第8章滚动轴承的选择与校核机械设计(华中科技大学)

1、第八章第八章 滚动轴承设计滚动轴承设计一、概述一、概述1. 滚动轴承部件设计的主要内容滚动轴承部件设计的主要内容已知条件已知条件设计内容设计内容工作条件工作条件载荷大小及性质载荷大小及性质转速转速工作温度工作温度选择轴承的类型选择轴承的类型轴承的组合设计轴承的组合设计轴承的固定和调整轴承的固定和调整轴承的配合轴承的配合轴承的润滑和密封轴承的润滑和密封轴承尺寸的验算轴承尺寸的验算2. 滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构内圈内圈 与轴配合与轴配合外圈外圈 与机座配合与机座配合滚动体滚动体 在滚道中产生滚动摩擦在滚道中产生滚动摩擦球球滚子滚子圆柱滚子圆柱滚子滚针滚针鼓形滚子鼓形滚子圆锥滚子圆锥滚子

2、非对称鼓形滚子非对称鼓形滚子螺旋滚子螺旋滚子保持架保持架 保持滚动体位置保持滚动体位置除滚动体外，其它元件可有可无除滚动体外，其它元件可有可无3. 滚动轴承的主要类型滚动轴承的主要类型向心轴承向心轴承径向接触轴承径向接触轴承向心角接触轴承向心角接触轴承00主要承受主要承受rf球轴承亦能承受较小球轴承亦能承受较小af同时承受同时承受rfaf和和00450 ：滚动体同外圈滚道接触滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角线的平面之间的夹角推力轴承推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承轴向接触轴承轴向接触轴承009045rf也承受较小也承受较小主要承受主要承

3、受af090af只能承受只能承受轴向承载能力轴向承载能力按公称接触角按公称接触角分类分类球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承按滚动体分类按滚动体分类4. 滚动轴承的代号滚动轴承的代号前置代号前置代号基本代号基本代号后置代号后置代号用字母和数字表示轴承的结构、用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等公差及材料的特殊要求等公差等级公差等级 2 4 5 6 6x 0标注标注 /p2 /p4 /p5 /p6 /p6x 不标不标 例如；例如；用字母表示轴承用字母表示轴承的分部件的分部件例如；例如； l表示分离轴承表示分离轴承 的可分离套圈的可分离套圈基本代号基本代号6 1 2 0 6内径代号内径代号

4、直径系列代号直径系列代号 同一内径有不同的直径同一内径有不同的直径 宽度系列代号宽度系列代号 内外径相同时有不同的宽度内外径相同时有不同的宽度6 深沟深沟 球轴承球轴承类型代号类型代号7 角接触球轴承角接触球轴承3 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承5 推力球轴承推力球轴承5内径内径一般为：一般为：代号代号 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0、1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重二、滚动轴承的选择二、滚动轴承的选择1. 类型选择类型选择(1) 载荷的大小、方向和性质载荷的大小、方向和性质载荷大小载荷大小 小：小：球轴承球轴承 (点接触点接触)大：大：滚

5、子轴承滚子轴承 (线接触线接触)载荷方向载荷方向rf：深沟球轴承：深沟球轴承 (6类类)圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承af：推力球轴承：推力球轴承 (5类类)推力滚子轴承推力滚子轴承afrf和和arff raff (6类类)(5类类) + ( 6类类)角接触球轴承角接触球轴承 (7类类)圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 (3类类)afrf、载荷性质载荷性质 平稳：平稳：球轴承球轴承 冲击：冲击： 滚子轴承滚子轴承 (2) 转速和旋转精度转速和旋转精度球轴承球轴承 极限转速极限转速 和和 旋转精度旋转精度 比滚子轴承的高比滚子轴承的高推力轴承推力轴承 极限转速极限转速 低低 (离心力使滚动体与保持架摩擦严重离

6、心力使滚动体与保持架摩擦严重)整体保持架整体保持架 极限转速极限转速 比分离的高比分离的高球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承高速、轻载高速、轻载低速、重载低速、重载(3) 调心性能调心性能(4) 其它其它支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转装拆方便装拆方便价格价格球轴承比滚子轴承低球轴承比滚子轴承低精度低的价格低精度低的价格低 (一般公差等级选一般公差等级选 0 级级 )内外圈分离的轴承内外圈分离的轴承 (圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 )2. 尺寸选择尺寸选择轴承内径轴承内径 与轴颈直径相等与轴颈直径相

7、等 直径系列直径系列 载荷很小载荷很小 超轻或特轻系列超轻或特轻系列载荷很大载荷很大重系列重系列一般情况一般情况轻或中系列轻或中系列校核计算校核计算选择轴承选择轴承宽度系列宽度系列一般选正常系列一般选正常系列代号代号 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0、1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重三、滚动轴承的组合设计三、滚动轴承的组合设计1. 轴承的轴向固定轴承的轴向固定(1) 轴承内圈的轴向固定轴承内圈的轴向固定轴肩轴肩轴肩轴肩 + 弹性挡圈弹性挡圈轴肩轴肩 + 圆螺母与圆螺母与 止退垫圈止退垫圈轴肩轴肩 + 轴端挡圈轴端挡圈 与螺栓与螺栓af0

8、af或或较小时较小时af不大时不大时af较大时较大时af较大时较大时(2) 轴承外圈的轴向固定轴承外圈的轴向固定轴承端盖轴承端盖轴承座孔凸肩轴承座孔凸肩孔用弹性挡圈孔用弹性挡圈af较大时较大时af较大时较大时af较小时较小时(1) 两端固定两端固定2. 轴承支承的结构形式轴承支承的结构形式轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼要求：要求：在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动轴受热伸长时，不致于影响轴承运转轴受热伸长时，不致于影响轴承运转每个支点限制轴的一个方向移动，每个支点限制轴的一个方向移动，合起来

9、限制轴的双向移动合起来限制轴的双向移动适用于短轴、温升不高的场合适用于短轴、温升不高的场合考虑轴受热伸长在一端应留有考虑轴受热伸长在一端应留有间隙间隙 c = 0.20.4mm由调整垫片保证间隙由调整垫片保证间隙间隙间隙 c(2) 一端固定、一端游动一端固定、一端游动轴承内部不能游动轴承内部不能游动轴承内部可以游动轴承内部可以游动一个支点限制轴的双向移动，一个支点限制轴的双向移动，一个支点可以轴向移动一个支点可以轴向移动适用于长轴、工作温度较高的场合适用于长轴、工作温度较高的场合(3) 两端游动两端游动由于左右螺旋角加工误差，由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动，人字齿轮轴会左右窜动，

10、主动轴设计为两端游动支承主动轴设计为两端游动支承从动轴设计为两端固定支承从动轴设计为两端固定支承3. 轴承支承设计的两个特殊问题轴承支承设计的两个特殊问题角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承的排列的排列 正装正装“面对面面对面” 反装反装“背靠背背靠背”必须成对使用必须成对使用悬臂受力悬臂受力调整间隙调整间隙变小变小变大变大变形小变形小变形大变形大方便方便不便不便正装正装反装反装跨距跨距典型支承结构典型支承结构 车床主轴的支承结构车床主轴的支承结构一端固定、一端游动一端固定、一端游动螺母调整轴承游隙螺母调整轴承游隙螺母予紧轴承螺母予紧轴承4. 轴承间隙的调整轴承间隙的调整(1) 轴

11、承内部游隙的调整轴承内部游隙的调整垫片调整垫片调整螺钉调整螺钉调整圆螺母调整圆螺母调整(2) 轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整(3) 轴承的予紧轴承的予紧套杯结构套杯结构利用金属垫片利用金属垫片消除游隙、提高消除游隙、提高旋转精度和支承旋转精度和支承刚度刚度5. 轴承的配合轴承的配合配合配合内圈与轴内圈与轴外圈与座孔外圈与座孔内圈内圈(动圈动圈) 取紧一点取紧一点外圈外圈(不动圈不动圈) 取松一点取松一点避免滚道上某一避免滚道上某一接触点始终停留接触点始终停留在在 a 处处平稳平稳 取松一点取松一点变化变化 取紧一点取紧一点载荷性质载荷性质游动支承外圈游动支承外圈载荷方向不变时载荷方向不变

12、时取松一点取松一点6. 轴承的装拆轴承的装拆定位轴肩高度应低于内圈高度定位轴肩高度应低于内圈高度外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔7. 轴承的润滑与密封轴承的润滑与密封(1) 轴承的润滑轴承的润滑减摩、降温减摩、降温润滑脂润滑脂润滑油润滑油重载、低速重载、低速 定期添加定期添加高速、精密件高速、精密件手工定期加油、飞溅、油泵手工定期加油、飞溅、油泵(2) 轴承的密封轴承的密封接触式接触式非接触式非接触式毡圈密封毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫密封迷宫密封防油流出、防尘进入防油流出、防尘进入间隙密封间隙密封迷宫密封迷宫密封密封圈密封密封圈密封毡圈密封毡圈

13、密封四、滚动轴承的受力分析及计算准则四、滚动轴承的受力分析及计算准则1. 受力分析受力分析(1) 载荷分布载荷分布上半周滚动体不受载上半周滚动体不受载下半周滚动体承载也不相同下半周滚动体承载也不相同zfqr5max滚动体个数滚动体个数(2) 应力分布应力分布滚动体上某点滚动体上某点 a 的接触应力的接触应力内圈上某点内圈上某点 b 的接触应力的接触应力外圈上某点外圈上某点 c 的接触应力的接触应力(以深沟球轴承以深沟球轴承 为例为例 )2. 失效形式及计算准则失效形式及计算准则控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷动载荷动载荷引起点蚀引起点蚀limhh静载荷静载荷引起塑性变形引起塑性变形s失

14、效形式失效形式计算准则计算准则控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷疲劳寿命计算疲劳寿命计算静强度校核静强度校核五、滚动轴承的疲劳寿命计算五、滚动轴承的疲劳寿命计算1. 基本额定寿命基本额定寿命单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承的轴承发生发生 疲劳点蚀时所达到的寿命疲劳点蚀时所达到的寿命对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%rl610101用总转数用总转数表示表示10l2. 轴承的寿命计算式轴承的寿命计

15、算式(1) 载荷载荷-寿命曲线寿命曲线对一批轴承，在不同载荷下作对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线寿命试验所得曲线(2) 基本额定动载荷基本额定动载荷使滚动轴承的基本额定寿命为使滚动轴承的基本额定寿命为101l时，轴承所承受的载荷时，轴承所承受的载荷基本额定动载荷基本额定动载荷 c径向径向rc轴向轴向ac向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷推力轴承推力轴承 纯轴向载荷纯轴向载荷同类轴承：同类轴承：c轴承尺寸轴承尺寸承载能力承载能力(3) 寿命计算式寿命计算式外载为外载为 p 时轴承的寿命时轴承的寿命110clprpcl)(10610以小时表示以小时表示hpcnlh)(60106考虑到

16、温度变化，引入温度系数考虑到温度变化，引入温度系数tfhpcfnlth)(60106滚子轴承滚子轴承310球轴承球轴承361060hnlpc校核轴承寿命校核轴承寿命已知已知轴承型号轴承型号 ( 即即c )外载外载phpcfnlth)(60106hl轴承寿命轴承寿命hl预期寿命预期寿命？选择轴承型号选择轴承型号 ( 即即c )已知已知外载外载phl预期寿命预期寿命满足预期寿命时轴承的满足预期寿命时轴承的cc所选轴承的所选轴承的3. 轴承的当量动载荷轴承的当量动载荷基本额定动载荷基本额定动载荷 c 向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷 纯轴向载荷纯轴向载荷 推力轴承推力轴承rf)(aryfxf

17、pf实际工作中，轴承同时受实际工作中，轴承同时受复合作用复合作用rfafafpfpf纯载荷纯载荷 转化转化p当量动载荷当量动载荷假想载荷假想载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同prf对只承受对只承受的向心轴承：的向心轴承：af对只承受对只承受的推力轴承：的推力轴承：同时承受同时承受afrf复合载荷的向心轴承：复合载荷的向心轴承：pf考虑实际工况，引入载荷系数考虑实际工况，引入载荷系数径向载荷系数径向载荷系数 x 和轴向载荷系数和轴向载荷系数 y 的确定的确定基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分0crc0ac00c轴承尺寸轴承尺寸4. 角接触球轴承角接触球轴承和和圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承轴向载荷轴向载荷的计算的计算af作用于滚动体的法向反力作用于滚动体的法向反力iq径向分力径向分力riq轴向分力轴向分力aiq由于存在接触角由于存在接触角(1) 派生轴向力派生轴向力s派生轴向力派生轴向力s承受径向载荷承受径向载荷rfaiq对轴承对轴承 1：(2) 轴向载荷的计算轴向载荷的计算121sfsfaa212sfsfaa左端轴肩左端轴肩内圈内圈外圈外圈端盖端盖箱体箱体右端轴肩右端轴肩轴承轴承 2 的内圈的内圈外圈外圈端盖端盖箱体箱体afs 2向左轴向力的向左轴向力的1s向右轴向