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1、第16章滚动轴承 16 1滚动轴承的基本类型和特点 16 2滚动轴承的代号 16 3滚动轴承的选择计算 16 4滚动轴承的润滑和密封 16 5滚动轴承的组合设计 16 1滚动轴承的基本类型和特点 各零件的作用 外圈 支撑零件或轴系 保持架 将滚动体分开 内圈 支撑轴 滚动体 滑动 滚动 硬度和接触疲劳强度 耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造 经热处理后硬度达 61 65HRC 工作表面需经磨削或抛光 保持架 低碳钢 冲压制成高速轴承 有色金属或塑料 滚动轴承的组成 外圈 内圈 滚动体 保持架 内外圈上有滚道 当内外圈相对旋转时 滚动体将沿着滚道滚动 装在机座或零件轴孔内 滚动副的材料要求 优点
2、 摩擦阻力小 启动灵敏 效率高 润滑简便 和易于互换等 缺点 抗冲击能力差 高速时出现噪音 接触角 滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角 接触角 轴向承载能力 0 它是滚动轴承的一个重要参数 轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关 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 圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针 球轴承 滚子轴承 分类 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 具有调性能 圆锥滚子轴承30000 中 2 能同时承受较大的径向 轴向联合载荷 因线性接触 承载能力大
3、内外圈可分离 装拆方便 称对使用 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 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 深沟球轴承60000 高 8 16 能同时承受较大的径向 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 称对使用 角接触球轴承70000C 15 70000AC 25
4、70000B 40 较高 2 10 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 称对使用 4 推力轴承 3 类 调心性能好 承载力较大 滚动轴承的基本类型和特点表16 2 1 径向轴承 0 深沟球轴承 0 类 nlim最高 价廉 优先采用 2 类承载力较大 内外可分 只受FR 4 类 径向尺寸小 只受FR 圆柱滚子轴承 滚针轴承 2 调心轴承 0 调心球轴承 类 调心性能最好 调心滚子轴承 圆锥滚子轴承 承受FR 单向FA 要成对使用 承载能力 类 承受FR 单向FA 要成对使用 角接触球轴承 6 类 7 类 3 角接触轴承 45 以F 为主 5 类 只承受轴向 F 载荷
5、 推力球轴承 推力滚子轴承 类 单向FA 大 双向FA 单向FA 4 推力轴承 1 承载能力 承受径向载荷为主 几点说明 由于结构不同 各类轴承的使用性能也不相同 现说明如下 滚子轴承 1 5 3 球轴承在同样的外形尺寸下 2 极限转速 当d 20mm时 两者承载能力接近 宜采用球轴承 因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷 0 45 45 90 承受轴向载荷为主 0 90 滚动体为滚子 则只能承受径向载荷 若滚动体为球 可承受一定的轴向载荷 只能承受轴向载荷 转速过高 温度 润滑失效 滚动体回火或胶合破坏 极限转速 滚动轴承在一定载荷与润滑条件下 允许的最高转速 3 角偏差
6、影响轴承正常运转 角偏差 可采用调心轴承 滚针轴承对轴线倾斜最敏感 应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用 轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜 其倾斜角称为角偏差 滚动轴承的类型很多 而各类轴承又有不同的结构 尺寸 公差等级 技术要求等 为便于组织生产和选用 规定了滚动轴承的代号 16 2滚动轴承的代号 宽 高 度系列代号 直径系列代号 类型代号 尺寸系列代号 2 基本代号 表示轴承的基本类型 结构和尺寸 类型代号 代表轴承的类型 用基本代号左起的第一位数字或字母表示 为0 双列角接触球轴承 则省略 是轴承代号的基础 有三项 成套轴承分部件代号 1 前置代号 成套轴承分
7、部件代号 内径代号 推力球轴承50000 滚针轴承a NA0000b RNA0000 内径相同 而直径系列代号不同的四种轴承的比较 尺寸系列代号 左起第二 三位 宽 高 度系列代号 直径系列代号 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 成套轴承分部件代号 为了满足不同承载能力的需要 把同一内径的轴承 做成不同的外径和宽度 内径代号 基本代号左起第四 五位 内径代号 3 后置代号 用字母 或加数字 表示 置于基本代号右边 并空半个汉字距离或用符号 分隔 内径代号 表示同一类型轴承不同的内部结构 用字母表示 紧跟在基本代号的后面 注 公差等级中0级最低 向右依次增高 2级最高 实例 说明滚动轴承6220
8、3和7312AC P6的含义 62203 7 0 312AC P6 16 3滚动轴承的选择计算 一 滚动体的受力分析 二 失效形式 受纯径向载荷Fr时 上半圈滚动体不受力 下半圈各滚动体受力大小方向均不同 可以导出 z为滚动体的总数 疲劳破坏 永久变形 工作过程中 滚动体相对内外圈不断转动 因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力 产生疲劳点蚀 当轴承转速很低或间歇摆动时 不会产生疲劳损坏 但很大的静载荷或冲击载荷作用下 会使滚道和滚动体产生永久变形 从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效 早期磨损 胶合 内外圈和保持架破裂 维护保养不当而造成 所有水平分力相互抵销 铅垂分力与外载荷平
9、衡 受纯轴向载荷时 各滚动体受力相同 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 三 轴承寿命 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 可靠度 一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比 基本额定寿命 一组同一型号轴承 在同一运转条件下 其可靠度R为90 时 能达到或超过的寿命L Lh 在到达额定寿命时 有90 的轴承没坏 只损坏了10 对于单个轴承而言 其损坏的可能性只有90 单位为百万转106r 或小时
10、 基本额定动载荷 当一套轴承运转达到一百万转时 轴承所能承受的载荷C 向心轴承记为 Cr 可查表 推力轴承记为 Ca 寿命为1百万转时 可靠度为90 寿命为5百万转时 可靠度只有50 轴承寿命 大量试验得如下关系 寿命指数 球轴承 滚子轴承 用小时表示 P 当量动载荷 是一假想载荷 在这一假想的当量动载荷P作用下 轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等 轴承样本中列出的基本额定动载荷数值是对一般轴承而言的 当工作温度超过100 时 基本额定动载荷C有所降低 故引进温度系数ft ft l 对C值予以修正 修正结果 工作中冲击振动 C 引进载荷系数fP进行修正 短时间或间断使用 中断时不致引起严重后
11、果4000 8000 间断使用 中断时会引起严重后果8000 12000 每天8h工作的机械12000 20000 每天24h连续工作的机械40000 60000 四 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 XFr YFa X
12、 径向动载荷系数 Y 轴向动载荷系数 向心轴承 P Fr 推力轴承 P Fa 查表16 11P280 对于向心轴承 当Fa Fr e时 可由表16 11查出X和Y的数值 当Fa Fr e时 轴向力的影响可以忽略不计 这时表中Y 0 X 1 e值列于轴承标准中 其值与轴承类型和Fa C0r比值有关 C0r是轴承的径向额定静载荷 五 角接触向心轴承轴向载荷的计算 受力分析 由于 的存在 即使在径向载荷的作用下 其接触力可分解为径向和轴向两个分量 Fi F i F i 总轴向力F F i 为使内部轴向力平衡 以免轴串动 这种轴承应 成对使用 对称安装 下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细
13、分析 内部轴向力 F 的近似值可按如下近似公式计算 第i个滚动体 1 若FA F 2 F 1 压紧端 Fa1 FA F 2 放松端 Fa2 F 2 2 若FA F 2 F 1 放松端 Fa1 F 1 压紧端 Fa2 F 1 FA 外圈窄边相对安装 正装 结论 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 轴承2 放松端 承受的轴向载荷 由于轴承1的右端已固定 轴不能向右移动 轴承1被压紧 由平衡条件得轴承1 压紧端 承受的轴向载荷 则轴承2被压紧 由平衡条件得 反装时选左边的轴承为1 右边的轴承为2 1 若FA F 2 F 1则有 结论与正装相同 压紧端
14、Fa1 FA F 2 放松端 Fa2 F 2 2 若FA F 2 F 1 则有 放松端 Fa1 F 1 压紧端 Fa2 F 1 FA 现将角接触轴承轴向载荷的计算方法归纳如下 比较内部向力和轴向外载荷 判断其合力的指向 确定 压紧 端和 放松 端轴承 压紧 端轴承的轴向载荷等于除了其本身内部轴向力以外的其他所有轴向力的代数和 放松 端轴承的轴向载荷就等于其本身内部轴向力 滚动轴承的静载荷计算滚动轴承的静载荷是指轴承内外圈之间相对转速为零或接近为零时作用在轴承上的载荷 为了限制滚动轴承在过载或冲击载荷下产生的永久变形 有时还需按静载荷进行校核 例题 一 滚动轴承的润滑 润滑剂 润滑目的 减小摩擦
15、 减轻磨损 吸振 降温 降噪 19 4滚动轴承的润滑和密封 密封目的 防止灰尘 水分进入轴承 阻止润滑剂流失 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 常用 高速 高温 当dn 1 5 2 105mm r min时 采用脂润滑 否则用油润滑 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 dn间接反映了轴颈的圆周速度 二 滚动承的密封 润滑油的选择 润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定 油量不宜过多 如果采用浸油润滑 则油面高度应不超过最低滚动体的中心 以免产生过大的搅油损
16、耗和热量 高速轴承通常采用喷油或喷雾方法润滑 滚动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 为保证轴承在机器中正常工作 除合理选择轴承类型 尺寸外 还应正确进行轴承的组合设计 处理好轴承与其周围零件之间的关系 也就是要解决轴承的轴向位置固定 轴承与其他零件的配合 间隙调整 装拆和润滑密封等一系列问题 一 轴承的固定1 两端固定如图16 12a所示 使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴的单向移动 两个支点合起来就限制了轴的双向移动 这种固定方式称为两端固定 16 5滚动轴承的组合设计 它适用于工作温度变化不大的短轴 考虑到轴因受热而伸长 在轴承盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙c c 0 2 0 3mm 图16 12b 2 一端固定 一端游动两个支点中使一个支点双向固定以承受轴向力 另一个支点则可作轴向游动 图16 13 可作轴向游动的支点称为游动支点 显然它不能承受轴向载荷 适用于温度变化较大的长轴 固定端可采用单个深沟球轴承 两个角接触球轴承或圆锥滚子轴承组合
