机械工程基础

机械工程学院机械设计系2019年8月9日机械原理及设计（Ⅱ）第十三章滚动轴承机械工程学院机械设计系第十三章滚动轴承§13-1概述§13-2滚动轴承的主要类型及代号§13-5轴承装置的设计§13-4滚动轴承的尺寸选择计算重点§13-3滚动轴承的受载情况和失效形式机械工程学院机械设计系一．主要设计内容类型选择尺寸选择组合结构设计二．基本结构：内圈、外圈、滚动体、保持架§13-1概述内圈、外圈、滚动体：轴承铬钢GCr15，硬度60~65HRC保持架：低碳钢；铜、铝、工程塑料机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。机械工程学院机械设计系三．工作特点优点：1．起动灵敏，效率高2．轴向尺寸紧凑3．旋转精度高4．成批生产缺点：1．振动噪音大2．径向尺寸大3．不能剖分机械工程学院机械设计系一．主要类型1．按承载方向分向心轴承：受径向载荷(及少量轴向载荷)推力轴承：受轴向载荷向心推力轴承：同时受径向轴向载荷§13-2滚动轴承的主要类型及代号机械工程学院机械设计系向心轴承：主要承受径向载荷R深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N）向心推力轴承：R+A角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）推力轴承：只能承受轴向载荷A推力球轴承（5）机械工程学院机械设计系2．按结构分（典型）（1）类型代号：3名称圆锥滚动轴承特点①同时受径向、轴向载荷(单向轴向力)受轴向力②接触角B3000030~273000018~10oooo③成对使用④可分离型机械工程学院机械设计系（2）类型代号：6名称深沟球轴承特点①主要受径向载荷及少量轴向载荷(双向)高速时可代替推力球轴承机械工程学院机械设计系（3）类型代号：7特点与“3”类型同，但不可分离B7000040AC7000025C7000015ooo有三种接触角名称角接触球轴承机械工程学院机械设计系二．型号×××××34567218前置代号基本代号后置代号——类型代号——宽度系列代号——直径系列代号内径代号——内部结构代号——公差等级代号——游隙系列代号机械工程学院机械设计系1．内径尺寸代号d1012151720～480代号0001020304～96(d/5)2．直径系列代号0、1、2、3、43．宽度系列代号0表示正常，可省略，但对调心滚子轴承、圆锥滚子轴承必须标出4．类型代号机械工程学院机械设计系5．内部结构代号6．公差等级代号等级245(6x)60精度高低代号/p2/p4/p5(/p6x)/p6/p07．游隙系列代号组别120345游隙小大代号/C1/C2(不标)/C3/C4/C56308/P5；7211C/P53；30306；N309举例机械工程学院机械设计系1（4）235NAN（29）67机械工程学院机械设计系三．类型选择1．轴承载荷大小：滚子＞球方向：受纯轴向力A：推力轴承(5)受纯径向力R：向心轴承(6、N、NA)同时受R和A：性质：载荷冲击大，多选滚子类轴承若R较大：深沟球轴承(6)α小的圆锥滚子轴承(3)α小的角接触球轴承(7)若A较大：α大的圆锥滚子轴承(3)α大的角接触球轴承(7)组合结构机械工程学院机械设计系2．轴承转速①球＞滚子②优先选特轻、轻系列③深沟球轴承代替推力轴承3．轴承调心性能：调心轴承4．轴承装拆：可分离型轴承当转速很高时：机械工程学院机械设计系一．轴承元件上的载荷分布§13-3滚动轴承的受载情况和失效形式机械工程学院机械设计系1．推力轴承zAP02．向心轴承线接触点接触zR6.4PzR5P003．向心推力轴承了解两个概念向心轴承，在载荷Fr的作用下,根据变形关系，中间滚动体受力最大，向两边逐渐减小。zrFFzrFF/6.4max/5max:滚子：球：假设下半圈滚动体受力机械工程学院机械设计系★接触角：向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与半径方向的夹角。★载荷角：轴承实际承受的径向载荷R与轴向载荷A的合力与半径方向的夹角。NNRARA机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系●向心推力轴承立）一个滚子受载时等号成且有为代数和，为向量和，的派生轴向力为作用于各个滚动体上方向各不相同）的径向分力为作用于各个滚动体上注意内部轴向力径向载荷向量和径向载荷分解垂直水平((:)(:)()(0:'iiiiiiiiiiiiiiiPPPPSPAtgPSSSRpRRppPN机械工程学院机械设计系tgtgtgRARStgRtgtgPSSii①向心推力轴承必须同时受R、A作用，保持较多的滚动体同时受载。（α≠0→β≠0→S≠0→A≠0）②R一定时，A越大→受载滚动体数越多→S越大分析说明●当多个滚动体受载时●当一个滚动体受载时tgα=tgβtgα＜tgβ机械工程学院机械设计系向心推力轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。为保证半圈滚动体受力，则球轴承A/R1.22tg滚子轴承A/R1.26tg问题：轴向载荷的利弊？机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二．轴承元件上的应力变化（内圈转动，外圈不转动为例）2．外圈：脉动循环变应力1．滚动体：周期性不稳定变应力3．内圈：周期性不稳定变应力内圈（滚动体）固定套圈机械工程学院机械设计系三．失效形式接触疲劳——一般运转轴承永久变形——不转，摆动的轴承其它：磨损、烧伤、元件破裂1.点蚀：寿命计算2.塑性变形：静载荷计算四．设计准则3．磨损、烧伤：密封、润滑、散热，限制极限转速4．元件破裂：正确安装机械工程学院机械设计系一．寿命计算（一）基本概念1．轴承寿命——单个轴承2．基本额定寿命——一批轴承定义：一批相同的轴承，在相同运转条件下，其中10%的轴承发生疲劳点蚀，而90%的轴承不发生点蚀前的总转数，或工作小时数。hhLrL小时转61061010r105.1Lr102Lr101L610610610例§13-4滚动轴承的尺寸选择计算重点机械工程学院机械设计系3．基本额定动载荷定义：当轴承的基本额定寿命恰好为106转时轴承所受载荷值C(N)●对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷，称为径向基本额定动载荷用符号Cr表示●对推力轴承，指纯轴向载荷，称为轴向基本额定动载荷，用符号Ca表示。●对角接触球轴承或圆锥滚子轴承，指使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量用符号Cr表示。推力轴承C=Ca向心轴承向心推力轴承C=Cr机械工程学院机械设计系载荷—寿命曲线机械工程学院机械设计系（二）寿命计算公式61060hLntfPCPCtfnhL60610考虑温度的影响温度系数ft1CLPN10mrN常数转61010PCLhPCn6010L6h3/103＝滚子＝球轴承寿命指数：机械工程学院机械设计系当量动载荷滚动轴承球轴承寿命系数时温度系数基本额定动载荷预期寿命基本额定寿命P31031f,C120fCLLtotn10式中机械工程学院机械设计系若计算得到C＝24000N，应如何选规格？若d=30mm，又如何？例类型62066207620863066307C1520020100256002210026200630864046405640664073200024100292003720043500类型C机械工程学院机械设计系（三）当量动载荷PP的求取：分三种1．仅受径向力R（6，N，NA，1）P=fPR2．仅受轴向力A（5）P=fPAP=fP(XR+YA)3．同时受R和A（6，3，7）式中X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数R、A——轴承上的载荷★★fP载荷系数机械工程学院机械设计系①R、A如何求？②X、Y如何取？)10(,0LhLPYXeRAeRAeCA对于深沟球轴承问题对于角接触球轴承（α=15°))10(,00LhLPYXeRAeRAerCAf)10(,LhLPYXeRAeRAe对于角接触球轴承（α≠15°)、圆锥滚子轴承机械工程学院机械设计系（四）向心推力轴承的径向力R和轴向力A的计算1．径向力R的计算22H22V221H21V1RRRRRR2．轴向力的计算（重点）（1）两种安装形式正装(面对面)反装(背靠背)机械工程学院机械设计系●两种安装形式★正装（面对面）★反装（背靠背）机械工程学院机械设计系（2）S的方向：滚动体所受载荷的轴向分力方向☆正装(面对面)：S箭头互相指向☆反装(背靠背)：S箭头互相背离（3）S的大小计算公式类型3000070000C70000AC70000BSR/2YeR0.68R1.14R①Y值为A/Re时的Y值②R1≠R2→S1≠S2注意机械工程学院机械设计系（4）A的求取（以面对面安装为例）★分三种情况22a211a21SAFSSAFSS时①当Q1a21a21a2SFSQQSFSSFS时②当22a211SAFSQSA1被压紧，2被放松机械工程学院机械设计系Qa211a21a2FSSQSQFSSFS时③当a12211FSQSASA1被放松，2被压紧机械工程学院机械设计系☆☆归纳为aFSSAaFSSA1,2max22,1max1AA．结论：轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力，或者等于除本身内部轴向力外所有轴向力之代数和，二者中取大的BB．分析轴承的压紧或放松状态：★★压紧的轴承的轴向力等于除本身内部轴向力外所有轴向力之代数和★★放松的轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力机械工程学院机械设计系A1=max(S1，S2－Fa)=max(200，-300)=200注意：①S的方向②S的大小③P=fP(XR+YA)，P≠fP(XA+YR)④取P1P2中大者代入公式计算求LhA2=max(S2，S1+Fa)=max(200，700)=700S1=200S2=200Fa=500⊙例题机械工程学院机械设计系二．不同可靠度尺寸的寿命计算Ln=a1L10寿命修正系数失效率为n%时的寿命三．静强度计算防塑性变形C0≥S0P0式中P0——当量静载荷P0=X0R+Y0AS0——静强度安全系数S01要求平稳S0≤1允许变形较大目的条件机械工程学院机械设计系定义：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到规定值时的载荷向心球轴承σHmax=4200MPa滚动轴承σHmax=4000MPa调心球轴承σHmax=4600MPaC0——基本额定静载荷机械工程学院机械设计系一．轴承配置方法：三种1．双支点单向固定（两端固定式）深沟球轴承（6）成对C=0.2~0.4角接触轴承（3，7）成对应用工作温度不高的短轴§13-5轴承装置的设计具体见轴系结构设计机械工程学院机械设计系游动端深沟球轴承（6）短圆柱滚子轴承应用：工作温度较高或长轴3．两端游动支承应用人字齿轮传动2．单支点双向固定（一端固定一端游动式）固定端深沟球轴承（6）角接触轴承（3，7）成对组合轴承机械工程学院机械设计系二．轴承的轴向紧固内圈：轴肩、套筒、圆螺母及止动垫圈、轴用弹性挡圈外圈：轴承端盖、孔用弹性挡圈、套筒（杯）、座孔凸台三．轴承组合调整1．间隙（游隙）调整：端盖上垫片、圆螺母2．轴系位置调整：套杯与外廓间垫片四．提高轴承刚度和同心度机械工程学院机械设计系五．轴承的配合内圈与轴颈：基孔制如k5，k6，m5，m6，n6外圈与座孔：基轴制如J6，H7，G7六．轴承的预紧目的：提高旋转精度；提高支承刚度减低振动、噪音方法：预紧装置机械工程学院机械设计系七．轴承的润滑与密封1．润滑：dn值、载荷①脂润滑：dn≤（4~16）×104mm时1/3~1/2最多不大于2/3②油润滑：dn值较大时2．密封目的：防止润滑剂泄漏防止灰尘、杂质进入类型：两大类①接触式密封：毡圈油封、唇形密封圈、密封环②非接