滚动轴承的特点及类型

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1、,11-4 滚动轴承的特点及类型,滚动轴承的主要特点：,滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。,故学习本章的目的主要解决三个问题：,1、如何选择滚动轴承的类型；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计；, 摩擦阻尼小，启动灵活；, 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；, 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高；, 互换性好，易于维护。,缺点： 抗冲击能力较差； 高速时噪声大，寿命较低； 径向尺寸大。,滚动轴承的主要类型：,1、按承载方向和公称接触角分为：,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，称为公称接触角。,向心轴承：045，主要承受径向载荷；,

2、径向接触轴承0 的向心轴承；,向心角接触轴承 045的向心轴承；,推力轴承： 45 90 ，主要承受轴向载荷；,轴向接触轴承90的推力轴承,推力角接触轴承 45 90的推力轴承,2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承,滚动轴承代号：,用数字或字母表示 1调心球轴承 3圆锥滚子轴承 5推力球轴承 6深沟球轴承 7角接触球轴承 N圆柱滚子轴承,内径尺寸 代号 10 00 12 01 15 02 17 03 20500 d/5 22、28、32及500以上 /内径,后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求，用字母或数字表示；如：接触角为150、250和400的角接触球轴承，分别用C、A

3、C和B表示内部结构的不同。,又如：轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、 6级（6x）和0级，共5个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6（ /P6x ）和/P0。,3, 滚动轴承类型的选择,(1)、根据载荷的大小及性质,载荷大或冲击大选滚子轴承（线接触）；,径向、轴向载荷角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3),轴向载荷不大时，可用深沟球轴承,载荷小或冲击小选球轴承（点接触） ；,(2)、根据载荷的方向,纯径向载荷选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N),纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8 ）,(3)、根据转速的高低,转速高选球轴承；,转速低选滚子轴承；,(4)、根据

4、回转精度,精度要求高选球轴承；,(5)、根据调心性能,轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）；,11-5 滚动轴承的寿命计算,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体上的受力情况如何？,当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时：,载荷由各滚动体平均分担，即：,Qi Qj,当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时：,接触点产生弹性变形，内圈下沉，,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,最多只有半圈滚动体受载。,承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。,对于点接触轴承：,对于线接触轴承：,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，,因此：,可看成脉动循环变应力。,全部滚动体

5、个数,滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。,二、滚动轴承的失效形式,1、疲劳点蚀 最主要的失效形式,防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。,接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。,2、塑性变形 低速轴承的主要失效形式,原因是载荷过大或冲击载荷作用。,3、磨损、胶合、保持架断裂等,使用维护不当而引起的，属于非正常失效。,三、设计准则,一般转速的轴承,转速极低或仅作缓慢摆动的轴承, 进行寿命计算，防止点蚀破坏, 按静强度计算，防止塑性变形,四, 滚动轴承的寿命计算公式,(一)、基本概念, 轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。, 基本额定寿命,一批相同 的轴承

6、，在相同的条件下运转，其中90 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,90,10,用 L10 表示。,完好,按基本额定寿命选用轴承，可靠性为90,注意：额定寿命随运转条件而变化。,比如：外载增大，额定寿命降低。,因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。, 基本额定动载荷,规定轴承在 基本额定寿命L10 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,额定动载荷越大,轴承的承载能力越大,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。,(二)、寿命计算,目的 根据工作条件和设计要求，选择合适

7、的轴承尺寸。,载荷与额定寿命的关系曲线：,式中：P 为当量动载荷；,L10为P 作用下的额定寿命。,为寿命指数，球轴承 3，滚子轴承 10/3 。,C r 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向基本额定动载荷。,C a 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向基本额定动载荷。,所以：,实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：,轴承的转速,或：,已知轴承的C ，计算额定寿命,根据预期寿命Lh，计算所需的C ,当工作温度高于120时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正：,预期寿命,当载荷为额定动载荷C 时：,所需额定动载荷,或：,寿命计算时，应满足：,(三)、当量动载荷 P 的计算,计算寿命,预期寿命,

8、或：,所选轴承的额定动载荷,所需的额定动载荷,对于向心轴承，C 为径向载荷；,对于推力轴承，C 为轴向载荷。,但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷 Fa。,为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。,当量动载荷：一假想载荷，与C 同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。,计算式：,X 径向系数,Y 轴向系数,查表1110,X、Y 的作用是将Fr、Fa 折合成当量动载荷。,实际工作条件下，需引入载荷系数 fp 修正 P：,X、Y 取决于：Fa/Fr 和参数 e 。,若：,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa/Fr e,X 1、Y 0,参数 e 根据

9、Fa/C0 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。,基本额定静载荷,对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：,对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：,或：,(四)、向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算,1、角接触轴承的派生轴向力 S,径向载荷 Fr 的计算见轴系受力分析，即：,而：,向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分力 S 。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,表1112给出了S 的近似计算方法。,角接触球轴承,派生轴向力：,注意 S 的方向,2、角接触轴承的排列方法,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两

10、种安装形式：, 正装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即内部轴向力指向相对。, 反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即派生轴向力指向相背。,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小；,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。,3、角接触轴承的轴向载荷Fa,当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 Fa ？,要同时考虑轴向外载 F A和派生轴向力 S 。,S2 和 S2 都是右轴承所受的力，故：, 轴承正装时：, 若 S1 + FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势

11、，,但外圈被固定，,使得,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S2，,而左轴承被放松，,即：Fa1=S1 （放松端） Fa2=S1 FA （压紧端）, 若 S1 + FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S1 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,故：,左轴承被压紧，会产生反力S1，,而右轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）, 轴承反装时：, 若 S2 + FA S1,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,左轴承被压紧，会产生反力S1，,使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,右轴承被压紧，会产生反力S 2，,使轴向力平

12、衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（压紧端）,归纳如下：,分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和。,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承）,因为：0 ,S10 ，S2 0,所以：FaFA,图中：,Fa10,Fa2FA,11-6 滚动轴承的静强度计算,目的 防止轴承元件发生塑性变形,针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承,基本额定静载荷 C0 ：,限制塑性变形的极限载荷值,对向心轴承为 C0r 径向基本额定静载荷,对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷,静强度条件 ：,P0 当量静载荷,S0 静

13、强度安全系数， 见表1113,径向系数,轴向系数,X0、Y0查表1114,11-7 滚动轴承的组合设计,组合设计的内容包括：, 固定,实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，, 调整, 配合与装拆, 润滑与密封,一、滚动轴承的轴向固定,组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。,重点：轴承的固定方法和调整。,防止轴系发生轴向蹿动。,常用三种固定方法：,两端固定,一端固定、一端游动,两端游动,1、两端固定,这是最常见的固定方式。,两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。,适合于工作温升不高的短轴（跨距 L 400 mm）,考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C 。,对于

14、深沟球轴承：,2、一端固定、一端游动,对于向心角接触轴承：,其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多。,图上可省略不画。,适合于工作温升高的长轴（跨距 L 400 mm）,固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。,游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。,当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，,避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。,固定支点,Fa 不大 深沟球轴承（6）,Fa 较大 一对角接触轴承（3、7）,Fa 和 Fr 均大 推力轴承与向心轴承组合,游动支点,深沟球轴承（6） 内圈轴向需固定,圆柱滚子轴承（N）内、外圈轴向均需固定,注意：固定支点的内圈亦需进行轴向

15、固定。为什么？,为什么“N”类轴承作游动支点时外圈亦需轴向固定？,为什么在“两端固定”结构中，内圈不需作轴向固定？,一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定。,3、两端游动,主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴。,因为人字齿轮的左、右螺旋角不可能绝对相等，,为使啮合传动时轮齿受载均匀，故应允许小齿轮轴系能做少量的轴向移动。,此时，大齿轮轴进行了两端固定。,而小齿轮轴系，其轴向位置的约束靠人字齿的形锁合来保证。,垫片调整,1、间隙的调整与控制,二、滚动轴承组合的调整,为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。,通过增、减垫片厚度来调整间隙。,如何调整至规定间隙？,螺钉调整,用于轴向力不是太

16、大的轴承组合。,2、轴系部件位置的调整,使轴上零件处于准确的工作位置。,通常用垫片调整,3、角接触轴承的预紧,预紧 安装时对轴承施加一轴向力（预紧力）,目的 提高回转精度和支承刚度,方法 金属垫片、磨窄套圈等, 同一支点成对安装,预紧结构,内圈与轴颈,1、滚动轴承的配合,三、滚动轴承的配合及装拆,采用基孔制，孔的配合代号不用标注。,外圈与座孔,采用基轴制，轴的配合代号不用标注。,配合的选取原则：,选较紧的配合（过盈配合）,选较松的配合（间隙配合）,2、滚动轴承的装拆,轴肩高度应低于内圈厚度,轴肩开槽,润滑的目的,四、滚动轴承的润滑及密封,减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈,密封型式,密封的目的,防尘、防水、防止润滑剂流失,接触式密封,非接触密封,毡圈密封,皮碗密封,油沟密封,迷宫密封, 转速不高时用接触式密封, 转速较高时