第14章滚动轴承

1、第十四章 滚动轴承,故学习本章的目的主要解决三个问题：,1、如何选择滚动轴承的类型；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计；,标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。,一、基本结构,核心元件：滑动滚动,使滚动体等距离分布， 滚动体间的摩擦、磨损。,滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针线接触,保持架,外圈,滚动体,14-1滚动轴承的结构、类型和代号,二、主要类型 国家标准有十二类，以滚动体形状、受载性质为主命名,大轴向载荷承受能力大,滚动轴承的结构、类型和代号,滚动体与套圈接触处的法线 与轴承的径向平面之间的 夹角，称为公称接触角。,公称接触角,三、滚动轴承代号：,代号：表示类型、

2、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。,有特殊要求时使用,表示轴承结构、形状、材料、公差等级等,数字或字母表示不同类型的轴承 右起4或5位）,表示结构、内径相同的轴承在外径和宽度（高度）方面的变化系列 右起3或3-4位,表示轴承公称直径 20480mm 代号5=内径mm 右起1-2位,6 2 1 2,N 2 2 0 8,3 3 3 1 5 E,7306AC/P4,角接触球轴承，=20，d=30mm，精度为4级,举例：,14-2 滚动轴承类型的选择,1、根据载荷的大小及性质,载荷大或冲击大选滚子轴承（线接触）；,径向、轴向载荷角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3),轴向载荷不大时，可用

3、深沟球轴承,载荷小或冲击小选球轴承（点接触） ；,2、根据载荷的方向,纯径向载荷选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N),纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8 ）,3、根据转速的高低,转速高选球轴承；,转速低选滚子轴承；,4、根据回转精度,精度要求高选球轴承；,5、根据调心性能,轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）；,14-3 滚动轴承的主要失效形式和设计准则,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体上的受力情况如何？,当轴承仅受到纯轴向力 A 作用时：,载荷由各滚动体平均分担，即：,Qi Qj,当轴承受到径向力 Fr 作用时:,所以轴承元件受到脉动循环的接触应

4、力。,二、主要失效形式,2、塑性变形：静载荷、冲击作用下,3、磨损：磨粒磨损、粘着磨损；,1、疲劳点蚀：回转轴承上，各元件受脉动接触应力。,滚动轴承的主要失效形式和设计准则,三、设计准则,疲劳点蚀寿命计算 塑性变形静强度计算,14-4 滚动轴承的寿命计算,一、基本概念, 轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,同型号轴承：离散性大、寿命相差数十倍。,一批轴承：服从一定的概率分布规律。, 采用基本额定寿命。, 额定寿命,一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,90,10,用 L 表示。,完好,按额定

5、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。,比如：外载增大，额定寿命降低。,因此，额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。, 基本额定动载荷,规定轴承在 额定寿命 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,额定动载荷越大,轴承的承载能力越大,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。,二、滚动轴承寿命计算基本公式,目的 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。,载荷与额定寿命的关系曲线：,式中：P 为当量动载荷；,L为P 作用下的额定寿命。,为寿命指数，球轴承 3，滚子轴承 10/3

6、 。,所以：,实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：,轴承的转速,当工作温度高于120时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正：,预期寿命,当载荷为额定动载荷C 时：,所需额定动载荷,三、滚动轴承的当量动负荷,对于向心轴承，C 为径向力；,对于推力轴承，C 为轴向力。,但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷Fa。,为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。,当量动载荷：它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。,计算式：,X 径向系数,Y 轴向系数,查表1411,X、Y 的作用是将Fr 、 Fa折合成当量动载荷。,实际工作条件下，需引入载荷系数 fp 修正 P：

7、,X、Y 取决于：Fa / Fr和参数 e 。,若：,Fa / Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa / Fr e,X 1、Y 0,参数 e 根据 A/C0 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。,基本额定静载荷,例：X、Y的取值,2、角接触轴承的内部轴向力 S,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，会产生内部轴向分力 S 。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,表1413给出了S 的近似计算公式。,角接触球轴承,注意 S 的方向,S的方向：总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向,四、角接触球轴承及圆锥滚子轴承轴向负荷FA计算。,1、特点：在承受径向负荷R时，由

8、于法向力方向与径向平面成一接触角，会产生内部轴向力S1，计算轴向负荷FA时须将S考虑进去。,3、轴向负荷A的计算,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式：, 正安装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即内部轴向力指向相对。, 反安装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即内部轴向力指向相背。,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小；,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。, 轴承正装时：, 若 S1 + FA S2,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,但外圈被固定，,使得,S2和 S 都是右轴承所受的力，故：

9、,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S，,而左轴承被放松，,即：A1=S1 （放松端） A2=S1 FA （压紧端）,思路：轴的力平衡条件（轴、内圈、滚动体一体为分离体）, 若 S1 + FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,故：,左轴承被压紧，会产生反力S，,而右轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）,归纳如下：,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承）,因为：0 ,S10 ，S2 0,所以：AFA,图中：,A10,A2FA,组合设计内容： 正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、轴系刚

10、度、精度问题。 组合设计要求： 固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。,轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合。,14-5 滚动轴承部件的组合设计,6类,一、轴承的轴向固定,在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有“左移”、“右移”趋势：,1、两端单向固定（双支点单向固定）,安装时，轴承外圈与端盖间隙：0.250.4mm,允许轴少量热膨胀，用垫片或调整螺钉调节。,用于,t不高,每个轴承承受一个方向的轴向力。,组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力FA。,轴承类型,2、一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）：,用于,t较高

11、,6类,6类,N类,三、轴承的配合与装拆 1. 配合 内圈与轴基孔制 外圈与轴基轴制 2. 装拆 压力机 热油,四、滚动轴承的润滑与密封 1. 润滑 润滑脂 润滑油 2. 密封 接触式 非接触式 组合式,滚动轴承部件的组合设计,二、轴承组合的调整 1. 间隙的调整 用调整垫片或调整螺钉 2. 轴承的预紧 3.轴承组合位置的调整,密封圈密封，油润滑v412m/s,静止件与运动件不能直接接触，轴与端盖间应有间隙。,解：,其中=3 C查手册25800N n由题给500r/min,下面求P，P=fP(XR+YA) 轴承I： R=2000N A=FA=600N,查表： X=0.56Y=1.9fP =1.

12、2 P1=2712N,轴承：R=1500NA=0 查表： X=1Y=0fP =1. P2=1800N, P1P2 故仅计算轴承I,例14-2 求轴承的寿命 R1=2000N R2=1500N FA=600N 深沟球轴承,解：,例14-3 R1=1000N R2=2000N FA=800N 圆锥滚子轴承30207,其中=10/3 C查手册51500N，n由题意1440r/min,下面求当量动负荷P，P=fP(XR+YA),1、由于是3类轴承先求A,S1=R1/2Y=1000/21.6=313N S2=R2/2Y=2000/21.6=625N,S1+FA=313+800=1113 N S1+ FA

13、 S2,由力的平衡方程 S1 + FA = S2 + S2 轴承I放松、轴承压紧,A1= S1=313 N A2= S1+ FA =1113 N,2、求当量动载荷P 轴承I P1= fP(XR+YA) =1500N 轴承 P2= fP(XR+YA) =3871 P2P1 以轴承作为寿命计算依据,3、求Lh,4指出图示轴上结构1、2、3、4处有哪些不合理地地方？用文字说明。,3. 解：1处错误为：轴承定位高度超过内圈厚度； 2处错误为：转动零件无法拆卸、安装，且应满足轴段长度比轮毂长度稍短。 3处错误为：轴承没有实现轴向固定。 4处错误为：联轴器没有轴向固定,4. （1）分析图示结构设计的错误（

14、用数字标出并说明）。 （2） 画出正确结构,：1）左边轴肩高于轴承内圈2）与齿轮配轴段太长，齿轮轴向未定位 3）齿轮与轴承间缺套筒 4）右边轴肩过高超过轴承内圈 5）右端盖与轴接触 6）右端盖处缺密封圈 7）皮带轮周向定位缺键槽 8）皮带轮孔未通 9）,1如图所示，已知轴承载荷平稳，室温下工作，转速 ， 试计算此对轴承的当量载荷 、 。 轴承， ， ， 时， ， ， 时， ，,14.1 轴承的功用和类型 14.2 滚动轴承的组成、类型及特点 14.3 滚动轴承的代号 14.4 滚动轴承类型的选择 14.5 滚动轴承的工作情况分析及计算 14.6 滚动轴承的选择 14.7 滚动轴承的组合设计 1

15、4.8 滚动轴承概述 14.9 滚动轴承与滑动轴承的性质比较,第14章 轴承,3.按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。,14.2 滚动轴承的组成、类型及特点,4.按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。,5.按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高，0级为普通级。另外还只有用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。,6.按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。,2.计算准则,14.5 滚动轴承的工作情况分析及计算,对于一般转速的轴承，即10r/minnnlim,如果轴承的制造、保管、安装、使用等条件均良好时，轴承的主要失效形式为疲劳点蚀，因此

16、应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。,对于高速轴承，除疲劳点蚀外其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速,对于低速轴承，即n1r/min，可近似地认为轴承各元件是在静盈利作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以下不发生塑性变形为准则的强度计算。,滚动轴承尺寸的选择4,在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承 C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。,各类轴承的当量动载荷可按下式计算：,式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷,X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数,为了计及实际载荷波动的影响，

17、可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。,14.5 滚动轴承的工作情况分析及计算,14.7 滚动轴承的组合设计,为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。,14.7.1 轴承的轴向固定,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.2 轴承组的轴向固定,除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还必须正确、合理地进行轴承的组合设计。即正确解决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、轴承的调整与装拆等问题。,1.两端固定式,14.7 滚动轴承的组合设计,2.一端固定、一端游动式,一端支承的轴承，内、外圈

18、双向固定，另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。,点击图像看大图,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.3 轴承组合的调整,1.轴承间歇的调整,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7 滚动轴承的组合设计,2.轴系位置的调整,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.4 轴承组合支撑部分的刚度和同轴度,轴承座孔壁应有足够的厚度，并用加强肋增强其刚性。,支撑结构中同一根轴上的轴承座孔尽可能同心。,角接触轴承安装方式不同时轴承组合的

19、刚性也不同。,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.3 轴承的预紧,轴承的预紧就是在安装轴承时使其受到一定的轴向力，以消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生弹性预变形。,预紧的目的在于提高轴承的刚度和旋转精度。,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.3 滚动轴承的配合与拆装,1滚动轴承的配合,滚动轴承是标准件，轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。,在设计时，应根据及其的工作条件、载荷的大小及性质、转速的高低、工作温度及内外圈中哪一个套圈跳动等因素选择轴承的配合。,当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。,高速、重载情况下应采用较紧配合。,作

20、游动支撑的轴承外圈与座孔间应采用间隙配合，但又不能过松而 发生相对转动,轴承与空心轴的配合应选用较紧配合，部分式轴承座座孔与轴承外 圈的配合应较松。,充分考虑温升对配合的影响。,14.7 滚动轴承的组合设计,2滚动轴承的安装与拆卸,（1）轴承的安装,冷压法,热套法,（2）轴承的拆卸,（2）轴承的拆卸,采用中用工具或压力机拆卸轴承,为方便拆卸，轴上定位轴肩的高度应小于轴承内圈的高度。,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7.7 滚动轴承的润滑与密封,1润滑的目的,润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；,轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用

21、寿命；,良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以 使接触压力减小；,轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。,选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。,2润滑方式的选择,轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。,3密封,作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。,密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。,14.7 滚动轴承的组合设计,14.7 滚动轴承的组合设计,14.8 滑动轴承概述,14.8.1 滑动轴承的特点、应用及分类,滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主

22、要使用滑动轴承：,工作转速很高，如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。,承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。,特重型的载荷，如水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。,工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的轴承，称为滑动轴承。,14.8 滑动轴承概述,根据所承受载荷的方向、滑动轴承可分为径向轴承、推力轴承两大类。,根据轴系和拆装的需要，滑动轴承可分为整体式和剖分式两类。,滑动轴承的分类,根据颈和轴瓦间的摩擦状态，滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承,根

23、据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同，液体摩擦滑 动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承，简称动 压轴承和静压轴承。,14.8 滑动轴承概述,14.8.2 滑动轴承的结构,径向滑动轴承的典型结构1,1.径向滑动轴承的结构,(1)整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,(2)部分式径向滑动轴承,特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的 间隙、安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,部分式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),14.8 滑动轴承概述,径向滑动轴承的典型

24、结构3,2.推力滑动轴承,推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：,空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。,单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用 于低速、轻载的场合。,多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。,空心式,单环式,多环式,14.8 滑动轴承概述,14.8 滑动轴承概述,14.8.3 轴瓦的结构和滑动轴承的材料,1.轴瓦的结构,常用的轴瓦结构有整体式和剖分式两类。,整体式,整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。,14.8 滑动轴承概述,部分式,部分式轴承采用部分式轴瓦。为了使轴承与轴瓦结合牢固，可在轴瓦基体内壁制出沟槽，使其与合金轴承衬结合更牢。,为了使润滑油能均匀流到整个工作表面上，轴瓦上要开出油沟，油沟和油孔应开在非承载区，以保证承载区油膜的连续性。,观看油孔、油沟样式动画,14.8 滑动轴承概述,2.轴承材料,轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承 衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求：,减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。,摩擦顺应性：材料通过