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1、第十章 滚动轴承的选择与设计,第十章 滚动轴承的选择与设计,第一节 概述 第二节 滚动轴承的类型及选择 第三节 滚动轴承的代号 第四节 滚动轴承的选择计算 第五节 滚动轴承的润滑和密封 第六节 滚动轴承的组合设计,第一节 概述,一、基本构造及材料 二、滚动轴承的优缺点,一、基本构造及材料,滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，如图10-1所示。 图10-1 滚动轴承结构,一、基本构造及材料,按滚动体形状，滚动轴承可分为球轴承（图10-2a）和滚子轴承。滚子又分为圆柱滚子（图10-2b）、圆锥滚子（图10-2c）、球面滚子（图10-2d）和滚针（图10-2e）等。,图10-2 滚动体的形
2、状,二、滚动轴承的优缺点,与滑动轴承相比，滚动轴承的主要优点：维护简单，消耗润滑剂较少；摩擦阻力小，发热少，功率消耗少；在通常的速度范围内，摩擦力矩很少随速度的改变而改变，起动转矩也比滑动轴承小；轴承单位宽度的承载能力较大；大大减少了有色金属的用量。 滚动轴承的缺点：径向外廓尺寸比滑动轴承大；接触应力高，承受冲击载荷的能力差，高速、重载条件下寿命低，不适用于有冲击和瞬间过载的场合；减振性能比滑动轴承差；运转时有噪声。,第二节 滚动轴承的类型及选择,一、滚动轴承的类型 二、滚动轴承类型的选择,一、滚动轴承的类型,常用滚动轴承的类型及特性见表10-1。,特性和应用 能同时承受径向和双向轴向载荷，接
3、触角30 双排钢球，外圈滚道为内球面形，具有自动调心性能，主要承受径向力,一、滚动轴承的类型,特性和应用 与调心球轴承相似，有较高的承载力 能同时承受径向和单向轴向载荷，承载能力大，通常成对使用推力球轴承 只能承受轴向载荷，极限转速低，套圈可分离,一、滚动轴承的类型,特性和应用 结构简单，主要承受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷，摩擦系数小，价廉，应用范围最广 能同时承受径向和单向轴向载荷，接触角有15、25和40三种 能承受较大的单向轴向载荷，轴向刚度高。极限转速低，不允许轴与外圈轴线有倾斜,一、滚动轴承的类型,特性和应用 用于承受较大的径向载荷，内外圈可作自由轴向移动，不能承受轴向载荷
4、滚针轴承 只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸特别小，一般无保持架,一、滚动轴承的类型,表10-2列出了各类球轴承的公称接触角。,二、滚动轴承类型的选择,可按下列原则来选用轴承。 1）转速较高、载荷较小、要求旋转精度高时应选用球轴承；转速较低、载荷较大或有冲击载荷时则选用滚子轴承。 2）轴承同时承受径向和轴向载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；若径向载荷较大、轴向载荷较小，可选用深沟球轴承；而当轴向载荷较大、径向载荷较小时，可采用推力角接触球轴承、四点接触球轴承或选用推力球轴承和深沟球轴承的组合结构。 3）在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的153倍。所以，在载荷较大或有
5、冲击载荷时宜采用滚子轴承。,图10-3 滚动轴承,4）轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内、外圈轴线发生相对倾斜。该倾斜角称为角偏差（图10-3）。 5）为了便于安装、拆卸和调整间隙，常选用内、外圈可分离型轴承（如圆锥滚子轴承、角接触球轴承，见表10-1）、具有内锥孔的轴承或带紧定套的轴承,第三节 滚动轴承的代号,我国滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号构成 (1)基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。按国家标准生产的滚动轴承的基本代号，由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号构成。 (2)前置代号 用字母表示轴承的分部件。前置代号及其含义可参阅相关资料。 (3)
6、后置代号 用字母(或加数字)表示轴承的结构、公差及材料等特殊要求，置于基本代号右边，并与基本代号空半个汉字距离或用符号“-”、“”分隔。轴承后置代号排列顺序见表10-3。,第三节 滚动轴承的代号,图10-4 内径相同而直径系列,表10-5 轴承内部结构代号,第四节 滚动轴承的选择计算,一 失效形式 二 轴承寿命 三 当量动载荷的计算 四 角接触相信轴承载荷的计算 五 滚动轴承的静强度校核,一 失效形式,滚动轴承的主要失效形式如下。 （1）疲劳点蚀 通常，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。 （2）永久变形 此外，维护和保养不当或密封润滑不良等因素，也能引起轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破损等
7、不正常失效。,图10-5 载荷的分布及应力变化 a)径向载荷的分布 b)轴承元件上的载荷及应力变化,二、轴承寿命,轴承的一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对于另一个套圈的总转数，或在某一转速下的工作小时数，称为轴承的寿命。 大量的轴承寿命试验表明，轴承的可靠性与寿命之间有如图10-6所示的关系。,图10-6 轴承寿命曲线,轴承的可靠性常用可靠度R来度量。一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比，称为轴承寿命的可靠度。 如图10-6所示，当寿命L为106r时，可靠度R为90%；L为5106r时，可靠度R为50%。,当一个轴承进入运转并且基本额定寿命为106r时，轴承所能承
8、受的载荷，称为基本额定动载荷，用C表示。 将轴承工作时的实际载荷转换成实验条件下的假想载荷，称为当量动载荷P。 大量试验表明，滚动轴承的基本额定寿命L10与基本额定动载荷C、当量动载荷P间的关系如下。,（10-1）,考虑到轴承在温度高于100下工作时，基本额定动载荷C有所降低，故引进温度系数ft(ft1)，以对C值予以修正，ft可查表10-8。考虑到工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，为此又引进载荷系数fp，fp值可查表10-9。 作了上述修正后，寿命计算式可写为,（10-3）,各类机器中轴承预期寿命Lh的参考值列于表10-10中。,三、当量动载荷的计算,当量动载荷假想载荷，在这个假想载荷作用
9、下，轴承的寿命和实际 载荷下的寿命相同，用P表示。 向心轴承只承受径向载荷时 推力轴承(=90)只承受轴向载荷时，其轴向当量动载荷为,四、角接触向心轴承轴向载荷的计算,角接触向心轴承的结构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角。当它承受径向载荷Fr时，作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Fi可分解为径向分力Fri和轴向分力Fsi（图10-7）。,图10-7 径向载荷产生的 轴向分量,图10-8 外圈窄边相对安装图,图10-9 外圈宽边相对安装图,为了使角接触向心轴承的内部轴向力得到平衡，以免轴向窜动，通常这种轴承都要成对使用、对称安装。 安装方式有两种：图10-8所示的两外圈窄边相对（正装）
10、图10-9所示的两外圈宽边相对（反装）。,例如，在图10-8中，有以下两种受力情况。 1)若FA+Fs2Fs1，由于轴承1的右端已固定，外圈通过滚动体对内圈与轴产生一个阻力，轴不能向右移动，即轴承1被压紧，由力的平衡条件得 2)若FA+Fs2Fs2，则轴承2被压紧，由力的平衡条件得,五、滚动轴承的静强度校核,转速很低（10r/min）或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳点蚀。 但为了防止滚动体和内、外圈产生过大的塑性变形，应进行静强度校核。 当轴承既受径向力又受轴向力时，可将它们折合成当量静载荷P0。应满足： S0为静强度安全因数,第五节 滚动轴承的润滑和密封,润滑和密封，对滚动轴承的使用寿
11、命具有重要意义。 润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损，使滚动接触部位形成油膜。同时，润滑还有吸收振动、降低工作温度和噪声等作用。 密封的目的是防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂的流失。,一、滚动轴承的润滑,滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。一般情况下，滚动轴承采用润滑脂润滑，但如果在轴承附近已经具有润滑油源时（如变速箱内本来就有润滑齿轮的润滑油），也可采用润滑油润滑。 润滑剂的具体选择可按速度因数dn值来定。 润滑油的粘度可按轴承的速度因数和工作温度t来确定，如图10-11所示。,图10-11 润滑油粘度选择线图,二、滚动轴承的密封,滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作
12、环境、温度、密封表面的圆周速度有关。 密封方法可分三大类：接触式密封、非接触式密封和组合密封，可参阅表10-14,表10-14 常用的滚动轴承密封型式,接触式密封,毛毡式密封,密封圈密封,适用场合 脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周速度v不大于45m/s，工作温度不超过90 脂或油润滑，轴颈圆周速度v7m/s，工作温度范围-40100,表10-14 常用的滚动轴承密封型式,非接触式密封,间隙密封,迷宫式密封,适用场合 脂润滑，干燥清洁环境 脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。这种密封效果可靠,表10-14 常用的滚动轴承密封型式,组合密封,毛毡加迷宫密封,适用场合 适用于脂润滑或油润滑,
13、第六节 滚动轴承的组合设计,一、轴承的固定 1 两端固定 使轴的两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，如图10-12a所示。,图10-12 两端固定支承,2一端固定、一端游动,这种固定方式是使两个支点中的一个支点双向固定以承受轴向力，另一个支点作轴向游动（图10-13）。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。,图10-13 一端固定、一端游动支承,二、轴承组合的调整,1轴承间隙的调整 轴承间隙的调整方法有： 靠加减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整（图10-14a）； 利用螺钉1通过轴承外圈压盖3移动外圈位置进行调整（图10-
14、14b），调整之后，用螺母2锁紧防松。,图10-14 轴承间隙的调整,2轴承的预紧,对于某些可调游隙式轴承，在安装时应给予一定的轴向压紧力（预紧力），以使内外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度，这种方法称为轴承的预紧。 预紧力可以利用金属垫片（图10-15a）或磨窄套圈（图10-15b)等方法获得。,图10-15 轴承的预紧,图10-16 轴承组合位置的调整,3轴承组合位置的调整,轴承组合位置调整的目的，是使轴上的零件（如齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。 图10-16所示为锥齿轮轴承组合位置的调整，套杯与机座间的垫片用来调整锥齿轮轴的轴向位置，套杯与端盖间的垫片则用来调整轴承游隙。,三、滚动轴承的配合,由于滚动轴承是标准件，为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合则采用基轴制。 选择配合时，应考虑载荷的方向、大小和性质，以及轴承类型、转速和使用条件等因素。,四、轴承的装拆,如图10-17所示，若轴肩高度大于轴承内圈外径时，就难以放置拆卸工具的钩头。 对外圈拆卸要求也是如此，应留出拆卸高度h1（图10-18a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔（图10-18c）。,图10-17 钩爪器拆卸轴承,图10-18 拆卸高度和拆卸螺孔,
