机械设计基础第十六章

1、w 2014/11/19w2第十六章滚动轴承二、材料第 滚动体与内、外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、十 良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢制造，六 理后硬度可达6165HRC，工作表面须经磨削和抛光。保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用章有色金属或。滚 三、滚动轴承的特点：与滑动轴承相比动 优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互轴 换等优点，所以获得广泛应用。承 缺点：抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作也不及液体摩擦的滑动轴承。滚动轴承已经标准化，并由轴承生产企业大批生产。设计人 员的任务主要是熟悉标准，正确选用。第十六章滚动轴承一、滚动轴承的组成

2、第十六章滚动轴承w 2014/11/19w3 16-1 滚动轴承的基本类型和特点按照承受载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为：滚 1）向心轴承动 主要用于承受径向载荷，其公称接触角 0 a 45轴 2）推力轴承承 主要用于承受轴向载荷，其公称接触角45 a 90 (表16-1)。的 按照滚动体形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针等。基 我国机械工业中常用滚动轴承的类型和特性见表I6-2。本类型 16-1 滚动轴承的基本类型和特点一、滚动轴承的分类滚动轴承通常按其承受载荷的方向(或接触角)和滚动体的形 状分类。本 滚动体与外圈接触处的法线与垂

3、直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角，简称接触角。接触角是滚动轴承的章 一个主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有教 关。接触角越大，轴承承受轴向载荷的越大。表16-1案 列出各类轴承的公称接触角。w 2014/11/19w4 16-1 滚动轴承的基本类型和特点径向接触( a = 0 )向心轴承滚动轴承的基本类型 16-1 滚动轴承的基本类型和特点一、滚动轴承的使用性能滚 1、承载能力动 在同样外形下，滚子轴承的承载能力为球轴承的1.53倍。所以，在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴轴 承内径d20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多， 承 而球轴承的价格一

4、般低于滚子轴承，故可优先选用球轴承。的 角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。1）角接触向心轴承(0 a 45 )以承受径向载荷为主；基 2）角接触推力轴承(45 a 90 )以承受轴向载荷为主。本 3）轴向接触( a = 90 )推力轴承只能承受轴向载荷。类 4）径向接触( a = 0 )向心轴承，当以滚子为滚动体时，只能承受径向载荷；当以球为滚动体时，因内、外滚道为较深的型 沟槽，除主要承受径向载荷外，也能承受一定量的双向轴向载荷。深沟球轴承结构简单，价格低廉，应用最广泛。w 2014/11/19w5 16-1 滚动轴承的基本类型和特点轴向接触( a = 90 )推力轴承滚动轴承的基本

5、类型 16-1 滚动轴承的基本类型和特点角接触向心轴承( 0 a 45 )滚动轴承的基本类型w 2014/11/19w6 16-1 滚动轴承的基本类型和特点3、角偏差滚 轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起动内、外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角轴承 称为角偏差。角偏差较大时会影响轴承正的 常运转，故在这种场合应采用 轴承。基 轴承的外圈滚道表面是球面，能自动本 补偿两滚道轴心线的角偏差，从而保证轴类 承正常工作。型 滚针轴承对轴线偏斜最为敏感，应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。各类轴承的 角偏差见表16-2。 16-1 滚动轴承的基本类型和特点2、极限转速滚 滚动轴承转速过高会使摩擦面间产

6、生高温，润滑失效，从而动导致滚动体回火或胶合破坏。轴承 滚动轴承在一定载荷和润滑条件下， 的最高转速称为极的 限转速，其具体数值见有关手册。各类轴承极限转速的比较基 见表16-2。本 如果滚动轴承极限转速不能满足要求，可采取提高轴承精度、类 适当加大间隙、 润滑和冷却条件等措施来提高极限转速。型w 2014/11/19w7 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型w 2014/11/19w8 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型w 2014/11/19w9 1

7、6-2 滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、公差等级和技术要求，为便于组织生产和选用，规定了滚 动轴承的代号。我国滚动轴承的代号由基本代号、前置代本 号和后置代号，按标准GB/T2721993的规定，章 其排列顺序见表16-3。教案 16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型w 2014/11/19w 10 16-2 滚动轴承的代号系列代号由轴承的宽(高)度系列代号(基本代号滚 二位)和直径系列代号(基本代号三位)组合而成。向动 心轴承和推力轴承的常用系列代号见表16-4。图16-4所示为内径相同而直径系列不同的四种轴承的对比，轴 外廓 大则承载能力强。承的代

8、号 16-2 滚动轴承的代号(1)基本代号滚 表示轴承的基本类型、结构和，是轴承代号的基础。动 按标准生产的滚动轴承的基本代号，由轴承类型代号、 系列代号和内径系列代号，见表16-3。轴 基本代号一位为类型代号，用数字或字母表示，见承 表16-2第二列。若代号为“0”(双列角接触球轴承)，则可的 省略。代号w 2014/11/19w 11 16-2 滚动轴承的代号(2)前置代号滚 用字母表示成套轴承的分部件。前置代号及其含义可参阅机械设计手册。动 (3)后置代号轴 用字母(或加数字)表示，置于基本代号右边，并与基本代号承 空半个汉字距离或用符号“-”、“/” 分隔。按照GB/T2721993的

9、规定，轴承后置代号排列顺序见表16-3。的代号 16-2 滚动轴承的代号内径系列代号(基本代号四、五位数字)表示轴承滚 公称内径，按表16-5的规定标注：动轴承的代号w 2014/11/19w 12 16-2 滚动轴承的代号按照GB/T272-1993的规定，公差等级代号列于表16-7。滚 游隙代号C1、C2 、C0、C3、C4、C5分别表示轴承径向游隙，游隙量依次由小到大。C0为基本组游隙，常被优先采动 用，在轴承代号中可不标出。轴承的代号 16-2 滚动轴承的代号滚动轴承内部结构常用代号如表16-6所示。例如角接触球滚 轴承等随其不同公称接触角而标注不同代号。动轴承的代号w 2014/11

10、/19w 13 16-3 滚动轴承的选择计算一、失效形式滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)F作用下， 可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。本 当轴承受纯径向载荷Fr作用时，假设在Fr作用下，内、外圈不变形，处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大章 (Fmax)，而远离作用线的各滚动体,，其承载逐渐减小。对教 于=0的向心轴承，可以导出案F= 5Frmaxz式中：z为轴承的滚动体的总数。 16-2 滚动轴承的代号滚的代号w 2014/11/19w 14 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的失效形式主要有：滚 (1)疲劳破坏动滚动轴承工作过，滚动体相对内圈(或外圈)不断地转动，轴承

11、因此滚动体与滚道接触表面受变应力。此变应力可近似看作的 载荷按脉动循环变化。由于脉动接触应力的反复作用，首先选 在滚动体或滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩择 展到接触表面，形成疲劳点蚀，致使轴承不能正常工作。通计 常，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。算 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 15 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算 16-3 滚动轴承的选择计算(2)变形滚 当轴承转速很低或间歇摆动时，一般产生疲劳损坏。但动在很大载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触轴承 处产生变形(滚道表面形成变形凹坑)，从而使轴承在运的 转

12、中产生剧烈振动和噪声，以致轴承不能正常工作。选 此外，由于使用、维护和保养不当或密封、润滑不良等因素， 择 也能引起轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破损等不正计 常失效。算w 2014/11/19w 16 16-3 滚动轴承的选择计算二、轴承滚 轴承的一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套动 圈相对于另一个套圈的总转数，或轴 在某一转速下的工作数，称为承 轴承的。.对一组同一型号的轴承，由于材料、的 热处理和工艺等很多随机因素的影选 响，即使在相同条件下运转，择 也不一样，有的相差几十倍。因此对一个具体轴承，很难预知其确切计 的。但大量的轴承试验表算 明，轴承的可靠性与之间有

13、如图16-6所示的关系。16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 17 16-3 滚动轴承的选择计算基本额定动载荷滚 当一套轴承进入运转并且基本额定为一百万转时，轴承动 所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用C表示。轴 径向基本额定动载荷承对于向心轴承，由于它是在纯径向载荷下进行试验的，的选 所以其基本额定动载荷通称为径向基本额定动载荷，记作择 Cr；计 轴向基本额定动载荷算 对于推力轴承，它是在纯轴向载荷下进行试验的，故称之为轴向基本额定动载荷，记作Ca。 16-3 滚动轴承的选择计算轴承的可靠度滚 可靠性常用可靠度R来度量。一组相同轴承能达到或超过规定的动 百

14、分率，称为轴承的可靠度。轴承 基本额定一组同一型号轴承在同一条件下运的 转，其可靠度为90%时，能达到或选 超过的称为基本额定，记择 作L(为百万转，即 106 r )或Lhh()。换言之，即计 90%的轴承在发生疲劳点蚀前能达算 到或超过的 ，称为基本额定寿命。对单个轴承来讲，能够达到或超过此 的概率为90%。w 2014/11/19w 18 16-3 滚动轴承的选择计算实际计算时，用表示轴承比较方便，如用n代表轴滚 的转速(r/min)，则上式可写为动轴106C eLh =()h承60n P的 P称为当量动载荷。选 P为一恒定径向（或轴向）载荷，在该载荷作用下，择 滚动轴承具有与实际载荷作

15、用下相同的。计算 16-3 滚动轴承的选择计算大量试验表明，滚动轴承的基本额定L( 106 r )与基本滚 额定动载荷C(N)、当量动载荷P(N)间的关系为动 L = (C )e106 r轴P承 式中：e 为指数，对于球轴承，e = 3，的 对于滚子轴承，e = 10 ；选3择 C为基本额定动载荷，计 对向心轴承为Cr，对推力轴承为Ca算 Cr、Ca可在滚动轴承样本或设计手册中查得。本书附表1、2、3中列举了少量轴承的C值，供参考。w 2014/11/19w 19 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承各类中轴承预期Lh的参考值列于表16-10中。的选择计算 16-3 滚动轴承的选择计算考虑到轴

16、承在温度高于100C下工作时，基本额定动载荷C滚 有所降低，故引进温度系数 （ft ft 1），动 对C值予以修正。ft 可查表16 - 8。轴 考虑到工作中的冲击和振动会使轴承降低，承 为此又引进载荷系数 f p , f p值可查表16 - 9。的 作了上述修正后，计算式可写为选106fC e择 Lh =( t)h60nf p P计f P 60n算 或 C =p （L ）1 eNf106h t上式是设计计算时常用的轴承计算式， 由此可确定轴承的或型号。w 2014/11/19w 2016-3 滚动轴承的选择计算P = XFr + YFa对于向心轴承，当F / F e时，可由表16-11查出X

17、 和Y的数值；滚ar当Fa / Fr e时，轴向力的以忽略不计（这时表中X =0，Y =0）。动 e值列于轴承标准中，其值与轴承类型和F / C 值有关a0r轴 (C 是轴承的径向额定静载荷），是衡量轴承承载能力的判别系数。0 r承 向心轴承只承受径向载荷时的 P = Fr选 推力轴承(a = 90)择 只能承受轴向载荷， 其轴向当量动载荷为计 P = Fa算 16-3 滚动轴承的选择计算三、当量动载荷的计算滚 滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的试验条件下确定的。动 对向心轴承是指承受纯径向载荷，对推力轴承是指承受中心轴 轴向载荷。如果作用在轴上的实际载荷既有径向载荷又有轴承向载荷，则必须将实

18、际载荷换算成与试验条件相当的载荷后，的选 才能和基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定择 的载荷，故称为当量动载荷。当量动载荷的计算公式为计 P = XFr + YFa算 式中：Fr、Fa分别为轴承的径向载荷及轴向载荷，N；X、Y分别为径向动载荷系数及轴向动载荷系数。w 2014/11/19w 21 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 22 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 23 16-3 滚动轴承的选择计算四、角接触向心轴承轴向载荷的计算滚 角接触向心轴承的结

19、构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角。当它承受径向载荷Fr时，会产生内部轴向力Fs。动 Fs的近似值可按照表16-12中的公式计算求得。轴承的选择计算 16-3 滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 24 16-3 滚动轴承的选择计算若把轴和内圈视为一体，并以它为脱离体考虑轴系的轴向平滚 衡，就可确定各轴承承受的轴向载荷。动 (1)若FA + FS2 FS1 轴承1被压紧轴 轴承（1 压紧端）承受的轴向载荷：Fa1=FA + Fa2承 轴承（2 放松端）承受的轴向载荷：Fa2 =FS2 的 (2)若FA + FS2 FS1 轴承2被压紧选 轴承（1 放松端）承受的轴向载荷：Fa1=

20、FS1择 轴承（2 压紧端）承受的轴向载荷：Fa2 =FS1 - FA计算 16-3 滚动轴承的选择计算为了使角接触向心轴承的内部轴向力得到平衡，以免轴向窜滚 动，通常这种轴承都要成对使用，对称安装。安装方式：两外圈窄边相对(正装）和两外圈宽边相对(反装)。动 为了简化计算，通常可认为支反力作用在轴承宽度的中点。轴承的选择计算w 2014/11/19w 2516-3 滚动轴承的选择计算五、滚动轴承的静强度较核对于转速很低( n 10r / min )或缓慢摆动的滚动轴承，一般滚产生疲劳点蚀，但为了防止滚动体和内、外圈产生过大动 的塑性变形，静强度校核。轴 基本额定静载荷GB/T4662-200

21、3规定，使受载最大的滚动体与内、外圈滚道承 接触处中心的接触应力达到某一定值的载荷称为基本额定静的 载荷C0，其值可查设计手册。选 当轴承既受径向力又受轴向力时，可将它们折 当量静载荷P0，应满足：择C计 P = X F + Y F 0 00 r0 aS0算 式中：X 、Y 分别为径向、轴向静载荷系数，可查表16-13；00S0为静强度安全系数，对于旋转精度与平稳性要求高或承受大冲击载荷时取1.2 % 2.5，相反情况则取0.5 % 0.8，一般情况取0.8 % 1.2。 16-3 滚动轴承的选择计算显然，放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压滚 紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向力

22、外其余轴向力的代数和。动 对于反装结构：轴承的选择计算w 2014/11/19w 26 16-3 滚动轴承的选择计算计算 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 27 16-3 滚动轴承的选择计算w 2014/11/19w 28 16-4 滚动轴承的润滑和密封润滑和密封，对滚动轴承的使用具有重要意义。滚 润滑的主要目的：是减小摩擦与减轻磨损。滚动接触部位如动 能形成油膜，还有吸收振动、降低工作温度和噪声等作用。轴 密封的目的：是防止灰尘、水分等进人轴承，并润滑剂流失。承 一、滚动轴承的润滑的 滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。一润 般情况下，滚

23、动轴承采用润滑脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时(如变速箱内本来就有润滑齿轮的油)，也可采滑 用润滑油润滑。和 具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径，mm，密 n代表轴承套圈的转速n，r / min，dn而值间接地反映了轴颈的圆周速度，封 当 dn (2 % 3) 105 mm.r / min 时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑， 超过这一范围宜采用润滑油润滑。 16-3 滚动轴承的选择计算的选择计算w 2014/11/19w 29 16-4 滚动轴承的润滑和密封二、滚动轴承的密封滚 滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。动 密封方法：接触式密

24、封和非接触式密封轴承的润滑和密封 16-4 滚动轴承的润滑和密封 脂润滑因润滑脂不易流失，故便于密滚 封和维护，且一次充填润滑脂可运转动 较长时间。轴 油润滑的优点是比脂润滑摩擦阻力小， 并能散热，主要用于高速或工作温度承 较高的轴承。的 装脂量不宜多于轴承空隙的1/3润 1/2 ，以免发生轴承过热。润滑油的粘度可按轴承的速度因数dn滑 和工作温度t来确定。和 油量不宜过多，如果采用浸油润滑，密 则油面高度应不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。封 高速轴承通常采用喷油或喷雾方法润滑。w 2014/11/19w 30 16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封 16-4

25、 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封w 2014/11/19w 31 16-5 滚动轴承的组合设计1、 两端固定滚 使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴的单向移动。两个动 支点合起来就限制了轴的双向移动。这种固定方式称为两端轴 固定。它适用于工作温度变化不大的短轴。考虑到轴因受热而伸长。在轴承盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙c，承 c=0.20.3mm。的组合设计 16-5 滚动轴承的组合设计为保证轴承在中正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，处理好轴承与其周本 围零件之间的关系。也就是要解决轴承的轴向位置固定、章 轴承与其他零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密

26、封等一教案 系列问题。一、轴承的固定轴承的固定有两种方式。w 2014/11/19w 3216-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 16-5 滚动轴承的组合设计2、一端固定、一端游动滚 这种固定方式是在两个支点中使一个支点双向固定以承受轴向力，另一个支点则可作轴向游动。可作轴向游动的支点称为游动支点，显然它不动 能承受轴向载荷。轴 选用深沟球轴承作为游动支点时，轴承外圈与端盖间留适当间隙， 选用圆柱滚子轴承时，则轴承外圈应作双向固定，以免内、外圈同时移承 动，造成过大错位。这种固定方式适用于温度变化较大的长轴。的组合设计w 2014/11/19w 33 16-5 滚动轴承的组合设计二、轴承组合的调整滚 1、轴承问隙的调整动 轴承间隙的调整方法有：轴 1）靠加减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整2）利用螺钉1通过轴承外圈压盖3移动外圈位置进行调整，承 调整之后，用螺母2锁紧防松。的组合设计16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计w 2014/11/19w 34 16-5 滚动轴承的组合设计3、轴承组合位置的调整滚 轴承组合位置调整的目的：是使轴上的零件(如