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1、机械设计滚动轴承：滚动轴承：rolling bearingrolling bearing8-18-1概概 述述 滑动轴承滑动轴承 轴承轴承滚动轴承滚动轴承 用在高速、重载、用在高速、重载、高精度以及结构要高精度以及结构要求剖分等场合求剖分等场合已标准化，使用已标准化，使用维护方便，一般维护方便，一般机器中使用广泛机器中使用广泛 第第8 8章章 滚动轴承的选择与校核滚动轴承的选择与校核 8-1滚动轴承概述机械设计优点：优点： 启动力矩小，发热小启动力矩小，发热小 维护方便，润滑剂消耗少维护方便，润滑剂消耗少 轴向尺寸小轴向尺寸小 大大减少有色金属的消耗大大减少有色金属的消耗缺点：缺点： 接触应力
2、大，高速重载时噪声大且寿命短接触应力大，高速重载时噪声大且寿命短 抗冲击、减振能力差抗冲击、减振能力差 小批生产特殊滚动轴承时成本高小批生产特殊滚动轴承时成本高一滚动轴承的特点滚动轴承的特点8-1滚动轴承概述机械设计内圈、外圈、保持架和滚动体内圈、外圈、保持架和滚动体二滚动轴承的组成滚动轴承的组成其中：其中：滚动体是必不可少的滚动体是必不可少的8-1滚动轴承概述内圈：支撑轴，内圈：支撑轴，外圈：安装在轴承座孔或零件孔内，通常是不动的外圈：安装在轴承座孔或零件孔内，通常是不动的 滚动体：将滑动摩擦变为滚动摩擦滚动体：将滑动摩擦变为滚动摩擦 保持架：将滚动体均匀分开保持架：将滚动体均匀分开 通常随
3、轴一起转动通常随轴一起转动 某些轴承还有一些特殊某些轴承还有一些特殊零件，如：止动环零件，如：止动环 机械设计机械设计8-28-2滚动轴承的主要类型和代号滚动轴承的主要类型和代号 8-2滚动轴承的主要类型和代号一、轴承分类：一、轴承分类：按滚动体的形状分为：按滚动体的形状分为： 球轴承球轴承 和和 滚子轴承滚子轴承 按滚动体的列数可分为：按滚动体的列数可分为： 单列轴承单列轴承 和和 多列轴承多列轴承 按内外圈能否分离可分为：按内外圈能否分离可分为： 可分离轴承可分离轴承 和和 不可分离轴承不可分离轴承 如：圆锥滚子轴承如：圆锥滚子轴承 和和 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 均属于可分离轴承均属于可
4、分离轴承 按主要承受的外载可分为：按主要承受的外载可分为： 向心轴承向心轴承 和和 推力轴承推力轴承 承受径向载荷为主承受径向载荷为主 承受轴向载荷为主承受轴向载荷为主 具体划分方法需根据公称接触角具体划分方法需根据公称接触角 的大小来判断！的大小来判断！ 机械设计8-2滚动轴承的主要类型和代号公称接触角公称接触角 ：滚动体与外圈接触处的法线与轴承径向平面间的夹角滚动体与外圈接触处的法线与轴承径向平面间的夹角 向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承径向接触轴承径向接触轴承 ( ( =0)=0)轴向接触轴承轴向接触轴承 ( ( =90)=90)向心角接触轴承向心角接触轴承( 0 ( 0 45 ) 45
5、 )推力角接触轴承推力角接触轴承( 45 ( 45 90 ) 90 ) 越大，轴向承载能力越强越大，轴向承载能力越强 推力调心滚子轴承推力调心滚子轴承 机械设计Deep groove ball bearing (Deep groove ball bearing (深沟球轴承，深沟球轴承，6 6类类) )8-2滚动轴承的主要类型和代号几种常用轴承：几种常用轴承：主要承受径向载荷，同时也能主要承受径向载荷，同时也能承受少量双向轴向载荷承受少量双向轴向载荷 =0 =0 Cylindrical roller bearing (Cylindrical roller bearing (圆柱滚子轴承，圆柱滚
6、子轴承，N N类类) )只能承受较大的径向载荷只能承受较大的径向载荷。且。且内外圈可分离内外圈可分离 =0 =0 机械设计Tapered roller bearing (Tapered roller bearing (圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承，3 3类类) ) 8-2滚动轴承的主要类型和代号能同时承受较大的径向、轴能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，向联合载荷。因线性接触，承载能力大，承载能力大，内外圈可分离内外圈可分离，装拆方便。成对使用，装拆方便。成对使用 10 10 18 18 Angular contact ball bearing Angular contact bal
7、l bearing ( (角接触球轴承，角接触球轴承，7 7类类) )承受较大径向、较大单向轴承受较大径向、较大单向轴向载荷，有向载荷，有3 3种公称接触角种公称接触角 =15=15，25 25 ，40 40 机械设计8-2滚动轴承的主要类型和代号Thrust ball bearing (推力球轴承，推力球轴承，5 5类类)b)b)双向双向a)a)单向单向只能承受轴向载荷，分为单、只能承受轴向载荷，分为单、双向两种。可用于轴向载荷大双向两种。可用于轴向载荷大、转速不高之处、转速不高之处 =90 =90 Spherical roller bearing Spherical roller bear
8、ing ( (调心滚子轴承，调心滚子轴承，2 2类类) )能承受很大的径向载荷能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载和少量轴向载荷。承载能力大，具有调心性能能力大，具有调心性能 0 0 45 F Fa aF Fa aF Fr rF Fa a、F Fr r 均较大均较大 纯纯F Fr r 纯纯F Fa a 载荷性质载荷性质 平稳：平稳：球轴承球轴承 冲击：冲击： 滚子轴承滚子轴承 类型选择的主要依据类型选择的主要依据 机械设计8-3滚动轴承的选择转速和旋转精度转速和旋转精度要求高时，用球轴承要求高时，用球轴承；反之，用滚子轴承反之，用滚子轴承推力轴承极限转速低推力轴承极限转速低 ( (离心力使
9、滚动体与保持架摩擦严重离心力使滚动体与保持架摩擦严重) )整体保持架极限转速比分离的高整体保持架极限转速比分离的高球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承高速、轻载高速、轻载低速、重载低速、重载内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承选调心轴承轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承选调心轴承调心性能调心性能轴承的装拆轴承的装拆经济性经济性内外圈分离的轴承内外圈分离的轴承 (3(3类、类、N N类类 ) )球轴承比滚子轴承低球轴承比滚子轴承低精度低的价格低精度低的价格低 ( (一般公差等级选一般公差等级选 0 0 级级 ) )机械设计与轴颈直径
10、相等与轴颈直径相等 载荷很小载荷很小 特轻系列特轻系列 (0 (0、1)1)载荷很大载荷很大 重系列重系列 ( 3 ) ( 3 )一般情况一般情况 轻或中系列轻或中系列( 2( 2、3 ) 3 ) 一般选窄或正常系列一般选窄或正常系列 (0 (0、1)1)寿命计算寿命计算选择轴承选择轴承假设最细处直径为假设最细处直径为28mm28mm，如何选择轴承型号？，如何选择轴承型号？前置代号、后置代号中的公差等级和游隙一般可省略前置代号、后置代号中的公差等级和游隙一般可省略 轴承内径轴承内径 直径系列直径系列 宽度系列宽度系列8-3滚动轴承的选择例题例题2 2：二轴承尺寸的选择轴承尺寸的选择机械设计F
11、Fa a仅受轴向力仅受轴向力F Fa a 作用：作用：P Pi i P Pj j 仅受径向力仅受径向力F Fr r 作用：作用：最多只有半圈滚动体受载最多只有半圈滚动体受载且各滚动体变形、受载不同且各滚动体变形、受载不同P Pj jP Pi iF Fr r Q Q2 2Q QmaxmaxQ Q1 1Q Q2 2Q Q1 18-4滚动轴承的寿命计算一一滚动轴承的载荷分析滚动轴承的载荷分析8-4 8-4 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算 点接触轴承：点接触轴承：线接触轴承：线接触轴承： z z为全部滚动体个数为全部滚动体个数机械设计F Fr r Q Q2 2Q QmaxmaxQ Q1 1Q Q
12、2 2Q Q1 1既受径向力既受径向力F Fr r又受轴向力又受轴向力F Fa a 作用：作用：显然作用在每一个滚动体上的载荷显然作用在每一个滚动体上的载荷P Pi i是不等的是不等的 F Fa aP Pi i8-4滚动轴承的寿命计算Q Qi iS Si i 设某一滚动体反力为设某一滚动体反力为P Pi i 径向分力为径向分力为Q Qi i 轴向分力为轴向分力为S Si i 派生轴向力派生轴向力 F Fr rb b当当tantanb b 1.25tan1.25tan 时时 下半圈滚动体全部受载下半圈滚动体全部受载当当tantanb b1.7tan1.7tan 时时 全部滚动体受载全部滚动体受载
13、b b 为载荷角为载荷角机械设计滚动体滚动体 固定套圈固定套圈 这些点的接触应力这些点的接触应力均可近似看作是均可近似看作是脉脉动循环变应力动循环变应力！8-4滚动轴承的寿命计算FrQ2QmaxQ1Q2Q1 ab c滚动体与滚道接触处的接触应力是一种什么样的应力？滚动体与滚道接触处的接触应力是一种什么样的应力？转动套圈转动套圈 机械设计发生在滚动体表面或套圈滚道发生在滚动体表面或套圈滚道低速轴承的主要失效形式低速轴承的主要失效形式使用维护不当引起，使用维护不当引起，属于非正常失效属于非正常失效 按疲劳强度进行按疲劳强度进行寿命计算寿命计算，防止点蚀破坏，防止点蚀破坏按静强度计算，防止塑性变形按
14、静强度计算，防止塑性变形寿命计算外，还应校核其极限转速寿命计算外，还应校核其极限转速最主要的失效形式最主要的失效形式静载或冲击载荷过大静载或冲击载荷过大疲劳点蚀疲劳点蚀塑性变形塑性变形磨损、胶合、保持架断裂等磨损、胶合、保持架断裂等中、低转速：中、低转速： 高高 转转 速：速： 极低转速：极低转速： 三滚动轴承的设计准则滚动轴承的设计准则二滚动轴承的失效滚动轴承的失效8-4滚动轴承的寿命计算机械设计轴承中轴承中任一元件任一元件出现出现疲劳点蚀疲劳点蚀前所经历的前所经历的总转数或总工作小时数总转数或总工作小时数8-4滚动轴承的寿命计算四滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算1 1、基本概念、基本概
15、念 轴承寿命轴承寿命由于制造精度、材质等的差异，即使相同的轴承，在完全相同的条由于制造精度、材质等的差异，即使相同的轴承，在完全相同的条件下工作，它们的寿命也极不相同件下工作，它们的寿命也极不相同 既不能以最长寿命作为标准，也不能以最短寿命作为标准既不能以最长寿命作为标准，也不能以最短寿命作为标准 一批相同的轴承，在相同的条件下运转，一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中其中9090 的轴承发生疲劳点蚀前所经历的的轴承发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数总转数或总工作小时数基本额定寿命基本额定寿命L L1010以基本额定寿命选择轴承，可能有以基本额定寿命选择轴承，可能有10%10%的轴
16、承发生提前破坏的轴承发生提前破坏 对每个轴承来说，顺利地在基本额定寿命期内正常工作的概率为对每个轴承来说，顺利地在基本额定寿命期内正常工作的概率为90% 90% 按基本额定寿命选用轴承，可靠性为按基本额定寿命选用轴承，可靠性为9090机械设计轴承的基本额定寿命为轴承的基本额定寿命为 10 106 6 转（即转（即一百万转）时所能承受的载荷一百万转）时所能承受的载荷C C 越大，轴承承载能力越大越大，轴承承载能力越大 对于具体轴承对于具体轴承C C 按手册查取按手册查取 L10PCP11L1疲劳曲线L2P28-4滚动轴承的寿命计算基本额定动载荷基本额定动载荷C C轴承寿命与所受载荷大小有关，轴承寿命与所受载荷大小有关， 工工作载荷越大，寿命越短作载荷越大，寿命越短 如：如： 3020330203C C 20.8KN 20.8KN3020430204C C 28.2KN 28.2KNr rr rC5122051220 C Ca a = 132KN= 132KNC向心轴承：指向心轴承：指纯径向载荷，纯径向载荷，用用C Cr r表示表示 推力轴承：指推力轴承：指纯轴向载荷，纯轴向载荷，用用C
