《滚动轴承-机械设计-课件-13讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《滚动轴承-机械设计-课件-13讲解（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三章第十三章 滚动轴承滚动轴承 13-1 概述 滚动轴承是各类机械中普遍使用的重要 支承件，它是由专业厂大批量生产的一种标 准件。因此应尽量选用之，本章是重点章节 之一。由于滚动轴承的类型、尺寸及精度等 级已有国家标准，因此，在机械设计中需要 解决的主要问题是： 根据工作条件合理选择滚动轴承的类型； 滚动轴承的承载能力计算； 滚动轴承部件的组合设计。 一、结构：滚动轴承由四部分组成。 内圈、外圈（组成环形滚边） 滚动体：球、圆柱滚子（短、长）、螺旋 滚子、圆锥滚子、鼓形滚子、滚针。 保持架：将滚动体均匀隔开，避免直接接 触，引起摩擦、磨损。 二、分类： 按承受载荷的方向分：向心轴承、推力轴
2、承、向 心推力轴承。 按滚动体的形状分：球轴承、滚子轴承。 我国滚动轴承的标准：将滚动轴承分为十大类， 将在下面介绍。 三、游隙、接触角及调心性质 1.游隙：两套圈间相对最大移动量：分为径向游 隙、轴向游隙。 标准中规定：基本游隙组及辅助游隙组。应优先 选用基本游隙组的轴承。 向心推力轴承的游隙依靠安装时调整套圈间的相 对位置确定。 2.接触角：滚动体与外圈接触点处的法线与 半径方向的夹角 越大，承受轴向载荷的能力越大。 向心球轴承：未承受载荷时=0；受轴向载 荷时增至 向心滚子轴承：=0 向心推力轴承：较大 向心推力球轴承：12、26、36 圆锥滚子轴承： =1116、 =2529 3. 调
3、心性能：轴承适应角偏 斜，保持正常工作的性能。 调心性能好的轴承为： 调心轴承、自位轴承。 13-2 滚动轴承的代号、类型及特点 为使用时选择方便，采用“轴承代号”来表示 轴承的类型、特点及结构尺寸、精度等级等。 前置代号基本代号后置代号 例：6204 N2310 1322 7015C 30334 51224 7211c/P5 1、前置代号：用于表示轴承的分部件，用字母 表示。 如：L表示可分离轴承的可分离套圈；K表示轴承 的滚动体与保持架组件等等。 2、基本代号：基本代号： 五 四 三 二 一 类型 代号 尺寸 系列 宽度 系列 直径 系列 内径 系列 右1、2位：内径系列 右3位：直径系列
4、 1 2 3 4 特轻 轻 中 重 右4位：宽度系列：特 窄、窄、正常、宽、 特宽。 正常宽度 0 不标， 但对于调心滚子轴承和 圆锥滚子轴承，宽度系 列代号0应标出。 1调心球轴承 主要受径向力和不 大的轴向力，能调心， 速度较高，不耐冲击。 Fr Fa 右5位：类型代号 2调心滚子轴承 主要受径向力和不 大的轴向力，能调心， 速度较低，耐冲击。 Fr Fa 3圆锥滚子轴承 （成对使用）。 能承受较大径向 力和单方向轴向力， 速度较低，耐冲击。 Fa Fr 5推力球轴承 不能承受径向力 仅能承受单方向轴向 载荷，低速，不耐冲 击。 Fa 6深沟球轴承 可承受较大的径 向力和两个方向不 大的轴
5、向力，速度 较高，不耐冲击。 Fa Fr 7角接触球轴承 （成对使用）。 主要承受径向力和 单方向轴向力，速度 较高，不耐冲击。 Fr Fa N圆柱滚子轴承 承受较大的径向力， 速度低，耐冲击。 Fr 3、后置代号：用字母和数字等表示轴的结构、公 差及材料的特殊要求等等（无特殊要求不标）。 材料改变：不锈钢、耐热钢、青铜、陶瓷合金、 塑料等。 特殊技术要求：热处理、噪声、振动、填充特殊 润滑剂。 结构改变：要求形状、尺寸改变。 常用代号： 1) 内部结构代号是表示同一类型轴承的不同内部 结构，用字母紧跟着基本代号表示。如：接触角 为15、25和40的角接触球轴承分别用C、AC和 B表示内部结构
6、的不同。 2) 轴承的公差等级分为2级、4级、5级、6级、6x 级和0级，共6个组别，依次由高级到低级，其代 号分别为/P2、 /P4、 /P5、 /P6、 /P6x和 /P0。公 差等级中，6x级仅适用于圆锥滚子轴承；0级为普 通级，在轴承代号中不标出。 3) 常用的轴承径向游隙系列分为1组、 2组、 0组 、 3组、 4组 和5组，共6个组别，径向游隙依次 由小到大。0组游隙是常用的游隙组别，在轴承 代号中不标出，其余的游隙组别在轴承代号中分 别用/C1、 /C2、 /C3、 /C4、 /C5表示。 例：7211C/P5表示内径为55mm，轻系列角 接触球轴承，正常宽度，接触角=15，5级
7、公差 ，0组游隙。 13-3 滚动轴承类型的选择 选择滚动轴承的类型应根据轴承的工作载 荷（包括性质、大小、方向）、转速、调心性 能及其他特殊要求。 1、高速轻载：选择球轴承（除推力球轴承5） 低速重载：滚子轴承 2、受纯轴向力：推力球轴承5 受纯径向力：N系列或深沟球轴承6 同时受轴向、径向力： 3轴向径向力均较大； 6轴向力较小； 7轴向力中等。 3、调心性能： 1、2有调心性能，承载大有冲击时用2。 4、易装卸：用3系列、N系列。 13-4 滚动轴承的工作情况 分析：向心轴承与圆锥滚子轴承工作时载荷分 布及其变化情况。 （一）、向心轴承 1、轴承工作时，元件上的载荷分布。 载荷工作时，各
8、接触点所受的接触载荷 Pi不同，产生的变形量亦不同，处于R作用 线上的接触载荷最大，其他接触点依次减小 。 接触载荷Pi的向量和=径向载荷 即： 2、元件上载荷及应力的变化 轴承工作时，各个元件上所受载荷的 应力是时时变化的。 滚动体上所受的载荷及应力为不稳定 变化的。 固定套圈上R作用线上的接触点所受载荷 最大，其载荷及应力是稳定变化的。 活动套圈上所受的载荷及应力变化情况与 滚动体类似。 通过承载 区的时间 通过非承载 区的时间 t P、H 滚动体、活动套圈 t P、H 固定套圈 （二）、向心推力轴承 向心推力轴承由于存在接触角，在承受径向 载荷R时，会产生轴向力Si，各滚动体的轴向力之
9、和 称为轴承的派生轴向力S。使滚动体与 套圈分离，因此，必须承受轴向载荷与其平衡即 A=S。 当轴承为半周滚动体承受载荷时，应满足： 式中：载荷角 当 时，开始使全部滚动体受载。 13-5 滚动轴承尺寸的选择 （一）、滚动轴承的失效形式及设计准则 1. 失效形式 点蚀：对于安装、维护良好的滚动轴承， 在变接触应力作用下，滚动体及套圈滚边上将 产生疲劳点蚀失效。 塑性变形：在静载荷和冲击载荷作用下（不 转动、摆动、转速低的轴承），在滚动体及套圈 滚边上将产生塑性变形失效。 此外，当润滑油不足使轴承烧伤；润滑油 不清洁产生过度磨损；装配不当使轴承卡死、 破裂；以及腐蚀、锈蚀等。这些可通过轴承组 合
10、设计及正确使用来加以防止。 2. 设计准则针对主要失效形式 对于正常使用的回转滚动轴承：应进行控制 点蚀的寿命计算。 对于不转动、摆动、转速低的轴承：应进行 塑性变形的静强度计算。 （二）、滚动轴承的寿命计算针对疲劳点蚀 1. 额定寿命及额定动载荷 轴承寿命：轴承在点蚀破坏前所经历的转数 或小时数。 同一批相同的轴承在同样的工作条件下，其轴 承寿命可相差2040倍。因此，只能用数理统计 的方法得出寿命规律。 设计时通常取机器的中、大修年限作为轴承 的计算寿命，在此期间正常工作的概率为90%，表 13-3列出了各类机器的计算寿命推荐值。 轴承的额定寿命与所受载荷的大小有关， 工作载荷越大，则接触
11、应力越大，寿命越短。 额定动载荷：轴承的额定寿命为106转时，轴承 所能承受的载荷值。比较轴承抵抗点蚀 破 坏的承载能力。 各种轴承的额定动载荷C值查手册（或轴承样 本）确定。 额定寿命：按90%的轴承不发生点蚀破坏前的转 数（以106为单位）或工作小时数，作为轴承的寿 命。 2. 轴承寿命的计算公式 载荷寿命曲线 ： 0 C P P 1L(106) L PL=常数 曲线方程：PL=常数 式中：P当量动载荷； L额定寿命（ 106 转）； 寿命指数：球轴承： =3 滚子轴承：=10/3 按小时计的轴承寿命为： 当P、n一定，预期计算寿命Lh选定，则 轴承所需额定动载荷为 对于高温轴承（温度高于
12、120C），因材 料、金属组织、硬度等的变化额定动载荷值将 降低为：Ct=ftC ft温度系数 则上述公式为： 3. 当量动载荷进行寿命计算 在当量动载荷作用下，轴承寿命与实 际复合载荷作用下的轴承寿命相同。 对于仅承受径向载荷R的轴承：P=fpR 式中：fp载荷系数。 对于仅承受轴向载荷A的轴承：P=fpA 对于同时承受径向载荷R及轴向载荷A 的轴承：P=fp（XR+YA） 式中：X、Y分别为径向载荷系数及轴 向载荷系数。查表13-5 表13-5 径向载荷系数X和轴向载荷系数Y （摘自1989年轴承样本） （续表） 4. 向心推力轴承的径向载荷R与轴向载荷A的 计算 1）压力中心的确定 在计
13、算向心推力轴承的支 反力时，首先要确定载荷作用 点及压力中心的位置。压 力中心o与轴承外侧端面的距 离a可直接从手册查出。 2）安装方式：向心推力轴承一般都是成对使用 的，安装方式有两种： o 正装（面对面）：压力中心靠近，增加轴系的刚度 S1 S2 Fa 反装（背对背）：压力中心远离，增大轴系的跨 距（稳定） S1S2 Fa 径向载荷R：可根据作用在轴上的径向力Fr按平 衡条件求出。 轴向载荷A：设派生轴向力的方向与外加轴向力Fa 方向一致的轴承标号为2，另一轴承标号为1。 3）轴承载荷计算 当轴向平衡时：Fa+S2=S1 当轴向不平衡时：有两种情况 符号：S1 、S2派生轴向力 Fa 轴向
14、外载荷，可根据已知条件确定。 a) Fa+S2S1 A1= S1+Fb1= Fa+S2 A2= S1+Fb1-Fa= Fa+S2- Fa = S2 12 S1 S2 Fa Fb1 b) Fa+S2S1 A1= Fa+S2+Fb2 = S1 A2= S2+Fb2 =S1- Fa S1 S2 Fa21 Fb2 （三）滚动轴承的静强度计算针对塑性变形 1. 额定静载荷C0：受载最大的滚动体与较 弱的套圈滚边上产生的永久变形量之和，等于滚 动体直径的万分之一时的载荷。（ C0值查手册 确定） 2. 当量静载荷P0 ：轴承上作用的径向载荷 R和轴向载荷A，应合成一个当量静载荷。 P0 =X0R + Y0
15、A 式中：X0 、Y0径向载荷系数及轴向载荷系数。 求出的值如小于R，则取P0=R 3. 静载荷计算公式：C0 S0 P0 式中：S0 静强度安全系数。 13-6 轴承组合的设计 为了保证轴承正常工作，除了正确选择轴 承类型和尺寸外，还应合理地设计轴承组合。 在轴承组合设计时，应注意以下几个方面的问题： （一）保证支承部分的刚性和同心度 与轴承接触的轴及机壳或轴承座，必须有足 够的刚度和同心度，以免因其变形引起轴承提前 损坏。 1.机壳及轴承座孔：具有足够的壁厚；缩短 其悬臂部分并设置加强筋；对于轻合金或非金属 机壳应采用钢或铸铁衬筒。 2. 一根轴上的两个轴承座孔，必须保证同心 度，应一次镗出；轴承尺寸不同时可加衬筒。 （二）便于调整轴承间隙及轴上零件的位置 1. 轴上零件位置调整 靠加减衬筒端面与机件之间的垫片厚度调整。 2. 轴承间隙调整： 面对面安装：通过端盖下的调整垫片； 背对背安装：通过圆螺母。 （三）滚动轴承的轴向紧固 包括轴
