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1、,7-1 概 述,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和尺寸；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计。,第七章 滚动轴承概述,第七章 滚动轴承的选择与校核,按摩擦性质分：,滚动轴承 和 滑动轴承,按承载方向分：,向心轴承,推力轴承,主要承受径向载荷,主要承受轴向载荷,滚动轴承的基本结构：, 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；, 径向游隙小，还可用预紧方法消除游隙，故回转精度高；, 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。,第七章 滚动轴承概
2、述,滚动轴承的主要特点：,内圈、外圈、保持架、滚动体,必不可少,1、按承载方向和公称接触角分为：,向心轴承：045，主要承受径向载荷；,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,第七章 滚动轴承类型及代号,深沟球轴承,角接触球轴承,7-2 滚动轴承的主要类型及代号,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,单向轴向载荷,较小的双向轴向载荷,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,第七章 滚动轴承类型及代号,微型轴承,第七章 滚动轴承类型及代号,陶瓷轴
3、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、AC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（省略）。,第七章 滚动轴
4、承类型及代号,再如：轴承的径向游隙系列分为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组最常用，不标出，其余用 /C1、/C2 表示。,常用的滚动轴承：,第七章 滚动轴承类型及代号,深沟球轴承（6类）,角接触球轴承（7类）,圆锥滚子轴承（3类）,圆柱滚子轴承（N类）,0,045,045,0,7-3 滚动轴承的选择,第七章 滚动轴承选择,一、类型的选择,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类)或圆锥滚子轴承(3类),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类
5、）、圆柱滚子轴承（N类）,纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8 类），高速时可用3或7类,1、根据载荷的大小及性质,第七章 滚动轴承选择,4、根据回转精度要求,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 ）。,6、便于轴承的装拆,只能沿轴向装拆轴系时（整体式轴承座），选内、外圈可分离的轴承，如圆锥滚子轴承（“3”类）。,7、经济性要求,一般情况下，滚子轴承比球轴承价格高。精度等级越高，价格越贵。尽量选择价格低的轴承。,3、根据转速的高低,转速高选球轴承。,剖分式轴承座,7-4 滚动轴承的寿命计算,一、滚动轴承的载荷分析,各
6、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,第七章 滚动轴承载荷分析,选尺寸系列 考虑载荷大小、转速高低及结构要求；,转速很高时，选“轻”或“特轻”系列，以减小离心力,二、尺寸的选择,选择尺寸系列（直径系列和宽度系列）及内径。,选内径 根据轴颈直径确定。,深沟球轴承,内圈产生少量位移，滚动体与滚道的接触点偏移, 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
7、圈滚道接触点的接触应力是变应力,因此：,近似认为是脉动循环变应力。,全部滚动体个数,第七章 滚动轴承载荷分析, a,b , c,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。,第七章 滚动轴承失效形式,三、设计准则,对于一般转速的轴承：,对于转速极低或仅作缓慢摆动的轴承：, 进行寿命计算（疲劳强度） ，防止疲劳点蚀, 按静强度计
8、算，防止塑性变形,四、滚动轴承的寿命计算方法,1、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（单位为106 r）或总工作小时数（h）。,第七章 滚动轴承设计准则,轴承寿命的离散性,目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀, 基本额定寿命,一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90 的轴承还未发生疲劳点蚀 时所经历的总转数或总工作小时数。,90,点蚀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：外载荷，则额定寿命 L10 。,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
9、基本额定寿命 L10 106 r 时，轴承所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，运转 106 r 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,第七章 滚动轴承寿命计算方法,（失效概率为10）,基本额定动载荷 C 越大,轴承的承载能力越强,对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。,2、寿命计算公式,目的 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸。,载荷与基本额定寿命的关系曲线：,式中：P 当量动载荷,L10 P 作用下的基本额定寿命, 寿命指数,对向心轴承记为 Cr ，称为径向基本额定动载荷。,对推力轴承记为 Ca ，称为轴向基本额定动载荷。,第七章 滚动轴承寿命计算方法,如：
10、 6208轴承 C22800N 6308轴承 C31200N,球轴承 3；滚子轴承 10/3,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(r/min),或：, 已知轴承的C ，计算基本额定寿命, 根据预期寿命Lh，计算所需的C ，并据此选择轴承,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,当载荷为基本额定动载荷C 时：,所需的额定动载荷,或：,第七章 滚动轴承寿命计算方法,寿命计算公式,寿命计算时，应满足：,3、当量动载荷 P 的计算,计算寿命,预期寿命,或：,所需的额定动载荷,对于向心轴承，C 指径向载荷；,对于推力轴承，C 指轴向载荷。,但
11、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 径向载荷系数,Y 轴向载荷系数,查表77,第七章 滚动轴承寿命计算方法,所选轴承的额定动载荷,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,对于某些轴承，e 值根据 Fa /C0 确定。,对于只能承受径向力
12、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：,第七章 滚动轴承寿命计算方法,参数 e 反映轴承承受轴向载荷的能力,C0 基本额定静载荷,4、向心角接触轴承（3、7 类）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：,而轴向载荷：,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79 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,第七章 滚动轴承寿命计算方法,径向载荷：,2）角接触轴承的排
13、列方法,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式：, 正装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即派生轴向力指向相对。, 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合适吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点,第七章 滚动轴承寿命计算方法,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 FA 和派生轴向力 S 。,第七章 滚动轴承寿命计算方法,S2 和 S2 都是右轴承所受的力，故：,
14、 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，,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：Fa 1 = S1 （放松端） Fa 2 = S1 FA （压紧端）,第七章 滚动轴承寿命计算方法, 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）,第七章 滚动轴承寿命计算方法, 轴承反装时：, 若 S2 + FA
15、 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）,第七章 滚动轴承寿命计算方法,哪个轴承压紧？,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，,使轴向力平衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（压紧端）,第七章 滚动轴承寿命计算方法,第七章 滚动轴承寿命计算方法,轴承正装时：,轴承反装时：,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他轴向力的代数和。,第七章 滚动轴承寿命计算方法,“笨”办法：,注意： Fa1 S1 Fa2 S2,对于能
16、够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承，“6”类）,因为：0 ,S10 ，S2 0,所以：FaFA,图中：,Fa10,Fa2FA,第七章 滚动轴承寿命计算方法,第七章 滚动轴承寿命计算方法,处于三支点静不定状态。,五、同一支点成对安装同型号向心角接触轴承,若精确计算，需考虑轴承的变形,及轴向力大小对支反力作用点的影响。,简化计算：将两轴承视为整体（双列轴承），Fr 作用于中点，,则： Fa10 ，Fa2FA ；,计算P 时X、Y 按双列轴承查表。,基本额定静载荷：,角接触球轴承：,圆锥滚子轴承：,单个轴承的基本额定静载荷,单个轴承的基本额定动载荷,用 C代替,第七章 滚动轴承例题,例：一轴转速为970r/min,轴颈直径40mm， Fr18000N， Fr23600N， FA1000N，载荷有中等冲击，常温下工
