《机械设计基础》17滚动轴承

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1、17.1 概述 17.2 滚动轴承的代号 17.3 滚动轴承的工作情况分析 17.4 滚动轴承类型的选择 17.5 滚动轴承尺寸的选择 17.6 滚动轴承的组合设计 17.7 滚动轴承的设计计算与实例分析,第10章 滚动轴承,10.1 概述,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。,1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。,根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。,轴承应满足如下基本要求：,轴承的分类,根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径

2、向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。,10.1 概述,常见的滚动体有六种形状，一种是球形，五种是滚子。,17.1 概述,滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的 耐磨性和冲击韧性。 一般用特殊轴承钢制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等,滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。,保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料 等材料。,为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊 结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。,17.1 概述,二、滚动轴承的类型及特点,1.按所

3、能承受载荷的方向或公称接触角的不同，可分为向心轴承和推力轴承。,向心轴承,径向接触轴承：公称接触角=0，主要承受径向载荷，有些可承受 较小的轴向载荷。,向心角接触轴承：公称接触角=045，同时承受径向载荷和 轴向载荷。,推力轴承,推力角接触轴承：公称接触角=4590，主要承受轴向载荷， 可承受较小的轴向载荷。,轴向接触轴承：公称接触角=90，只能承受轴向载荷。,17.1 概述,17.1 概述,2.按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承,在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。,球轴承,滚子轴承,17.1 概述,3.按滚动体的列数可分为单列、

4、双列及多列轴承,4.按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。,5.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。,6.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。,7.按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.2 滚动轴承的代号,一、滚动轴承代号构成：,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272-93规定。,17.2 滚动轴承的代号,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类

5、型与尺寸等主要特征。代号主要组成部分,后置代号表示轴承的精度与材料的特征。共8组,17.2 滚动轴承的代号,6308：,6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级， 游隙组为0组。,N105/P5：,N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=25mm， 公差等级为5级，游隙组为0组。,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm， 公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=25。,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度 (0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组。,6103：,6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=

6、17mm， 公差等级为0级，游隙组为0组。,二、轴承代号示例,17.2 滚动轴承的代号,17.3 滚动轴承的工作情况分析,一、滚动轴承的受载分析,1、向心轴承的径向载荷分布 滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的轴向力的大小有关。实际应用中，一般以控制半圈滚动体受载为宜。,2、向心角接触轴承的载荷分布 （1）内部轴向力Fs 方向：指向外圈窄边 大小：见下表17.7 （2）载荷作用中心 沿接触点的法向 法向力与轴线的交点O。,17.3 滚动轴承的工作情况分析,表17.7 向心角接触轴承内部轴向力,轴承工作时，通常外圈固定，内圈随轴转动，滚动体滚动，内、外圈与滚

7、动体的接触点不断发生变化，其表面接触应力随着位置的不同作脉动循环变化。滚动体在上面位置时不受载荷，滚到下面位置受载荷最大，两侧所受载荷逐渐减小。所以轴承元件受到脉动循环的接触应力作用。,17.3 滚动轴承的工作情况分析,二、轴承元件上的载荷及应力,17.3 滚动轴承的工作情况分析,三、滚动轴承的失效形式和计算准则,1.失效形式,滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。,2.计算准则,17.3 滚动轴承的工作情况分析,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， 因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的

8、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静强度计算。,17.4 滚动轴承类型的选择,一、影响轴承承载能力的参数,1.游隙,内、外滚道与滚动体之间的间隙称为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量。,游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。,17.4 滚动轴承类型的选择,2.极限转速,滚动轴承在一定的润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。转速过高会产生高温

9、，润滑失效产生破坏。,3.偏位角,安装误差或轴的变形等都会引起指南称内外圈中心线法称相对倾斜， 其倾斜角d 称为偏位角。,4.接触角,由轴承结构类型所决定的接触角称为公称接触角。,1.载荷条件,方向：纯轴向载荷轴向接触轴承（推力轴承） 纯径向载荷径向接触轴承（向心轴承）,径向+轴向载荷-角接触轴承,2.转速条件（nnlim）,高速、要求旋转精度高，优先采用球轴承,低速可选滚子轴承 。,3.调心性能,长轴（刚度低）或多支点，要求轴承具有调心性调心轴承,大小：载荷大、有冲击滚子轴承；载荷小球轴承,二、 滚动轴承类型的选择,17.4 滚动轴承的类型的选择,内外圈可分离 圆锥滚子，圆柱滚子 长轴上安装

10、 内锥孔与紧定套轴承,6. 经济性 球轴承价格低，滚子轴承价格高。 在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。,5.装拆方便,4.空间限制径向尺寸受限，滚针轴承,滚针轴承,带内锥孔与紧定套轴承,圆锥滚子轴承,17.4 滚动轴承的类型的选择,滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。,与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。,1、基本额定寿命： 具有90可靠度时轴承的寿命，用L10表示。,2、基本额定动载荷： 使轴承的基本额定寿命恰好为 106转时， 轴承所能承受

11、的载荷值，用字母C表示。 Ca轴向基本额定动载荷； Cr径向基本额定动载荷,轴承的寿命/（106r）,一、滚动轴承的寿命计算,17.5 滚动轴承尺寸的选择,3、基本额定寿命计算式,引入温度系数fT,若已知预期寿命Lh可算出Cjs 轴承的预期寿命Lh参见表17.11,17.5 滚动轴承尺寸的选择,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。（参见表17.8，P）,为了计及实际载荷波

12、动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。,17.5 滚动轴承尺寸的选择,4、滚动轴承的当量动载荷,二、向心角接触轴承的轴向载荷计算,1、确定内部轴向力的大小与方向。 2、根据合力方向，判断轴承的“放松端”和 “压紧端” 。,3、轴承轴向载荷的确定 (1) 放松端轴承的轴向载荷仅为其本身的内部轴向力； (2) 压紧端轴承的轴向载荷则为除去本身的内部轴向力外， 其余各轴向力之合力。,17.5 滚动轴承尺寸的选择,17.5 滚动轴承尺寸的选择,(1) 当FAFs2Fs1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。,轴承1的轴向力为Fa1FAFs2 ；轴承2的轴向力为Fa2Fs2,(2)

13、 当FAFs2Fs1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”。,轴承1的轴向力为Fa1Fs1 ；轴承2的轴向力为Fa2Fs1FA,举例分析,四、滚动轴承的静强度计算,1.基本额定静载荷C0,调心轴承4600MPa 所有其他型号的球轴承4200MPa 滚子轴承4000MPa,2.当量静载荷P0,a0o的向心球轴承和向心滚子轴承为,a0o的向心滚子轴承为,a90o的推力轴承为,a90o的推力轴承为,.静强度计算,17.5 滚动轴承尺寸的选择,10.2.4 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，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、轴承的调

14、整与装拆、润滑与密封等一系列问题。,一、轴承的轴向固定,10.2.4 滚动轴承的组合设计,二、轴组件的轴向固定,在机器中，轴（和轴上零件）的位置是靠轴承来固定的，轴向移动应限制在一定限度之内，并且应考虑轴在工作中的热伸长能得到补偿。 轴组件的轴向固定主要有以下三种方式。,1.两端固定式 每个支点各限制轴的一个 单向移动。此种方式结构简单，适用于工作温度变化不大的短轴。,17.6 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

15、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,17.6 滚动轴承的组合设计,3.两端游动式,17.6 滚动轴承的组合设计,三、轴承组合的调整,1.轴承间隙的调整,10.2.4 滚动轴承的组合设计,10.2.4 滚动轴承的组合设计,10.2.4 滚动轴承的组合设计,2.轴系位置的调整,10.2.4 滚动轴承的组合设计,四、轴承组合支承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刚性也不同。,10.2.4 滚动轴承的组合设计,五、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

16、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。,10.2.4 滚动轴承的组合设计,六、滚动轴承的配合与装拆,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。,10.2.4 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,采用专用工具或压力机拆卸轴承,为方便拆