机械设计Ch13教材

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1、第十三章 滚动轴承 13-1 概述 13-2 滚动轴承的主要类型及其代号 13-3 滚动轴承类型的选择 13-4 滚动轴承的工作情况 13-5 滚动轴承尺寸的选择 13-6 轴承装置的设计 概述 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动 接触来支承转动零件（例如：转动的齿轮或轴）。 概 述 滚动轴承的特点：旋转精度高，启动力矩小，是标准件，选用方便。 滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等。 各类滚动体 内、外圈和滚动体一般是用高碳铬轴承钢（GCr15）或渗碳轴承钢 （G20Cr2Ni4A）制造的，热处理后硬度一般不低于60HRC。 在某些情况下，滚动轴承可以没有

2、内圈或外圈，这时的轴颈或轴承座 就要起到内圈或外圈的作用。 类型和代号1 滚动轴承的主要类型及其代号 一、滚动轴承的主要类型、性能与特点 夹角 叫作轴承的接触角；夹角 叫作载荷角。 按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承； 按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承； 按轴承的结构形式不同分类： 类型和代号2 滚动轴承的主要类型及其代号 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，最为常用的轴承有下列5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 类型和代号3 二、滚动轴承的代号 滚动轴承的主要类型及其代号 前置代

3、号 基本代号 后置代号 轴 承 的 分 部 件 代 号 内 部 结 构 代 号 密 封 与 防 尘 结 构 代 号 保 持 架 及 其 材 料 代 号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 游 隙 代 号 多 轴 承 配 置 代 号 其 它 代 号 五四三二一 类 型 代 号 尺寸系 列代号 内 径 代 号 宽 度 系 列 代 号 直 径 系 列 代 号 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/T272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结构、精度与材料等特征。 类型和代号 4 内

4、径代号：内径代号5=内径，如：08表示轴承内径d=508=40mm。 类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。 公差等级代号：公差分2、4、5 、6(6x)、 0级，共五个级别 。 以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)为代号，0级为普通级，最常用，不标注 。 游隙代号：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六个组别。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5为代号，0组最常用，不标注 。 滚动轴承的主要类型及其代号 高级 低级 游隙值：小 大 内径 d10121517 代 号00010203 特殊情况： 尺寸系列代号：表达相同内径但外径和

5、宽度不同的轴承。 但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不省略。 直径系列代号：7、8、9、0、1、2、3、4、5（外径递增）。 宽度系列代号：正常宽度为“0”，一般省略标注。 类型代号表 滚动轴承主要类型代号表 6深沟球轴承 L直线轴承5推力球轴承 U外球面球轴承4双列深沟球轴承 NA滚针轴承3圆锥滚子轴承 N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承 9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承 8推力滚子轴承1调心球轴承 7角接触球轴承0双列角接触球轴承 代号轴承类型代号轴承类型 滚动轴承的主要类型及其代号 类型选择2 滚动轴承类型的选择 滚动轴承类型选择应考虑的主要因素 1承受载荷情况 4便于装拆

6、2转速的限制 3调心性要求 方向：向心轴承主要承受径向力；推力轴承只能承受轴向力；向心推力 轴承用于承受径向力和轴向力联合作用。 大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸 系列较小的轴承则反之。 圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的内外圈可分离，装拆方便。 球轴承和尺寸系列较小的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和尺 寸系列较大的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。 调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。 类型选择2 滚动轴承类型的选择 类型选择示例： 根据使用条件，在下列轴承中选择适当的类型： 30211 ， 5310， 6208， 7311 ， N412 当承受一般的径

7、向载荷和小的轴向载荷时应采用（ ）； 当只承受轴向载荷时应采用（ ）； 当只承受大的径向载荷时应采用（ ）； 当同时承受较大的径向载荷和轴向载荷、并且转速较高时应采用（ ）； 滚动轴承的工作情况 向心轴承在径向载荷Fr 的作用下，只有下半圈 的滚动体受载，承载区的范围小于180；而且载荷分 布是中间最大，向两边逐渐减小。 轴承工作时，滚动体和套圈（内圈或外圈）上 载荷及产生的应力是时时变化的。 如果同时作用有一定的轴向载荷，可以使承载 区扩大。 本节学习滚动轴承工作时，元件上的载荷分布 和变化情况，为设计计算提供依据。 滚动轴承的工作情况 向心推力轴承（3、7类）在径向力 Fr 作用下会产生派

8、生轴向力 Fd 。 其计算方法后述。 滚动轴承尺寸的选择2 滚动轴承尺寸的选择 一、滚动轴承的失效形式及基本额定寿命 滚动轴承的正常失效形式是内外圈滚道或滚动体表面的疲劳点蚀破坏。 滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的 转数 或相应的运转小时数 。 滚动轴承疲劳寿命的离散性 相当大。 基本额定寿命：具有90可靠度时轴承 的寿命（转数或工作小时数），用L10表示。 轴承的寿命/（106r） 二、滚动轴承的基本额定动载荷 显然，轴承的寿命与所受载荷的大小有关。 基本额定动载荷C ：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能 承受的载荷值。是在大量试验的基础上，通过理论分

9、析得到的。 又分为“径向基本额定动载荷 Cr ” 和 “轴向基本额定动载荷 Ca ” 。 滚动轴承尺寸的选择3 滚动轴承尺寸的选择 三、滚动轴承的寿命计算公式 经分析推导得： 滚动轴承设计计算的两类问题： 1、已知轴承的基本额定动载荷 C、所受的载荷 P（C），求其寿命？ 2、已知轴承所受的载荷 P，要求其具有预期寿命 Lh，需选用具有多大的 基本额定动载荷 C 的轴承？ 设计公式： 基本额定寿命计算公式： 在高温（120）下工作的轴承，计算时需引入“温度系数” f t （P316）。 滚动轴承尺寸的选择4 滚动轴承尺寸的选择 四、滚动轴承的当量动载荷 在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的

10、实际载荷（含径向、轴向） 转换为与确定轴承 C 值的载荷条件（纯径向或纯轴向）相一致的当量动载荷（ 用字母 P 表示）。 各类轴承的当量动载荷可按下式计算： 式中：Fr 与 Fa 分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 X、Y 分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数(查表 ） 为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。 对于只能承受纯径向载荷的轴承： 对于只能承受纯轴向载荷的轴承： 滚动轴承尺寸的选择7 滚动轴承尺寸的选择 七、滚动轴承的静载荷 对于在工作载荷下基本不旋转、或缓慢旋转、或缓慢摆动的轴承，其 失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而

11、产生的过 大的塑性变形。 在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过的载荷 界限 基本额定静载荷，用 C0 表示。 轴承上作用的径向载荷 Fr 与轴向载荷 Fa 应折合成一个当量静载荷 P0 即： P0 = X0Fr + Y0Fa 式中：X0、Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，可由轴承 手册查取。 按轴承静承载能力选择轴承的公式为： 式中：S0为静强度安全系数（表13-8）。 例题13-1 滚动轴承尺寸的选择 五、3类和7类轴承的 Fr 与 Fa 的计算 3类和7类轴承承受径向载荷时，要产生派生轴向力，通常是成对使用的， 有下列两种安装方式： 在计算当量动载荷 PX

12、 Fr + Y Fa时，其中Fr是由外载荷中的径向力Fre 在各轴承上产生的径向载荷，但Fa并不完全由外载荷的轴向力Fae产生，而 是应该根据整个轴上的轴向载荷（包括派生轴向力）之间的平衡关系得出。 滚动轴承尺寸的选择 由 Fre 求得 Fr1、 Fr2（静力学平衡方程） 由 Fr1 求得 Fd1、 由 Fr2 求得 Fd2 圆锥滚子轴承角接触球轴承 70000C(a=15)70000AC(a =25)70000B(a =40) Fd = Fr(2Y)Fd = eFrFd = 0.68FrFd = 1.14Fr Fd1、 Fd2 方向：均顺着轴承“大口”方向 （表137） 滚动轴承尺寸的选择5

13、 滚动轴承尺寸的选择 当FaeFd2Fd1时，轴有左移趋势，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”， 得：轴承1的轴向力为Fa1FaeFd2 轴承2的轴向力为Fa2Fd2 当FaeFd2Fd1时，轴有右移趋势，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”， 得：轴承1的轴向力为Fa1Fd1 轴承2的轴向力为Fa2Fd1Fae Fa1 Fa2 说明：两轴承的编号可以任意，不必按课本P318的编号方法，而是 根据具体情况写出力的平衡关系。 滚动轴承尺寸的选择6 滚动轴承尺寸的选择 结论：3、7类轴承的轴向载荷 Fa 的计算方法可以归纳为 被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力； 被“压紧”轴承

14、的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。 由派生轴向力及外加轴向力的计算，分析判断被“放松”或被“压紧”的轴承； 例题132（改版） Fa1 Fa2 轴承装置的设计1 轴承装置的设计 轴承的装置设计的内容包括：轴承的配置设计、轴承的定位和紧固、轴承 位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。 二、滚动轴承的配置 轴承的配置问题是指：一个轴系应采用几个轴承支承、如何支承等问题 。 常用的轴承配置方案 轴承装置的设计3 以下是一些设计原则要点。 一、支承部分的刚性和同心度 对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采 用整体结构的外壳，并把两轴

15、承孔一次镗出； 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞 而使轴承提前损坏；更多说明 三、滚动轴承的轴向紧固 滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固 。具体的紧固方法有很多，下面列举常用的方法。 更多说明 轴承装置的设计1 轴承装置的设计 轴承装置的设计3 四、轴承游隙及轴上零件位置的调整 锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。为了便于 调整，可将确定其轴向位置的轴承装在一个套杯中，改变套杯在外壳孔 中的位置即可方便地对轴系部件进行整体调整。（上图） 调整轴承游隙的常用方法：端盖下的垫片、轴上的圆螺母等。 轴承装置的设计5 轴承装置

16、的设计 五、滚动轴承的配合 滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。 滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。 轴承配合种类的选取，应根据轴承的类型和尺寸、载荷的大小和方向 以及载荷的性质等来决定。（参照同类机器、查阅设计手册） 转动圈应比不动圈配合更紧； 当转速愈高、载荷愈大、振动愈强烈时，配合应愈紧； 当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时，配合应较紧； 过紧的配合也将破坏轴承的正常工作，还会使装拆困难；过松 的配合对提高轴承的旋转精度、减少振动是不利的； 选择配合时还必须考虑各部分的温差和热传导方向。 对开式外壳与轴承外圈的配合宜较松； 轴承装置的设计6 轴承装置的设计 对轴承适当地预紧，可提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、 减小机器工作时轴的振动。 六、滚动轴承的预紧 预紧方法，就是在安装时用某种方法在轴承中产