机械设计基础课件第17章滚动轴承

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1、第四篇 轴系零部件,滑动轴承,滚动轴承,轴,联轴器、离合器,第十七章 滚动轴承,17-1 概述,17-2 滚动轴承的主要类型和代号,17-3 滚动轴承的类型选择,17-4 滚动轴承的工作情况,17-5 滚动轴承尺寸的选择,17-6 轴承装置的设计,功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。,轴承的功用及组成,分类：根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承。,标准件、专门轴承厂批量生产,17-1 概述,滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。,设计人员的任务主要

2、是熟悉标准、正确选用。,滚动轴承的应用：,滚动轴承在减速器中的应用,滚动轴承在海上钻井平台上的应用,滚动轴承的类型和代号（认识轴承） 滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算） 滚动轴承的装置设计（安装、调整、润滑、密封,学习本章的目的主要解决三个问题,一、构造,gundti,使滚动体等距离分布，滚动体间的摩擦、磨损,组成 内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4四个基本元件组成。 关系 轴承的内圈装在轴颈上，外圈装在轴承座孔或其它零件的轴承孔内。,轴承内、外圈上都开有凹槽滚道，它起着降低接触应力及限制滚动体轴向移动的作用。,核心元件：滑动滚动,滚动体,滚动体是滚动轴承的核心元件，当内、

3、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈滚道间滚动，它使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。滚动体的形状、大小及数量直接影响轴承的承载能力。,保持架的作用是把滚动体均匀地相互隔开，防止滚动体脱落，改善轴承内部载荷分配及引导滚动体运动。保持架有冲压的和实体的(如右图)两种。冲压保持架一般用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成，它与滚动体间有较大间隙。实体保持架常用铜合金、铝合金或工程塑料经切削加工而成，它具有良好的定心作用，适用于高速轴承。,滚动轴承的性能和可靠性在很大程度上取决于内、外圈及滚动体的材料，它要求具有高的接触疲劳强度，良好的耐磨及耐腐蚀性。一般用含铬合金钢制造，经热处理后硬度可达6165HRC

4、，工作表面须经磨削和抛光。,滚动轴承的类型,按照滚动轴承所能承受的主要负荷方向，又可分为： 向心轴承：主要承受径向载荷 推力轴承：承受轴向载荷 向心推力轴承：能同时承受径向载荷和轴向载荷,根据滚动体的形状，滚动轴承分为： 球 轴承 承载能力低，极限转速高 滚子轴承承载能力高，极限转速低,二、滚动轴承的结构特点,二、材料,内外圈和滚动体 -强度高耐磨性好的铬锰高碳钢（轴承钢）GCr15,GCr15SiMn,(61HRC65HRC） 保持架 -较软材料,低碳钢冲压后铆接或焊接 常用: 铜合金铝合金酚醛层压布板工程塑料,三、与滑动轴承比较,优点： 摩擦阻尼小，启动灵活 可同时承受径向和轴向载荷，简化

5、了支承结构； 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高； 互换性好，易于维护。 不需有色金属，标准件，成本低。,缺点： 抗冲击能力较差； 高速时噪声大，寿命较低； 径向尺寸大; 有的场合无法使用,1、按可承受的外载荷分类：,向心轴承：主要用来承受径向载荷,推力轴承：只能承受轴向载荷,向心推力轴承：能同时承受径向载荷和轴向载荷,一、滚动轴承的主要类型、性能与特点,17-2、滚动轴承的主要类型及代号,2.载荷角：总载荷N与径向平面的夹角,1.接触角：滚动体与外圈轨道接触点的法线 与轴承径向平面的夹角,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。,向心轴承：

6、 045 主要承受径向载荷,径向接触轴承0 的向心轴承；,向心角接触轴承 045的向心轴承；,推力轴承： 45 90 ，主要承受轴向载荷；,2、按滚动体的种类分类：,(1)球轴承,(2)滚子轴承,调心滚子轴承,3、按轴承的结构形式不同分类：,类型和代号2,在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列类:,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,更多的滚动轴承,参见表17-1,类型和代号3,二、滚动轴承的代号方法,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

7、/T272-1993规定。,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。,后置代号表示轴承的精度与材料的特征。,基本代号是轴承代号的基础和核心，前置及后置代号都是对基本代号的补充，只有在对标准轴承的结构形状、尺寸、材料、公差等级、技术要求等有改变时才使用，正常情况的可部分或全部省略,基本代号,通常由5位数(字母)组成，分别表明轴承的内径、外径、宽度和类型 。,1、基本代号,字母,数字,（1）内径代号基本代号右起的第一、二两位数字 表示轴承公称内径的大小。表示方法如下：,注：内径小于10mm或大于495mm的内径代号另有规定。,（2）尺寸系列代号基本代号右起第3（直径系列

8、）、4位（宽度系列）数字。为了满足不同承载能力的需要，把相同结构和内径的轴承，做成不同的外径和宽度。这种结构和内径相同而外径和宽度不同的变化系列称为尺寸系列。,举例：图示为内径相同，而直径系列不同的四种轴承的对比，它们用于适应各种不同工况的要求 。 除2类、3类轴承外，其他类型轴承的宽度系列代号为0时，0省略。,a.直径系列(右起第三位)结构内径相同、外径宽度变化 向心及向心推力轴承：0、1-特轻、2-轻、3-中、4-重系列；,b.宽度系列(右起第四位)结构内径外径相同、宽度变化 正常宽度0不标 （对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0” ）,向心轴承尺寸系列图表,宽度系列代

9、号,宽度依次递增,直径系列代号，外径尺寸依次递增,（3）类型代号基本代号右起的第五位数字或字母代 表轴承的类型,常用：30209-圆锥滚子、63710-深沟球、71915-角接触球,表示轴承的内部结构、密封、材料、公差、游隙、配置及其它特性要求，用数字和字母表示。后置代号共分8组，排列顺序见下表。,2、后置代号, 内部结构代号 表示同一类型轴承不同的内部结构，用字母表示，紧跟在基本代号的后面。内部结构代号如下表所示。, 公差等级代号 表示轴承的公差等级，用字母和数字表示。公差分2、4、5 、6(6x)、 0级，共六个级别 。,游隙代号：表示轴承径向游隙值的大小，用字母和数字表示。常用的轴承径向

10、游隙系列分为1组、2组、0组、3组、4组和5组，游隙由小到大。0组为常用游隙组别，不标。其余游隙组为辅助游隙组， ，在代号中分别用/C1、/C2、/C3、/C4和/C5表示。公差等级代号与游隙代号同时表示时，可进行简化，取公差等级代号加上游隙组号组合表示，如/P63。,.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。,3.前置代号（字母）-表示轴承的分部件,(1)L-可分离轴承的内外圈,例：LNU207-内圈无档边圆柱滚子轴承的内圈,(2)K-滚动体与保持架组件,滚动轴承代号示例：,630

11、5-3中系列深沟球，正常宽度系列，正常结构，0级公差，0组游隙,7210C/C3/P4-2轻系列角接触球，正常宽度，正常结构，4级公差，3组游隙 接触角15 ,30310/P6-2中系列圆锥滚子轴承，正常宽度，正常结构，6级公差，0组游隙,公差等级为普通级,公称接触角=25,轴承内径d = 105=50 mm,外径系列轻系列 宽度系列-0，省略,角接触球轴承,例:试说明下列轴承代号的意义。,练习：写出下列滚动轴承代号的意义： 6203；N218；7309B/P6；30412/P5；51415,30213,3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

12、，游隙组为0组,6103,6深沟球轴承，1特轻系列， 03内径d=17mm， 公差等级为0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,例:试说明下列轴承代号的意义。,FN1,FN0,FN1,FN2,FN2,（以向心轴承为例）,17-3 滚动轴承的工作情况分析,当受到纯径向力 Fr 作用时：,接触点产生接触弹性变形，内圈下沉0，,最多只有半圈滚动体受载,滚动体受载不均，出现承载与非承载区,平衡条件,一、轴承工作时轴承元件上的载荷分布,上半圈滚动体不受力,内部载荷分布,当受到纯轴向力 Fa 作用时：

13、,滚动体均匀受载 各滚动体平均分担,3.角接触轴承同时受 Fr 和 Fa,（1）角接触轴承的内部轴向力FS,FS1.25Fr tg,FS方向有使内、外圈分离的趋势。 要成对使用、对称安装,（2）轴向载荷对载荷分布的影响,当只有最下面一个滚动体受载时,载荷角，Fa与Fr的合力F与径向平面的夹角,受载滚动体增多时,在同样Fr作用下，内部轴向力FS,多个滚动体受载派生的轴向力的合力 只有一个滚动体受载时派生的轴向力,轴向力 单个滚动体受载产生的内部轴向力,多个滚动体受载的条件,结论：,1）角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在Fr和Fa的联合作用下工作，或成对使用对称安装。,2）为使更多的滚动体受载应使,3

14、）Fr不变时，Fa由最小值（一个滚动体受载）逐渐增大（即载荷角增大），则受载滚动体数,当时 ，下半圈滚动体受载,4）实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载，安装3和7类轴承不能有较大的轴向窜动量。,滚动体 转动套圈,在承载区，载荷从零逐渐增大到最大， 再逐渐减少到零。,二、轴承工作时轴承元件上的载荷及应力的变化,固定套圈：滚动体滚过便受力，大小不变稳定的脉动循环载荷。,结论：根据受力分析可见，滚动轴承的各个元件所受载荷为循环变载荷，其表面接触应力为循环变应力。,F0，H,F0，H,三、滚动轴承的失效形式,1）疲劳点蚀,在安装、润滑和维护良好的条件下，轴承元件在,交变接触应力作用下导致元件点蚀（主

15、要失效形式和轴承寿命计算的依据）。,2、塑变过大静载或冲击载荷致局部塑变（低速轴承失效形式）。,3、胶合、磨损、套圈或保持架断裂。 维护不当、润滑 不良、密封不严、 多尘条件,接触疲劳寿命计算（针对点蚀）,静强度校核。,重点、难点,四、计算准则：,类型选择1,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承选择的一般过程：,17-4 滚动轴承类型的选择,承载能力：球轴承滚子轴承,耐冲击： 球轴承滚子轴承,载荷大、有冲击时选滚子轴承，载荷小时选球轴承。,2、载荷性质,同时Fa、Fr：角接触球轴承或圆锥滚子轴承；,Fr大、Fa小：深沟球轴承；,Fa大、 Fr 小：推力角接触轴承；,选择方法：经验法并考虑下列因素：工作载荷、转速、支承刚性、安装精度,1、载荷的大小,轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：调心轴承(1、2) 。,3、轴承的调心性,长轴（刚度低）或多支点，要求轴承具有调心性调心轴承,极限转速nlim一定载荷和润滑条件下允许的最高转速,4、轴承转速,5、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3、N)。,6、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度价。,nlim： 球轴承滚子轴承,球轴承： 轻载、高速、精度要求高的场合 滚子轴承： 重载或有冲击场合,2.尺寸选择,选择型号：内径、外径、宽度系列 选定类型、初定型号、验算寿命,7、空间限制径向尺寸受限，