机械设计基础之机械设计-第10章滚动轴承

第十章滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封第一节滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的功能支承轴及轴上零件，并保证旋转精度，减少轴与支承间的摩擦与磨损作为标准件的滚动轴承滚动轴承的主要特点摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏f＝0.05,η＝0.98～0.995可同时承受径、轴向载荷，支承结构简单径向间隙小，可用预紧方法消除间隙，回转精度高互换性好，易于更换，润滑简便,价格低抗冲击能力差高速时有噪音寿命不如液体润滑滑动轴承径向尺寸大PK滑动摩擦滚动摩擦滚动轴承的构造内、外圈滚动体保持架滚动轴承的主要结构特点内外圈：分别装在轴颈和轴承座上，球轴承内外圈均有凹槽滚道保证线接触并限制滚动体的轴向移动滚动体：实现内外圈相对运动表面之间的滚动摩擦，大小和数量直接影响轴承的承载能力保持架：均匀隔开滚动体，避免滚动体间的摩擦与磨损21341234滚动轴承元件的材料与工艺内、外圈滚动体保持架要求：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性材料：含铬轴承钢（铬锰合金钢），硬度60－65HRC工艺：表面磨削、抛光要求：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料工艺：冲压、剪切、焊接第二节滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封滚动轴承分类（1）概述按滚动体形状分类按受载方向（公称接触角）分类按调心能力分类按安装形式分类按列数分类滚动轴承分类（2）滚动体形状球轴承滚子轴承圆柱滚子轴承滚针轴承球面滚子轴承圆锥滚子轴承滚动轴承分类（3）公称接触角滚动体力作用线与轴承径向平面间的夹角在径向载荷作用下产生内部轴向力Fa，导致内外圈有分离趋势，故需成对使用内部轴向力Fa的大小与有关滚动轴承分类（3）公称接触角向心轴承径向接触轴承：＝0o，主要承受径向载荷，因内外圈有凹槽，也可承受较小的轴向载荷。向心角接触轴承：＝0o45o，同时承受径向载荷和轴向载荷。推力轴承推力角接触轴承：＝45o90o，主要承受轴向载荷，可承受较小的径向载荷。轴向接触轴承：＝90o，只能承受轴向载荷。滚动轴承分类（3）径向接触轴承深沟球轴承:nlim最高、价廉,优先采用受力类型:径向力Fr,不大的轴向力Fa(双向)圆柱滚子轴承:承载力较大受力类型:很大的Fr,不能承受轴向力Fa滚针轴承:内外圈可分离,径向尺寸小受力类型:很大的Fr,不能承受轴向力Fa滚动轴承分类（3）向心角接触轴承角接触球轴承:外圈内表面阶梯，＝15º、25º、40º受力类型：Fr,单向Fa圆锥滚子轴承：拆卸方便，承载能力大受力类型：Fr,单向Fa滚动轴承分类（3）轴向接触轴承推力球轴承:受力类型：只承受Fa单列：承受单向轴向力双列：承受双向轴向力滚动轴承分类（4）调心功能调心球轴承:调心性能最好受力类型：Fr,不大的Fa(双向)调心滚子轴承:调心性能好、承载力较大受力类型：Fr,不大的Fa(双向)滚动轴承分类（5）其它内外圈分离双列球轴承滚动轴承的选择原则根据载荷、转速、调心性能、装拆工艺性、价格等确定轴承类型。其中，载荷、转速是最主要的因素。接触角越大，其承受轴向载荷的能力越大，而承受径向载荷的能力越小相同尺寸的滚子轴承承载能力比球轴承大1.5－3倍球轴承的极限转速比滚子轴承高，向心轴承的极限转速比推力轴承高内径相同时，外径越小，滚动体越轻，极限转速越高调心轴承用于刚度差、跨距大、轴承孔精度低的场合内外圈可分离的轴承安装方便球轴承比滚子轴承便宜极限转速：在一定的载荷和润滑条件下，滚动轴承所允许的最高转速滚动轴承的选择高速平稳低载载荷较大或有冲击径/轴向载荷较大且较低转速径/轴向载荷较大且较高转速轴向载荷径向载荷滚子轴承推力+向心组合深沟球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承工况条件选用轴承类型球轴承（高中速、轻载）滚子轴承（中低速、重载）滚动轴承的代号（GB/T272-1993）前置代号基本代号后置代号尺寸系列代号分部件代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号内部结构代号密封与防尘代号公差等级代号。。。字母21345字母(+数字)用字母和数字表示结构、尺寸、公差等级及技术性能等特征的轴承产品符号滚动轴承的基本代号（1）类型代号第五位(从右到左数)，用数字或字母表示代号为0（双列角接触球轴承），则省略代号轴承类型旧代号3圆锥滚子轴承75推力球轴承86深沟球轴承07角接触球轴承6N圆柱滚子轴承2NA滚针轴承4滚动轴承的基本代号（2）内径尺寸代号内径尺寸d/mm20～480（5进位）22283210121517内径代号04～96(代号乘以5即为内径)/内径尺寸毫米数00010203示例代号06/2802内径dd＝6×5＝30mmd＝28mmd＝15mm滚动轴承的基本代号（3）尺寸系列代号直径系列代号：结构、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，导致轴承外径和宽度变化的系列。宽度系列代号：与直径系列代号同时使用。表示相同内外径的轴承的不同宽度。多数正常系列可不标。滚动轴承的前置代号字母表示的成套轴承分部件L：可分离轴承的内外圈R：不可分离轴承的内外圈K：滚子与保持架组件WS、GS：推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈滚动轴承的后置代号内部结构：C－=15º、AC－=25º、B－=40º密封与防尘保持架及其材料轴承材料公差等级（精度）：0、6x、6、5、4、2六级精度，逐渐增高，表示成：/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2轴承径向游隙系列：/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5六组游隙，由小到大。0组(/C0)）游隙常用，可省略配置：/DB、/DF、/DT滚动轴承代号示例7212C6305304/32(/P0)7211C/P5深沟球轴承直径系列为3(中),宽度系列为0(不标)内径d=25mm0级精度(不标)角接触球轴承直径系列为2(轻)宽度系列为0(不标)内径d=60mm=15º内径d=32mm圆锥滚子轴承宽度系列为0直径系列为4(重)5级精度接触角15直径55mm正常宽度、轻系列角接触球轴承滚动轴承旧标准代号内径尺寸代号外径系列代号类型代号结构特点代号宽度系列代号精度代号□XXXXXXX仅供了解第三节滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的径向受力分析（1）当轴承承受径向力Fr时，上半圈不受载下半圈受载滚动体受力不均，受力变化为小→大→小径向力作用线最下端的滚动体承载最大：（球）rFZF50（滚子）rFZF6.40作用力大小滚动轴承的径向受力分析（2）作用力点一般轴承径向载荷作用中心位于轴承宽度中点角接触轴承径向载荷作用中心位于外部载荷方向与轴中心线交点处滚动轴承的轴向受力分析（1）单个轴承的中心轴向载荷Fa由滚动体平均承担轴系上的轴向工作合力为FAFA1212FA一端固定、一端游动Fa1=FA,Fa2=0FA指向者受力Fa1=0,Fa2=FA两端固定固定端受力有FA时径向轴承（6、1、2类）的轴向受力Fri滚动轴承的轴向受力分析（2）无FA时角接触轴承（3、7类）的轴向受力因径向力和接触角的存在，轴承外圈通过接触点法线对轴承内圈和轴产生的法向反力Fi可分解为径向分力Fri和轴向分力Fsi。该轴向分力之和为附加轴向力。tan25.1rsisFFF3000070000C70000AC70000BFS=Fr/(2Y)FS=eFrFS=0.68FrFS=1.14Fr角接触轴承的安装①正安装（DF型、面对面）→两轴承外圈的窄边相对→Ｆs面对面跨距减少②反安装（DB型、背对背）→两轴承外圈的宽边相对→Ｆs背对背跨距增大Fs1Fs2Fs1Fs2角接触轴承应成对使用→以抵消派生轴向力和避免轴产生轴向窜动滚动轴承的轴向受力分析（3）有FA时角接触轴承（3、7类）的轴向受力FAFs1Fs2Fa2（1）当Fs1+FA＞Fs2Fa1=Fs1Fa2=Fs1＋FA右边轴承压紧，左边轴承放松FAFs1Fs2Fa1（2）当Fs1+FA＜Fs2Fa1=Fs2－FAFa2=Fs2左边轴承压紧，右边轴承放松判断压紧端和放松端需考虑轴向合力与安装形式第四节滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的失效形式疲劳点蚀：最主要的失效形式，滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀过大塑性变形：低速轴承的主要失效形式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷)，元件表面出现较大塑性变形磨损、胶合、内外圈和保持架破损等：使用维护不当而引起的，属于非正常失效应力形式？滚动轴承的设计准则一般转速的轴承进行寿命（额定动载荷）计算，防止疲劳点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承按静强度（额定静载荷）计算，防止塑性变形第五节滚动轴承的功能与结构滚动轴承的分类与代号滚动轴承的受力分析滚动轴承的失效形式与计算准则滚动轴承的选择计算滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的润滑与密封滚动轴承选择设计的基本方法由工作条件定轴承类型结构定轴承直径初选型号确定额定动载荷验算寿命计算轴承载荷→查e、X、Y→计算当量动载荷P→计算寿命Lh→分析轴承是否合格校核极限转速基本概念（1）轴承寿命轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，内外套圈相对运转总数或一定转速下的工作小时数。基本额定寿命Ｌ10（106r）或L10h（h）一组相同型号的轴承，在相同运转条件下，有90％的轴承没有发生疲劳点蚀前的转数或总工作小时数。⑴一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长⑵一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率为90％，失效率为10％基本概念（2）基本额定动载荷C基本额定寿命为106r的轴承能够承受的恒定载荷6208PC1234=25.6L10向心轴承：径向基本额定动载荷或分量Cr推力轴承：轴向基本额定动载荷Ca轴承寿命曲线常数CPL10基本概念（3）轴承寿命计算公式61010)(PCL)(16667)(6010610PCnPCnLhn—转速r／minε—寿命指数，球轴承：ε＝３；滚子轴承：ε＝10/3Ｐ—当量动载荷，与实际载荷相当转小时基本概念（4）P＝fd（XFr＋YFa）当量动载荷P实际径向工作载荷Fr和轴向工作载荷Fa的当量载荷ｆd－冲击载荷系数，教材p405表34-8X、Y－径向、轴向载荷系数，教材p405表34-7①查判断系数e→Ｃ０（轴承的额定静载荷）┌深沟球轴承—按f0Fa/C0rf0=14.7查e└角接触球轴承—按Fa/C0查e②判Fa/Fr与e的关系→定X、YFa/Fr≤e－轴向力较小,可忽略不计,Ｐ＝fdFr－轴向力较大,均考虑Fa/Fr＞e轴承型号选用已知轴承当量动载荷P和轴承预期寿命Lh’，可求得计算额定动载荷C’，选用轴承型号的C值要大于该值16667''nLPCCh滚动轴承静强度计算额定静载荷滚动轴承受载后，使受载最大的滚动体与滚道接触中心处的接触应力达到一定值，该载荷称为额定静载荷，用C0表示。对于径向接触和轴向接触轴承，C0分别是径向载荷和中心轴向载荷，对于向心角接触轴承，C0是载荷的径向分量。当量静载荷P0当轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，应将实际载荷转化成假想的当量静载荷，在该载荷作用下，滚动体与滚道上的接触应力与实际载荷作用相同。P0＝X0Fr＋Y0FaX0为径向载荷系数,Y0为轴向载荷系数滚动轴承静强度计算≥S000PCS0为静强度安全因数滚动轴承的极