滚动轴承设计说明

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1、第二十章 滚动轴承设计,滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来 支承转动零件，具有摩擦阻力小、起动容易、 效率高等优点，因而在各种机械中得到广泛 的应用。滚动轴承已标准化，在一般机械设 计中，只需根据具体工作条件正确地选择轴 承的类型和尺寸，并进行轴承组合设计。,轴承的作用: 支承轴和轴上零件,型号（尺寸）选择重点,类型选择,本章的主要内容：,难点：角接触轴承轴向载荷FA的确定,轴承寿命计算重点,2滚动轴承部件组合设计,包括轴承内外圈固定、间隙调整、轴承配合、 轴承装拆、润滑与密封等 重点,一、滚动轴承的基本结构,滚动轴承(rolling bearing)的 基本结构由外圈、内圈、滚动体 (rol

2、ling element)和保持架(cage) 组成。,外圈装在轴承座孔内， 一般不转动。,内圈装在轴颈上，随轴 转动。,滚动体滚动轴承的核心元件。,保持架将滚动体均匀隔 开，避免摩擦。,20-1 概述,常用的滚动体形状,轴承内径d轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是轴 承公称直径；,轴承宽度B 轴承两端面间的轴向距离。,轴承外径D 轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；,滚动轴承的主要尺寸,接触角是滚动轴承的一个主要参数，滚动轴承 的分类以及受力分析都与接触角有关。,二、滚动轴承的主要类型,轴承的公称接触角: 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，反映轴承 承受轴向载荷的能力。

3、,公称接触角(nominal contact angle)越大，轴承承 受轴向载荷的能力也越大。,各类球轴承的接触角,按轴承所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为：,径向接触轴承， = 00。,1向心轴承： 主要承受径向载荷,向心角接触轴承 00450。,2推力轴承： 主要承受轴向载荷,轴向接触轴承 =900。,推力角接触轴承 450900。,滚动轴承的主要类型和特点,1.调心球轴承主承径向负荷FR ， 也能承受少量的双向轴向负荷FA ， 具有调心性能，=0.5020 。,2.调心滚子轴承主承径向负荷FR 也能承受少量的双向轴向负荷FA，具 有调心性能，=0.5020,类型代号： （1000

4、0）,类型代号： （20000）,结构特点：内外圈可分离；,3.推力调心滚子轴承可承很大 的轴向负荷FA和一定径向负荷FR， 具有调心性能，允许轴线偏2030。,使用要求：成对使用。,类型代号： （30000）,4.圆锥滚子轴承能承受较大的 径向负荷FR和单向的轴向负荷FA。,类型代号： （29000）,正装（面对面安装）,圆锥滚子轴承安装形式一：,安装形式简图：,反装（背对背安装）,圆锥滚子轴承安装形式二：,反装简图,5.推力球轴承,51000单向推力球 轴承，只能受单向FA,52000双向推力球 轴承，能受双向FA,51000,52000,结构特点：由紧圈（内孔较小，装在轴上） 松圈（内孔

5、较大，装在机座上）和滚动体组成， 套圈与滚动体可分离。,承载类型只能受轴向负荷FA,6.深沟球轴承,承载类型能同时承受径向负荷FR 与单向轴向负荷FA,承载类型主要承受径向负荷FR， 也可同时承受少量双向 轴向负荷FA,类型代号： （60000）,7.角接触球轴承,类型代号： （70000）,使用要求：成对使用,正装（面对面安装）,角接触轴承安装形式一：,正装简图,反装（背对背安装）,角接触轴承安装形式二：,反装简图,8.圆柱滚子轴承,承载类型只能承受径向负荷FR， 不能承受轴向负荷。,结构特点：内外圈可分离,类型代号：,外圈无挡边圆柱滚子轴承（N0000）,双列圆柱滚子轴承（NN0000）,

6、N0000,NN0000,NA0000,9. 滚针轴承,类型代号：（NA0000）,结构特点：内外圈可分离，可以没有 保持架。,承载类型只能承受径向负荷FR， 不能承受轴向负荷。,轴承代号组成：由基本代号、前置代号、后置代号构成。,三、滚动轴承的代号,1、基本代号,调心球轴承 1,（1） 类型代号,调心滚子轴承 2,推力调心滚子轴承 2,圆锥滚子轴承 3,推力球轴承 5,深沟球轴承 6,角接触球轴承 7,圆柱滚子轴承 N,滚针轴承 NA,（2）尺寸系列代号,02,03,13,24,同一公称内径d，不同尺寸系列轴承的外径D 和宽度B变化情况,（3） 轴承公称内径代号,d=10 mm轴承代号：00

7、,d=12 mm轴承代号：01,d=15 mm轴承代号：02,d=17 mm轴承代号：03,d = 20 mm480 mm的轴承：,d为：22、28、32 及d 500 mm以上轴 承 代号：（/内径毫米）直接表示,1、 基本代号,圆锥滚子轴承:3 推力球轴承 :5 深沟球轴承 :6 角接触球轴承:7 圆柱滚子轴承:N,窄: 0,正常: 1,宽: 2,特低：7,低：9,正常：1 （单向）,正常：2 （双向）,轻：2,中：3,重：4,特宽：3 特宽：4 特宽：5 特宽：6,d 20 mm的轴承,d=10 mm 代号：00,d=12 mm 代号：01,d=15 mm 代号：02,d=17 mm 代

8、号：03,d=20mm480 mm的轴承,d为：22、28、32及 d 500 mm以上轴承 代号：/内径毫米 表示,特轻：0 特轻：1,调心球轴承 :1 调心滚子轴承:2 推力调心滚子 轴承 :29,滚针轴承 :NA,2、后置代号,6（0）2 06 （/P0）,3 32 15 E （/P0）,解答：,例1：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。,7（0）3 12 C（/P0）,5 14 10 /P6,解答：,例1：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。,四. 滚动轴承类型的选择,承轻、中及较小波动载荷的场合选球轴承,承重

9、及较大波动的载荷的场合选滚子轴承,深沟轴承（6类）,圆柱滚子轴承（N类）及滚针轴承（NA类）,纯轴向负荷可选用推力轴承（5类）,径向负荷为主可用深沟球轴承（6类）,角接触球轴承（7类）,圆锥滚子轴承（3类）,可用推力调心滚子轴承（29类）,也可用圆柱滚子N类（或深沟球轴承6类）与推力轴承（5类）联合使用。,转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时宜选用球轴承,转速较低、负荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承,当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用 调心球轴承或调心滚子轴承。,三）调心性能的要求,四）安装和拆卸方便,一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则

10、 价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。,当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内 外圈可分离的轴承,五）考虑经济性,调心轴承简图,轴孔不平行 调心轴承支承情况,轴孔不平行 普通轴承支承情况,轴孔不同轴 调心轴承支承情况,轴孔不同轴 普通轴承支承情况,受载挠曲变形 调心轴承支承情况,受载挠曲变形 普通轴承支承情况,202 滚动轴承的载荷、应力、失效形式和设计准则,一滚动轴承的受力及应力分析（以深沟球轴承为例）,当深沟球轴承承受径向力FR时， 由于各接触点存在着弹性变形，使 内圈沿FR方向下移一距离。,只有下半圈滚动体受载，上半圈 动体不受载。沿FR作用

11、线上滚动体受 载最大（FQ），而邻近的滚动体受载 逐渐减小（FQFQ1FQ2),一）受力分析,二）轴承工作时元件上应力的变化,滚动体当滚动体进入承载区后， 所受负荷就由零逐渐增大到最大，然 后，再逐渐减小到直至零。因此，对 滚动体某一点而言，它的应力是周期 性不稳定变化的。,转动的内圈其上各点的受载情况类似于滚动体。因此，旋转圈上任一点的应力是周期性不稳定变化的。,固定的外圈各点所受应力随位置 不同而大小不同，对位于承载区内的 任一点，当每个滚动体滚过一次便受 载一次，而所受负荷和应力的最大值 是不变的，承受稳定的脉动循环应力。,滚动轴承工作时，一般是内圈转动，外圈固定。,滚动体应力的变化,内

12、圈应力的变化,外圈应力的变化,1疲劳点蚀 滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。,二. 滚动轴承的失效形式及计算准则,一） 失效形式,2塑性变形 转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，以致表面出现塑性变形（凹坑），运转精度降低，并会出现振动和噪声而不能正常工作,3磨损 在润滑不良和密封不严的情

13、况下，轴承工作时易发生磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。,对一般工作条件下的回转滚动轴承经常发生点蚀， 主要进行寿命计算，必要时进行静强度校核；,对于不转动、摆动或转速低（n10 r/min）的轴承，要 求控制塑性变形，只需进行静强度计算；,对于高速轴承由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常常 是突出的矛盾，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。,基本额定寿命(basic rating life)：一批相同的轴承， 在相同的条件下运转，其中90的轴承不发生疲劳点蚀 前所转过的总转数，用L10表示，或用一定转速下运转的 总小时效L h表示。,203滚动轴承的寿命计算,目的：

14、防止轴承在预期工作时间内产生疲劳点蚀破坏。,寿命：指轴承中任一滚动体或内、外圈滚道上出现疲 劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所工作的工作小 时数。,一、滚动轴承寿命计算的基本公式,P 当量动载荷，N； L10 基本额定寿命，(r)； 寿命指数，球轴承3， 滚子袖承103。,标准规定，在基本额定寿命L (106 r)，轴承能承受的载 荷值称为基本额定动载荷，用C表示。则 公式可写成P L10C 106，故得：,P L10=常数,n 轴承的工作转速，rmin； L 10 基本额定寿命，r； C 基本额定动载荷，N。,当t1200时，C值可查有关手册； 当t120时，需引入温度系数ft来修正C值

15、，则CtCft ， ft可查表208。,L 10= 106,或,二、滚动轴承的当量动载荷,滚动轴承可能同时承受径向和轴向复合载荷，为了计算轴承寿命时能和基本额定动载荷在相同条件下比较，需要将此复合载荷下的实际工作载荷转化为径向当量动载荷（当量动载荷），其计算式为,P = XFR + YFA,FR 名义径向载荷； FA 名义轴向载荷； X、Y 径向动载荷系数和轴向动载荷系数，查表20-10。,计算载荷： P = fP (XFR + YFA),三、角接触球轴承及圆锥滚子轴承轴向载荷FA的计算,当圆锥滚子轴承只承受径向载荷FR，有一接触角，将产生一个内部轴向力FS。,FS的方向总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向。,角接触球轴承及圆锥滚子轴承轴向载荷FA的计算,轴承I和为面对面安装，作用于轴上各轴向力如图 。,分析：,(1) FS1FAFS2 ：,则轴有向右移动的趋势，使轴承“压紧”，轴承I“放松”。,由力的平衡关系，轴承的外圈上必有一个向左的附加轴 向平衡力FS。,或 FSFS1FAFS2,FS1FAFS2FS，,FS1FAFS2,由此得两轴承的轴向力分别为：,(2) FS1FAFS2 ：,则轴有向左移动的趋势，使轴承I“压紧”，轴承“放松”。,同理，轴承I的外圈上必有一个向右的附加轴向平衡力FS。,FS1FAFSFS2,或