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1、第10章 滚动轴承,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,10.1 概述,10.2 滚动轴承的主要类型和代号,10.3 滚动轴承的类型选择,10.4 滚动轴承的工作情况,10.5 滚动轴承尺寸的选择,10.6 轴承装置的设计,10.7 滚动轴承与滑动轴承性能对照,10.8 滚动轴承例题分析,10.9 滚动轴承例题分析,标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。,10.1 概 述,潘存云教授研制,各零件的作用：,外圈：支撑零件或轴系；,保持架: 将滚动体分开,滚动体间的摩擦、磨损。,内圈：支撑轴；,滚动
2、体：滑动滚动；,硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。,保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。高速轴承：有色金属或塑料。,滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。,装在机座或零件轴孔内；,滚动副的材料要求：,特点：与滑动轴承比较,优点：,1）起动力矩小，可在负载下起动；,2）径向游隙较小，运动精度高；,3）轴向宽度较小；,4）可同时承受径向、轴向载荷,轴承组合较简单;,5）便于密封、易于维护；,6）不需有色金属，标准件，成本低。,缺点：,1）承受冲击
3、载荷能力差；,2）振动、噪音较大；,3）径向尺寸较大；,4）有的场合无法使用；,潘存云教授研制,滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。,接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴 心线的平面之间的夹角称为公称接触角。,接触角 , 轴向承载能力 ,= 0,它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,一、分类,向心推力轴承,10.2 滚动轴承的主要类型和代号,潘存云教授研制,潘存云教授研制,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针,球轴承,滚子轴承
4、,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,一、分类,向心推力轴承,潘存云教授研制,潘存云教授研制,调心滚子轴承20000C,低,0.5 2 比10000小,能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。,圆锥滚子轴承30000,中,2,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。,推力球轴承50000,低,不允许,只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。,a)单向,推力球轴承50000,低,不允许,只
5、能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。,深沟球轴承60000,高,816,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。,角接触球轴承70000C(=15 )70000AC(=25 )70000B(=40 ),较高,210,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。 大，承载能力越大，有三种规格。称对使用。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等，为便于组织生产和选用，规定了滚
6、动轴承的代号，,二、 滚动轴承的代号,宽(高)度系列代号,直径系列代号,类型代号,尺寸系列代号,2. 基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,类型代号 -左起第一位，为0（双列角接触球轴承） 则省略。,是轴承代号的基础，有三项,成套轴承分部件代号,1. 前置代号-成套轴承分部件代号,有特殊要求时使用。,主要掌握：,潘存云教授研制,内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。,尺寸系列代号-左起第二、三位。,但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,宽度系列代号：为“0”时，通常不标注。,潘存云教授研制,内
7、径代号 - 基本代号左起第四、五位。,3. 后置代号 - 用字母（或加数字）表示。表示轴承结构、形状、材料、公差等级等,潘存云教授研制,潘存云教授研制,注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。,30000(=1018) 30000B(=2730大锥角),三、滚动轴承代号示例,6 2 2 03,7 (0) 3 12 AC / P6,公差等级为0级;游隙组为0组；,游隙组为0组；,N 1 05 / P5,游隙组为0组；,3 0 2 13,公差等级为0级;游隙组为0组；,潘存云教授研制,10.3 滚动轴承的类型选择,滚动轴承是标准零件，要求设计者应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选
8、择滚动轴承的类型与规格。,一、滚动轴承选择的一般过程,根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1） 轴承的载荷,由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向：,向心轴承用于受径向力；,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1） 轴承的载荷,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向：,向心轴承用于受径向力；,向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。,潘存云教授研制,1） 轴承的载荷,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向：,向心轴承用于受径向力；,推力轴承用于受轴向力；,向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。,载荷
9、大小：,一般：滚子轴承(1.53)球轴承,当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。,因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。,在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。,承受径向载荷为主；,0 45 ,45 90 ,承受轴向载荷为主；,= 0 ,= 90 ,滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。,只能承受轴向载荷。,2） 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
10、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；,7. 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。,5、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3、N类)。,6、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度 价；,潘存云教授研制,3） 轴承的调心行性能,影响轴承正常运转。,角偏差 ,可采用调心轴
11、承。,滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。,轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。,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。,座孔不平行,不同轴,挠曲变形,举例：,潘存云教授研制,潘存云教授研制,10.4 滚动轴承的工作情况,一、滚动体的受力分析,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,下半圈各滚动体受力大小方向均不同。,可以导出： z为滚动体的总数。,所有水平分力相互抵销，铅垂分力与外载荷平衡。,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,二、滚动体的应力变化情况,均为脉动循环。,潘存云教授研制,-派生轴
12、向力,Fi = FSi +FRi,FS =FSi = FRi tg,第i个滚动体,当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷FR时，由于存在接触角 ，第i个滚动体所受力为Fi。可分解为两个轴向和径向两个分力：,所有滚动体轴向力之和：,其中： FSi = FRi tg,三、轴向载荷的计算,FS将迫使内圈和轴径向右移动。可按下表来计算FS,假设作用在轴上的轴向外载荷为：FX,e 判断系数 Y 轴向动载系数,由于产生了派生轴向力，此时轴承所承受的实际轴向力不再等于外部轴向力FX，即： Fa FX, Fs存在 30000型、70000型轴承成对使用，使Fs与Fs方向相反，使轴受力合理。,1)安装方式,正
13、 装,2）Fs方向：滚动体相对外圈脱离的方向判断（往哪个方向脱离即轴向力向哪边，或据法线与轴相交的趋势可判断（趋势向左即向左,趋势向右即向右）。,附加轴向力Fs是由于角接触轴承承受径向力Fr引起的。,3类：,6类：,=,3）简化画法,反 装,工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。,10.5 滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承的载荷,动载荷,静载荷,失效形式不同。,疲劳破坏:回转轴承上，各元件受脉动接触应力。,一、滚动轴承的失效形式,失效形式,永久变形：静载荷、冲击作用下,当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用
14、下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。,胶合,维护保养不当而造成。,疲劳破坏:回转轴承上，各元件受脉动接触应力。,失效形式,早期磨损:磨粒磨损、粘着磨损；,其它:电腐蚀、锈蚀、元件破裂等；,滚动轴承计算准则,1、一般条件下的回转滚动轴承：,接触疲劳寿命计算,、静强度计算。,三个基本性能参数：,C0r、C0a 基本额定静载荷：静强度,N0 极限转速：控制磨损,一、基本额定动载荷和基本额定寿命,1、轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。,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
15、用基本额定寿命。,二、滚动轴承的寿命计算,2、基本额定寿命：,L10的物理意义：,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%。,3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正。,一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数（L10），或一定工作转速下工作的小时数（L10h）。,3、基本额定动载荷C：,L10=106r时，轴承所能承受的最大恒定载荷。,即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%,Cr：径向基本额定动载荷,对角接触轴承（3、7）：Cr载荷的径向分量,Ca：轴向基本额定动载荷：5类 Ca纯轴向载荷,1）C由试验得出，查手册；,2）C 轴承抗疲劳承载能力；同类不同型号轴承，C不同。,3）设计时需满足：一定工况下的轴承所需的CC,说明：,二、当量动载荷,实际工作时，轴承可能同时受Fa、Fr,将FR、FA转化为与C性质相同的载荷当量动载荷P,X径向动载系数，FR对寿命影响效应的大小；,
