机械设计第十三章1

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1、第十三章 滚动轴承,电子科技大学 凌丹,轴承 支承轴及轴上零件 保证轴的旋转精度 减少轴与支承之间的摩擦与磨损,与滑动轴承相比 优点：摩擦阻力小、启动容易、效率高、润滑简便、易于更换； 缺点：抗冲击能力差、工作时有震动和噪声、有些场合不适用。,设计时所要解决的主要问题 轴承本身的设计 根据工作条件，选择类型及尺寸； 轴承寿命校核 滚动轴承装置的设计 与滚动轴承安装、调整、润滑、密封等有关的零件组合方案的设计。,本章内容,概述 滚动轴承的基本类型和及其代号 滚动轴承的类型的选择 滚动轴承的工作情况 滚动轴承寿命计算 轴承装置的设计 例题,内圈1 外圈2 滚动体3 保持架4,1. 滚动轴承的基本结

2、构,滚动轴承的附加结构,2. 滚动轴承各部分的作用,内圈与轴颈配合； 外圈与轴承座孔配合； 内圈外表面和外圈内表面上有滚道，滚动体在滚道上滚动。 保持架均匀分隔各滚动体，避免各滚动体直接接触造成严重磨损。,保持架的功能,防止与滚动元件的直接接触，使摩擦和热量生成降到最低 引导滚动体在滚道上运转 提供润滑空间 在安装或拆卸可分离轴承时，固定滚动元件,3. 轴承各部分的材料,内外圈、滚动体 强度高、耐磨的铬锰高碳钢。 保持架 冲压保持架和实体保持架 冲压保持架：低碳钢板冲压后铆接或焊接。 实体保持架：铜合金、铝合金或塑料切削加工。,4.常用滚动体的类型,球形、圆柱形、鼓形、圆锥形、滚针形、非对称球

3、面,本章内容,概述 滚动轴承的基本类型和及其代号 滚动轴承的类型的选择 滚动轴承的工作情况 滚动轴承寿命计算 轴承装置的设计 例题,1、滚动轴承的主要类型,按照滚动体的形状 球轴承 滚子轴承 按照承受载荷的方向 向心轴承：主要承受径向载荷 推力轴承：主要承受轴向载荷 向心推力轴承：可以承受两个方向的载荷。,滚动轴承的公称接触角,滚动体与外圈接触处的法线与轴承径向平面的夹角称为公称接触角，简称接触角a。,轴线,轴线,轴线,我国机械工业常用轴承,1调心球轴承 2调心滚子轴承 3圆锥滚子轴承 5推力球轴承 6深沟球轴承,7角接触球轴承 8推力圆柱滚子轴承 N圆柱滚子轴承 NA滚针轴承 NU 外球面轴

4、承,2、各种滚动轴承的性能,调心球轴承 1,主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向的轴向载荷； 外圈滚道为球面，具有自动调心性能。,self-aligning ball bearing,调心滚子轴承 2,具有调心作用(12.5 )，主要承受径向载荷，能承受少量的轴向载荷，承载能力比调心球轴承高。,self-aligning roller bearing,圆锥滚子轴承 3,可同时承受径向载荷和单向轴向载荷，承载能力大。,Fa,Fr,Taped roller bearing,推力球轴承 51（单列）、52（双向）,只能承受轴向载荷，载荷作用线必须与轴线重合。,Thrust Ball Bearin

5、g,轴圈,轴圈,座圈,座圈,座圈,推力球轴承 51（单列）、52（双向）,轴圈：与轴配合 座圈：与机座配合 轴圈内径小于座圈内径。,深沟球轴承 6,主要承受径向载荷，能承受少量的轴向载荷。大量生产，价格最低。,Deep Groove Ball Bearing,角接触球轴承 7,可承受径向载荷和单向轴向载荷。 一般成对使用，接触角越大，承受轴向载荷的能力越高。,70000C a =15 70000AC a =25 70000B a =40,Angular Contact Bearing,推力圆柱滚子轴承 8,能承受很大的单向轴向载荷,Thrust Roller Bearing,Thrust Ro

6、ller Bearing,Fa,轴向力的方向：由轴圈指向座圈。,圆柱滚子轴承 N,N,NU,NJ,只能承受径向载荷。由于滚动体与内外圈是面接触，承载能力比深沟球轴承大。,Cylindrical Roller Bearing,Fr,滚针轴承 NA RNA,径向尺寸很小、只能承受径向载荷，承载能力高于圆柱滚子轴承和深沟球轴承。,Needle Roller Bearing,滚针推力滚子轴承,小 结,球轴承与滚子轴承相比， 球轴承允许的极限转速较高（球形滚动体的重量较轻） 滚子轴承承受的载荷较大（滚子滚动体与内外圈线接触）。 下列轴承主要承受径向载荷，能承受少量的双向轴向载荷 深沟球轴承 调心球轴承

7、调心滚子轴承,下列轴承只能承受径向载荷 圆柱滚子轴承 滚针轴承 下列轴承能承受轴向（单向）和径向的联合载荷 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 下列轴承只能承受轴向载荷 推力球轴承 推力圆柱滚子轴承,3、滚动轴承的代号,代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。,类型代号,尺寸代号,尺寸系列代号由宽(高)度系列代号（基本代号左起第位）和直径系列代号(基本代号左起第位)组合而成。,直径与宽度系列,直径系列,宽度系列,高度系列,尺寸系列,宽度系列,直径系列,向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号,直径系列代号,推力轴承,向心轴承,0 1,(0) 0 (0) 1,10 11,20 21,

8、10 11,2,3,4,特轻,轻,中,重,(0) 2,(0) 3,(0) 4,12,13,22,23,24,12,13,14,22,23,24,(0),1,2,1,2,窄,正常,宽,正常,尺寸系列代号,宽度系列代号,高度系列代号,内径代号,后置代号,轴承游隙,径向游隙,轴向游隙,温度对轴承游隙的影响,安装对轴承游隙的影响,压缩,扩张,减小的 径向游隙,安装游隙小于原始游隙,滚动轴承代号示例 1,6 2 2 03,公差等级为0级; 游隙组为0组；,7 (0) 3 12 AC / P6,游隙组为0组；,滚动轴承代号示例 2,3 0 2 13,公差等级为0级; 游隙组为0组；,轴承的各部分尺寸,轴承

9、的各部分尺寸,本章内容,概述 滚动轴承的基本类型和及其代号 滚动轴承的类型的选择 滚动轴承的工作情况 滚动轴承寿命计算 轴承装置的设计 例题,运行条件,现有空间,不对心,速度,寿命,负荷大小/方向/性质,13-3 滚动轴承类型的选择,一、 考虑轴承的载荷,载荷大小 滚子轴承线接触承载能力强 球轴承点接触承载能力较低 载荷方向 纯径向载荷： 深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承 纯轴向载荷： 推力球轴承或推力滚子轴承 径向与轴向联合载荷： 角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）,二、 轴承的转速,转速过高 ,温度,润滑失效,滚动体回火或胶合破坏。,极限转速-滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的

10、最高转速。具体可查阅设计手册或轴承样本。,选用原则： 1. 球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承；,2. 在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承；内径相同时，外径越小，滚动体就越轻小，产生的离心惯性力也小；,3. 保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更高一些的转速；,4. 推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时，若轴向载荷不是十分大，可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力；,5. 若工作转速超过了轴承样本，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选用循环冷却等方法。,调心轴承的外圈滚道表面是球面，能自动补偿两滚道轴心线的角偏差，从而保证轴承正常工作。 滚针轴承对轴线偏

11、斜最为敏感，应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。,三、轴承的调心性能,由于安装原因造成 轴承内外圈中心线之间的相对倾斜角称为角偏差。各类轴承内圈轴线相对于外圈轴线的角偏差限度不同。,角偏差产生的原因： 轴刚度差、挠曲变形大，座孔轴线不平行或不同轴、多支点轴,两轴孔中心线相交,两轴孔不同轴,轴发生挠曲变形,轴承选型举例：,1）直齿圆柱齿轮轴：,2）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴：,3）悬臂圆锥齿轮轴：,4）蜗杆轴：,本章内容,概述 滚动轴承的基本类型和及其代号 滚动轴承的类型的选择 滚动轴承的工作情况 滚动轴承寿命计算 轴承装置的设计 例题,一、轴承工作时轴承元件上的载荷分布,径向力Fr通过轴径传给向

12、心轴承的内圈，位于上半圈的滚动体不会受力（非承载区）； 下半圈的滚动体将此载荷传到外圈上（承载区）。,向心轴承承受径向载荷,在处于Fr作用线上的接触点处接触载荷最大，两边逐渐减小。,径向游隙的存在使实际承载区的范围小于180,游隙较小,游隙较大,一、轴承工作时轴承元件上的载荷分布,二、滚动体的应力变化情况,接触应力为稳定脉动循环,接触应力为周期性非稳定循环,O,载荷作用中心,可查轴承标准,Fd 内部轴向力，是由于结构原因而产生的附加内部轴向力。其大小：查表，方向：如图。,Fd使内外圈有分离趋势，向心推力轴承必须： 成对使用，对称安装。,三、派生轴向力的产生,角接触向心轴承在承受径向载荷时，要产

13、生派生轴向力Fd，Fd的方向总是由外圈的宽边指向窄边。 派生轴向力的大小取决于该轴承所受的径向载荷和轴承的结构。,派生轴向力的计算,两种安装方式,正装（面对面安装）,反装（背对背安装）,简图：,两外圈宽边相对,两外圈窄边相对,反装（背靠背安装）,正装（面对面安装）,说 明,圆锥滚子轴承和角接触球轴承总是在径向和轴向载荷联合作用下工作。 各滚动体外圈反力的轴向分量构成轴承的派生轴向力，使外圈与滚动体和内圈组合体有分离的趋势，即产生轴向窜动量。 轴上的外部轴向载荷将阻止这种分离趋势，减轻轴向窜动量，并使下半圈尽可能多的滚动体受载。,本章内容,概述 滚动轴承的基本类型和及其代号 滚动轴承的类型的选择

14、 滚动轴承的工作情况 滚动轴承寿命计算 轴承装置的设计 例题,13.5 滚动轴承寿命的计算,失效形式 轴承寿命 基本额定动载荷 轴承寿命计算公式 当量动载荷的计算 角接触轴承轴向载荷的计算 滚动轴承的静载荷计算,一、失效形式,点蚀,金属疲劳：长时间的重复应力 在使用时，轴承材料受到循环的压应力 即使是正确维护使用的轴承也会出现失效,一、失效形式,其它失效形式 永久变形 磨粒磨损 胶合 由于安装时操作不当、维护不当。引起轴承元件的破裂等其他失效形式。,保持架与滚动体摩擦产生的磨损,外圈滚道塑性变形,内圈胀裂,内圈滚道磨损,安装不当占轴承提前失效原因的16%,润滑不当占轴承提前失效原因的36%,润

15、滑不当包括以下三种类型: 1、填充量错误: 过多 过少 2、润滑脂的选型错误: 性能质量达不到要求 不能适应实际的应用需要 3、污染: 杂质混入润滑脂中 操作不当(工作环境脏污),滚动轴承的设计准则,中、高速下运转的轴承(n10 r/min) 按疲劳强度进行设计。即保证轴承在规定的寿命期内不发生疲劳点蚀。,对于转速很低（n 10r/min)或在一定角度内缓慢摆动的轴承按静强度进行设计，即保证轴承在工作中不发生超过允许的塑性变形。,高速下运转的轴承除按疲劳强度进行设计外，还应校核极限转速。,二、轴承的寿命,轴承中任一元件出现点蚀疲劳破坏之前所经历的转数（以106转为单位）或在某一转速下工作的总小时数，称为轴承的寿命。,轴承的基本额定寿命,基本额定寿命L10 ：一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90%的轴承不发生点蚀以前能运转的转数（以106转为单位）或在一定转速下工作的总小时数Lh。,物理意义： 1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。 2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。,短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 30008000,间断使用，中断时会引起严重后果 800012000,每天8h工作的机械 1200020000,每天24h连续工作的机械 4000060000,每天24h连续工作的机械 ,中断时会引起严重后果 1000002