . 02 . 0C对于深沟球轴承：对于深沟球轴承：对于向心角接触轴承：对于向心角接触轴承： 其轴向间隙可在轴承内部调整其轴向间隙可在轴承内部调整图上可省略不画。图上可省略不画。适合于工作温升高的长轴适合于工作温升高的长轴（跨距（跨距 L 400 mm）固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。第37页/共42页固定支点固定支点Fa 不大不大 深沟球轴承（深沟球轴承（6）Fa较大较大 一对角接触轴承（一对角接触轴承（3、7）Fa和和 Fr 均大均大 推力轴承与向心轴承组合推力轴承与向心轴承组合游动支点游动支点深沟球轴承（深沟球轴承（6） 内圈轴向需固定内圈轴向需固定圆柱滚子轴承（圆柱滚子轴承（N）内、外圈轴向均需固定）内、外圈轴向均需固定注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。注意：固定支点的内圈亦需进行轴向