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1、第四篇 轴系,概述,Chap 18 滚动轴承,Chap 17 滑动轴承,Chap 16 轴,Chap 19 联轴器和离合器,江苏科技大学,概 述,定义：支撑传动件的装置（ 轴、轴承、联轴器）解决问题：选用、结构设计； 强度、刚度、寿命,第18章滚动轴承,轴承：支撑轴颈的零件，有时也用来支撑轴上回转零件功用：支撑轴及轴上零件，减少转轴与支撑间的摩擦和磨损分类 ： 按承载方向分：径向和推力轴承 按轴承工作摩擦性质分：滑动和滚动轴承应用： 95% 滚动轴承 滑动轴承：高速 高精度 重载 要求剖分 低速冲击发展趋势：动压轴承 高精度轴承 低噪音和静音轴承,18-1概 述,2、各零件的作用：,外圈：支撑
2、零件或轴系；,保持架: 将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,1、滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,标准件 成批自动化生产,一、构造,高硬度和高接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性好用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。,保持架：低碳钢。,3、滚动副的材料要求：,1、接触角：滚动体与套圈接触处的法线与轴承径向平面的夹角，为公称接触角；经轴承套圈传动滚动体合力作用线与径向平面的夹角，为实际接触角，决定了轴的受力性质Fa/Fr；2、极限转速：在一定载荷和润滑条件下允许的最高转速；3、角偏差：轴承由于安装误差或轴的变形，引起中心线发生相对倾斜
3、，其倾斜角称为角偏差。,接触角 , 轴向承载能力 ,二、基本概念,= 0,结构简图,三 、特点： 与滑动轴承相比，滚动轴承具有下列优点： （）标准化程度高，选用方便。 （）起动力矩小，旋转精度高。 （）同尺寸的轴颈宽度比滑动轴承小。 （）大多数滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷。 （）易于润滑、维护及保养。 滚动轴承也有下列缺点： （1）大多数滚动轴承径向尺寸较大。 （2）在高速、重载荷条件下工作时，寿命短。 （3）振动及噪音较大。承受冲击载荷能力差,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,18-2 滚动轴承的主要类型和选择,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚
4、子,滚针,球轴承,滚子轴承,表18-2滚动轴承的主要类型和特性,轴承名称、类型及代号,结构简图,承载方向,极限转速,允许角偏差,主要特性和应用,调心球轴承10000,中,2 3,主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,二、基本类型 十大类（掌握6类球轴承、7类角接触球轴承、5类推力球轴承、 1类调心球轴承、N类圆柱滚子轴承、3类圆锥滚子轴承）,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，具有调心性能。,圆锥滚子轴承30000,中,2,能同
5、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，成对使用。,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,深沟球轴承60000,高,816,主要承受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围最广。,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。成对使用。,
6、圆柱滚子轴承N0000,较高,24,能承受较大的径向载荷。内外圈可作自由轴向移动，不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线接触，只允许有很小角位移。,1 选择原则： 转速高，载荷小；旋转精度要求高的采用球轴承 转速低，载荷大；采用滚子轴承 的情况：只受 作用，选6类、N类； 为主， 较小且方向不定，选6类； 较大，选7类、3类； 都很大，选3类； 为主， 较小，只受 ， 选5类推力轴承； 调心性：角偏差较大，选1类，调心； 结构：安装性能；拆卸性能；接触间隙； 调整的方便性，径向尺寸要求； 经济性：球轴承优先于滚子轴承；普通级G级； 精度级E级；高精度C级；,三、滚动轴承的类型选择,向心轴承用于受径向
7、力,向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用,推力轴承用于受轴向力,18-3、滚动轴承的代号,1. 前置代号成套轴承分部件代号。,2. 基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,3. 后置代号有特殊要求的。,基本代号共5位,类型代号 左起第一位，为0则省略。,潘存云教授研制,圆锥滚子轴承,基本代号共5位,尺寸系列代号左起第二、三位，为0可以省略。,基本代号共5位,内径代号基本代号左起第四、五位。,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
8、隙组为0组；,18-4滚动轴承的工作情况,一、滚动体的受力分析,载荷状态：变载荷：滚动圈的动圈受力属规律性非稳定性载荷,（点接触轴承）,（线接触轴承),1、向心轴承的受载情况受Fa 均布载荷受Fr,潘存云教授研制,附加轴向力,FNi = FSi +Fri,FS =FSi = Fri tan,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 ，会产生附加轴向力FS 。,所有滚动体轴向力之和,其中 FSi = Fri tan,FS可按下表来计算,假设作用在轴上的轴向外载荷为：Fae,2、角接触轴承的附加轴向力：, FS的产生,方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用
9、在轴上。,相关问题： 成对： 支承点： 安装方式,潘存云教授研制,外圈窄边相对安装 (正装),潘存云教授研制,3、滚动轴承的失效形式,点蚀、塑性变形、破碎磨损,4、计算准则：（轴承尺寸),18-5 滚动轴承寿命计算,一、基本概念： 轴承寿命：任一元件出现疲劳点蚀 前总转次或在一定转速下的工作小时； 额定寿命：一批相同的轴承在相同的 条件下当90%的轴承不发生疲劳点蚀前 达到或超过的寿命，一般为106，用 L10表示；,额定动载荷：规定轴承在额定寿命106次所能承受的恒定载荷，用C表示；当量动载荷：将实际所受的Fr、Fa折算为符合轴承性质的纯载荷，用P表示；额定静载荷：在无载荷作用下滚动轴承受载
10、最大的滚动体与较弱套圈滚道接触处产生的塑性变形之和（塑性变形是滚动体直径的万分之一）时的载荷，用C0表示；当量静载荷：用P0表示；,二、寿命计算公式,通过试验得出如图所示6208轴承的载荷寿命曲线。,载荷寿命曲线的公式：,常数,其中：,不同可靠度情况下的寿命计算前面的理论都是在R=90%的情况下计算的，当R=99%或R=50%时，要用到寿命可靠度计算（P379）。,得：,三、当量动载荷理由：基本额定动载荷是单向载荷（径向或轴向）试验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然，单向载荷与双向载荷作用下，轴承的寿命是不一样的。实际：复合Fr、Fa 折合成假想载荷 公式分析：,四、轴向载荷F
11、a的计算,1、向心轴承（6类）：FaFA 2、角接触轴承（7类、3类）：注意：不但有外界给的轴向力FA ，还有轴承内部产生的附加轴向 力FS1、FS2 。轴向支反力Fa1、Fa2计算步骤：1）根据轴承的径向支反力Fr1、Fr2 ，计算FS1、FS2（大小、方向）2）判断轴系（内轴系）运动趋势，决定压紧端和放松端；3）放松端的Fa=FS，压紧端的Fa=除压紧端内部轴向力外，所有轴 向力的代数和；,潘存云教授研制,1.若 FA+ FS2 FS1,压紧端 Fa1 = FA+ FS2,放松端 Fa2 = FS2,2.若 FA+FS2 FS1 则有：,压紧端 Fa1 = FS2 + FA,放松端 Fa2
12、 = FS2,2.若 FA+FS2 FS1 ,则有：,放松端 Fa1 = FS1,压紧端 Fa2 = FS1 - FA,结论与正装相同： 放松端轴承的轴向载荷 = 内部轴向力,压紧端轴承的轴向载荷 = 其余轴向力的代数和本身除外,五、计算轴承寿命步骤：1）计算Fr1, Fr2 2) 计算FS1, FS2 3）确定运动趋势，判断压紧端和放松端 4）求Fa1 ，Fa25) 计算P1，P2，P=max(P1,P2) 6) 计算寿命,公式法计算轴向支反力Fa1、Fa2,Fa1 = maxFS1 ,(FS2 FA),Fa2 = maxFS2 ,(FS1 FA),六、滚动轴承尺寸选择的过程,由力分析确定轴
13、承所承受的Fr与Fa,18-6 滚动轴承的其它校核,一、静强度校核,P0=X0Fr+Y0Fa,C0 S0P0,式中 C0可由设计手册查取。,二、极限转速,其中：,一、润滑目的：降低摩擦阻力和减轻磨损、冷却、防锈、吸振 分类：,18-7滚动轴承润滑、密封,润滑脂,润滑油,固体润滑剂 用于特殊场合,用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件: dn大，油润滑。,常用,高速、高温,脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。,油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环 境下使用。,d 滚动轴承的内径，单位：mm；n 轴承转速，单位：r/min。,二、密封目的：防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。,滚动轴承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。,分类,接触式,非接触式,组合式密封,毛毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫式密封,毛毡迷宫式密封,适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度不超过90,适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v412 m/s，工作温度: -40100,防漏油,防灰尘,接触式密封：,适用场合： 脂润滑，要求环境干燥清洁。,靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.10.3 mm。,间隙封圈,
