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1、 20-1 滚动轴承的主要类型及代号及选择 20-3 滚动轴承的寿命计算 20-2 滚动轴承的主要失效形式及计算准则 20-4 滚动轴承装置的设计 内圈装在轴颈上，随轴转动 外 圈 内 圈 滚动体 保持架 球 圆柱滚子 滚 针 常用的滚动体形状 球面滚子圆锥滚子 一.滚动轴承的构造 外圈装在轴承座孔内，一般不转动 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 由 四种元 件组成 20-1滚动轴承主要类型及代号及选择 缺点：抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液 体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。 二. 滚动轴承的特点 摩擦系数小，启动力矩小，效率高； 轴向尺寸（宽度）
2、较小； 某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此 可使机器结构简化、紧凑； 径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转 精度高； 润滑简单，耗油量少，维护保养简便； 标准件，易于互换等优点，所以获得广泛应用。 优点 ： 3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 型号（尺寸）选择轴承寿命计算 重点 类型选择 三. 本章的主要内容： 2滚动轴 承选择 难点：角接触轴承轴向载荷FA的确定 1滚动轴承的类型及代号重点 四滚动轴承的尺寸及性能参数 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； D d 轴承宽度B 轴承两端 面之间
3、的轴向距离。 一）滚动轴承的主要尺寸 轴承外径D 轴承外圈 外径，它与轴承座孔直径相 同； B 二）滚动轴承的主要性能参数 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， 越大， 轴承承受轴向载荷的能力越强。 轴承的极限转速nlim 轴承的工 作转速n 轴承内外圈轴线相对偏斜角反映轴承自动调心的能力。 调心轴承简图 调心球轴承调心球轴承 按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为以下几种 五滚动轴承分类 轴承类型 公称接触角 向心轴承 (主要承受径向负荷FR) 推力轴承 (主要承受轴向负荷FA) 径向接触 向心角接触 推力角接触轴向
4、接触 = 0000FQ1FQ2) FQ2 FQ FQ1 FQ1 FQ2 一）受力分析 R 向心轴承： 在载荷R的作用下， 假设下半圈滚动体受力； 根据变形关系，中间滚动 体受力最大，向两边逐渐减 小。 受力最大滚动体受载为 R 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
5、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。 H t 0 H t 0 H t 0 通过承载 区时间 通过非承 载区时间 通过承载 区时间 通过非承 载区时间 滚动体应力的变化 内圈应力的变化 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
6、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
7、，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。 二）计算准则 20-3 滚动轴承的寿命计算 对一组同一型号的轴承，由于材料、热处理和工艺 等很多随机因素的影响，即使在相同条件下运转， 寿命也不一样，有的甚至相差几十倍。因此，对一 个具体的轴承，很难预知其确切的寿命。实验表明 ：寿命与可靠性有关。如图 定义：轴承在一定转速下，其 中任何零件出现疲劳扩展迹象 之前的工作小时数称为： 轴承寿命 20 5 10 15 50100 0 R(%) 轴承的寿命曲线 L/(110-6 r) 对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90% 可靠度：一组相同轴承能达到 或超过规定寿命的百分比. 滚动轴承的基本额定寿命和基本额
8、定动载荷 1.基本额定寿命 ：一批相同的轴承中 90的轴承不发生疲劳点蚀前的总转 数（以106为单位）或小时数。 基本额额定寿命用 L10或L10h 来表示。 基本额定寿命 在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10% 。 滚动轴承的基本额定动载荷 轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命 等于106次的载荷值，用符号C表示。 对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷Cr ， 对于深沟球轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承 径向基本额定动载荷Cr 对推力轴承 轴向基本额定动载荷Ca Cr 、Ca可从手册中查出 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： 寿
9、命指数： -球轴承 -滚子轴承 用小时表示： 3 10/3 = 基本额定动载荷： P-当量动载荷 Lh-预期寿命 一、轴承寿命计算基本公式 曲线上对应于 Lh=106 的载 荷为: 29.5KN。 当 t120 时， C 引进温度系数 ft 进行修正。 表20-8 温度系数 轴承工作 温度 温度系数 ft 120 250200150125300 10.950.900.700.800.60 Ct= ft C 修正后的计算公式： 表20-9 轴承预期寿命Lh的参考值 使 用 场 合 不经常使用的仪器和设备 500 Lh /h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000 间断使用，中
10、断时会引起严重后果 800012000 每天8h工作的机械 1200020000 每天24h连续工作的机械 4000060000 二、当量动载荷的计算 滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向 心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心 轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须 将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定 动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载 荷。 含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重 影响，经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定 动载荷相当。 计算公式：P=fP（X Fr+Y Fa ） X-
11、径向动载荷系数； Y-轴向动载荷系数。见下页 向心轴承：P=Fr推力轴承：P=Fa 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。 fP-冲击载荷系数 表10-10 向心轴承当量载荷系数X、Y的值 轴承类型 深沟球轴承 0.172 0.19 2.3 12.3Fa C0r e Fa / Fr eFa / Fr e XYXY 0.345 0.22 1.99 0.689 0.26 1.71 1.03 0.28 1.55 1.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.
12、47 0.357 0.40 1.40 0.714 0.23 1.30 1.07 0.46 1.23 = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角 接 触 球 轴 承 = 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0 = 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承(单列) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 调心球轴承(双列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (单列) 表20-11 冲击载荷系数 载荷性质 无冲击或轻微冲击 中等冲击 强烈冲击 fP1.01.2 1.21.81.83.0 三、向心推力轴承（3，7类）的轴向力计算 1、
13、角接触球轴承或圆锥滚子轴承内部轴向力的计算 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,滚 动轴承受载情况 如右图示 -派生轴向力 FNi = 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FNi。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 角接触球轴承或圆锥滚子轴承内部轴向力的计算 FaFae Fr FNi Fs将迫使内圈和轴径向右移动。可按下表来计算Fs Fs=1.1FrFs=0.7FrFs=0.5FrFs
14、=Fr(2Y) 70000B(a =40) 70000AC(a =25) 70000C(a=15) 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 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，即： Fa Fae 假设作用在轴上的 轴向外载荷为：Fae Fri Fsi 角接触轴承的内部 轴向力，其方向视 正、反装情况而定 正装（面对面） 反装（背对背） Fr Fa Fa Fr FR1 FR2 FS1FS2 径向力Fr 、 R1、R2的 计算由受力平衡条件求 出 2、轴承的受力简图 Fa FS1FS2 Fa FS1 FS2F FR1 FR2 FS1FS2 根据Fs1、 Fs2及外加 轴向载荷Fa“判断”： 3、角接触轴承的轴向载荷Fa FS1FS2Fa 轴承 2被压紧，轴承1被放松 轴承 1被压紧，轴承2被放松 若 若 根据Fs1、 Fs2及外加 轴向载荷Fa“判断”
