北工大机械设计基础教案16滚动轴承

PAGEPAGE1--第16章滚动轴承基本内容：滚动轴承的基本构造、材料；滚动轴承的类型和特点；滚动轴承的代号；滚动轴承的寿命计算；滚动轴承的润滑和密封；滚动轴承的组合结构设计。基本要求：熟悉滚动轴承的类型和特点、轴承的代号；掌握滚动轴承寿命计算方法；了解常用密封方式和使用条件；了解滚动轴承的组合结构设计的要求。重点：滚动轴承的类型、代号；滚动轴承的寿命计算方法；滚动轴承的组合结构设计。学时：课堂教学：6学时。第一讲▲滚动轴承的构造典型的滚动轴承构造如图，由四部分组成——内圈——外圈——滚动体（——保持架▲滚动轴承的材料滚动轴承内、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。如：GCr9、GCr15、GCrl5SiMn等G——表示滚动轴承钢淬火后硬度应不低于61～65HRC，工作表面要求磨削抛光。保持架不承受载荷，常用的材料有：低碳钢板、铝合金、酚醛层压布板、工程塑料等▲滚动轴承的优缺点（与滑动轴承比较）▲滚动轴承的设计内容由于滚动轴承是标准件，其材料、尺寸、型号等都已标准化、系列化，同时考虑到轴承的安装、布置、调整、预紧、固定、配合、润滑、密封、轴的支承刚度等因素。因此滚动轴承的设计包括两个方面的内容：滚动轴承的选择设计滚动轴承的组合设计§16-1滚动轴承的类型和选择一、滚动轴承的分类▲按轴承承受载荷的方向分向心轴承：——径向接触轴承——向心角接触轴承推力轴承：——轴向接触轴承——推力角接触轴承▲按滚动体形状分——球轴承滚子轴承▲按滚动体列数（排数）分——单列双列▲按国家的标准GB分——93年国家标准，将轴承分为14类，并且用规定的代号来表示。二、滚动轴承的基本类型、性能和特点▲基本概念1）游隙：滚动体与内、外圈滚道之间的间隙2）接触角α——滚动体与外拳滚道接触点的法线与径向平面间的夹角向心球轴承角接触球轴承角接触滚子轴承推力球轴承3）角偏差θ由于轴承内圈轴线与外圈轴线不重合，发生相对倾斜的现象称为角偏差，其夹角称为角偏差。造成倾斜的原因：——轴承座孔不平行——轴承座孔不同轴——轴的弯曲变形▲如果轴承能够在较大倾斜角的情况下正常工作，则把轴承具有的这种性能成为调心性能，具有调心性能的轴承称为调心轴承4）、极限转速nlim指轴承在一定的载荷及润滑条件下，轴承所允许的最大工作转速。▲常用滚动轴承的类型名称、性能和特点类型代号轴承名称标准号性能特点极限转速比允许角偏差10000GB281双排钢球，外圈滚道为内球面形，具有自动调心性能。主要承受径向载荷，也能承受不大的双向轴向载荷中3°20000与调心球轴承相似。双排滚子，有较高承载能力。允许角偏斜小于调心球轴承低1°～2．5°30000能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。内、外圈可分离，安装时可调整游隙。成对使用。允许角偏斜较小中2’50000只能受单向轴向载荷回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。套图可分离低≈0°50000能受双向的轴向载荷。其他同推力球轴承低≈0°6（0）GB276结构简单。主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围最广高8’～16’7(6)GB4221能同时受径向载荷和单向轴向载荷。接触角α有15°、25°和40°三种，轴向承载能力随接触角增大而提高。需成对使用.高2’～10’8（9）能承受较大单向轴向载荷，轴向刚度高。极限转速低，不允许轴与外圈轴线有倾斜低≈0°N（2）用以受较大的径向载荷。内、外圈间可作自由轴向移动，不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线接触，只允许有很小角位移高2’～4’NA0000滚针轴承只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸特小低不允许▲滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时，可根据轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速的高低、轴的刚度及其他使用要求进行选择。第二讲§16-2滚动轴承的代号▲为了便于组织生产和选择使用，国家标准GBT272—93规定的轴承代号由三部分组成：——基本代号是轴承代号的核心；——前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用，一般情况的可部分或全部省略。一、基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，包括三项内容：XXXXX类型代号尺寸系列代号内径代号——类型代号：用数字或字母表示不同类型的轴承；——尺寸系列代号：由两位数字组成；——内径代号：表示轴承公称内径的大小，用数字表示。二、前置代号：用字母表示，其代号及其含义可查手册。三、后置代号：用字母（或加数字）表示后置代号共有8组，表示时，分别用“/”分开，其顺序及含义分别为：12345678内部结构密封、防尘与外部形状保持架及其材料轴承材料公差等级游隙配置其他第三讲§16-3滚动轴承的选择计算则一、失效形式滚动轴承在中心轴向载荷的作用下，可认为载荷由各滚动体平均分担；滚动轴承在纯径向载荷作用下，受载最大的滚动体的载荷为：滚动轴承的失效形式1）疲劳破坏2）永久变形3）磨损等。滚动轴承的设计计算准则对于一般工作条件下转动轴承——寿命计算——静强度计算对于转速较低的或作摆动运动轴承——静强度计算对于转速较高的轴承——除要作上述计算外，还应作极限转速的计算二、滚动轴承寿命1、基本概念滚动轴承的寿命——指滚动轴承工作时，任一元件发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。滚动轴承的基本额定寿命——指一批相同的轴承，在同样的条件下运转，当有10％的轴承发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。用L10表示。滚动轴承基本额定动载荷——基本额定寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载荷取为基本额定动载荷，用Cr、Ca表示2、滚动轴承的寿命计算公式：大量的试验表明，滚动轴承的基本额定寿命L与基本额定动载荷C、当量动载荷P之间的关系为或h式中ε——寿命指数，对于球轴承ε=3对于滚子轴承ε=10/3n—— 轴承的转数，r／min，考虑轴承在温度高于100°C下工作，基本额定动载荷C有所降低，引进温度修正系数fT；考虑工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，引进载荷修正系数fP。经过修正后滚动轴承的寿命计算公式为h轴承预期寿命的参考值见表16—11三、滚动轴承的当量动载荷——当量动载荷是一个假想的载荷——在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相同。当量动载荷P的计算式是：对于向心轴承只承受径向载荷时P＝Fr对于推力轴承（α＝90°）只承受轴向载荷时P＝Fr对于能够承受径向和轴向载荷的向心轴承、角接触轴承为第四讲四、角接触轴承轴向载荷的计算1．载荷作用中心角接触轴承在计算支反力时，首先要确定载荷作用中心O，它的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图所示角接触球轴承的载荷作用中心2、角接触轴承的内部轴向力由于角接触轴承在结构上存在着接触角α，当它承受径向载荷Fr时，承载区内各滚动体上法向力在轴向方向分力的合力称为内部轴向力，用FS表示。各种角接触轴承的内部轴向力FS见表16—13为了使内部轴向力得到平衡，通常角接触轴承都要成对使用，对称安装。安装方式有正装和反装两种，如下图所示。3、轴向载荷的计算轴向载荷的计算需根据具体情况由力的平衡关系进行计算。如图所示，一对角接触轴承采用正装支承，FR——为作用于轴上的径向载荷；FA——为作用于轴上的和轴向载荷；Fr1、Fr2——为两轴承的径向支反力；Fs1、Fs2——为两轴承的径向支反力作用下，相应产生的内部轴向力。各力方向如图所示。对1轴承：FA和Fs2是外力对2轴承；FA和Fs1是外力因FA和Fs1的方向相同——如果Fs1＋FA＞Fs2轴有向右移动的趋势，使轴承Ⅰ“放松”，轴承Ⅱ“压紧”Fal＝Fs1Fa2＝Fs1＋FA——如果Fs1十FA＜Fs2轴有向左移动的趋势，使轴承I“压紧”，轴承Ⅱ“放松”Fal＝Fs2－FAFa2==Fs2▲如果轴承采用“反装”方式，Fal、Fa2的确定方法相同第五讲§16-4滚动轴承的润滑和密封一、滚动轴承的润滑润滑的目的：降低摩擦阻力和减轻磨损；吸振、冷却；防锈等。▲润滑剂：润滑油润滑脂固体润滑剂▲润滑方式一般根据速度因数dn值确定：d——轴颈直径mm；n——轴的的转速r/min当dn＜（1.5～2）×105——脂润滑，润滑脂的装填量一般不超过轴承空间的1/3～l/2当dn＞（1.5～2）×105——油润滑：浸油润滑，油面高度不超过最低滚动体中心飞溅润滑喷油或喷雾润滑，适合于高速轴承润滑油粘度选择：主要取决于速度、载荷、温度等工作条件。见图16—11某些特殊环境如高温和真空条件下采用固体润滑剂。二、滚动轴承的密封密封目的：阻止润滑剂的流失；防止外界灰尘、水分等侵入轴承。密封方式：接触式密封：非接触式密封：组合式密封：密封装置的结构和特点见下表第六讲§16-5滚动轴承的组合结构设计为保证轴承正常工作，除正确选择轴承类型和尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，考虑并处理好下列几方面的问题：1）轴承的轴向位置固定；2）轴承与其他零件的配合；轴承间隙的调整；轴承的安装与拆卸；轴承的润滑与密封等。一、滚动轴承的固定1、两端单向固定适用条件：普通工作温度下的较短轴为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时，端盖与轴承端面间应留有0．2～0．3mm的轴向间隙，间隙量常用垫片或调整螺钉调节。2、一端固定、一端游动适用条件：轴较长、工作温度较高的场合。二、轴承组合的调整1、轴承间隙的调整方法：调整轴承端盖与机座间垫片的厚度通过螺钉调整轴承外圈压盖的位置2、轴承的预紧对于某些可调游隙式轴承，在安装时给予一定的轴向压紧力（预紧力），使轴承内外圈产生相对位移，由此消除游隙，并使内外圈和滚动体接触处产生弹性预变形，从而提高轴的旋转精度和支承刚度，这种方法称为预紧。方法：（1）零用金属垫片（2）将轴承套圈磨窄3、轴承组合位置（轴系）的调整目的：使轴上的零件（如齿轮、带论等）具有准确的工作位置。方法：调整端盖与机座间的垫片；调整套杯与机座间的垫片等。三、滚动轴承的配合滚动轴承的周向固定