第13章滚动轴.

第13章滚动轴承机械设计第13章滚动轴承2§1、概述标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。机械设计第13章滚动轴承3构造核心元件：滑动→滚动使滚动体等距离分布，↓滚动体间的摩擦、磨损。滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针—线接触保持架内圈外圈滚动体有时无球轴承：球—点接触机械设计第13章滚动轴承4内圈外圈保持架滚动体机械设计第13章滚动轴承5类型和代号1一、滚动轴承的分类◆1.按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承§2滚动轴承的主要类型和代号机械设计第13章滚动轴承62、滚动轴承的类型代号圆锥滚子轴承--3推力球轴承--5角接触球轴承--7深沟球轴承--6圆柱滚子轴承--N推力滚子轴承--8机械设计第13章滚动轴承7公称接触角α：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，称为公称接触角。机械设计第13章滚动轴承8•向心轴承：主要承受径向载荷FR深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N）•推力轴承：只能承受轴向载荷FA推力球轴承（5）•向心推力轴承：FR+FA角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）◆3.按承受的外载荷分：机械设计第13章滚动轴承9基本代号前置代号后置代号内径代号类型代号尺寸系列代号数字或字母表示不同类型的轴承表示内径相同的轴承在外径和宽度（高度）方面的变化系列表示轴承公称直径的大小20~480mm代号5=内径mm有特殊要求时使用•表示轴承结构、形状、材料、公差等级等二、滚动轴承的代号代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。机械设计第13章滚动轴承10类型和代号3前置代号基本代号后置代号轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号滚动轴承代号构成：前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。机械设计第13章滚动轴承11前置代号基本代号后置代号类型代号尺寸系列代号内径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—圆柱滚子轴承由轴承的宽度系列和直径系列代号（2位数字）组成。宽度系列：直径系列：0—窄；0—特轻；1—正常；1—特轻；2—宽；2—轻；3、4—特宽；3—中；5、6—特宽。4—重。内径尺寸代号100012011502170320~500d/522、28、32及500以上/内径机械设计第13章滚动轴承12◆内径代号：内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=5×08=40mm。内径d10121517代号00010203特殊情况：◆尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。机械设计第13章滚动轴承13◆类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。◆公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级不标注。◆游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。高级低级游隙值：小大机械设计第13章滚动轴承146212N2208尺寸系列代号为2表示轴承内径85=40mm深沟球轴承圆柱滚子轴承表示轴承内径125=60mm尺寸系列代号为2233315E表示轴承内径155=75mm圆锥滚子轴承尺寸系列代号为33加强型机械设计第13章滚动轴承15类型和代号5三、轴承代号示例6308：6─深沟球轴承，3─中系列，08─内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N105/P5：N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=25°；30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。机械设计第13章滚动轴承16§3、滚动轴承的类型选择一、滚动轴承的主要类型主要掌握：5、50000型:推力球轴承单向：单向Fa双向：双向Fa1、60000型:深沟球轴承2、70000型:角接触球轴承70000AC：α=25°70000C：α=15°70000B：α=40°4、N0000型:圆柱滚子轴承:内外圈间可自由移动3、30000型:圆锥滚子轴承机械设计第13章滚动轴承17二、类型的选择1、球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。承载能力：球轴承＜滚子轴承耐冲击：球轴承＜滚子轴承∴载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高时选球轴承。2、载荷性质同时Fa、Fr：角接触球轴承或圆锥滚子轴承；Fr大、Fa小：深沟球轴承；Fa大、Fr小：推力角接触轴承；机械设计第13章滚动轴承18F2FrF1F1cosφF2cos2φF2F2cos2φF1F1cosφφ2φδ0§4、滚动轴承的工作情况一、向心轴承中作用力的分布由于内部游隙，最多只有半圈滚动体受载，且受载大小不同。机械设计第13章滚动轴承19FrFr0Fs0F0αFr2Fr1Fr0FrFr1Fr2二、角接触轴承中的派生轴向力Fd70000型、30000型由于“公称接触角α”存在：Fr作用FdFd机械设计第13章滚动轴承20各种角接触轴承派生轴向力：70000C15rdeFF70000AC25rdFF68.070000B40rdFF14.130000YFFrd2e——判断系数P314表13.5Y——轴向动载系数P314表13.5∵Fd存在∴30000型、70000型轴承成对使用，使FdⅠ与FdⅡ方向相反，使轴受力合理。机械设计第13章滚动轴承21Fd方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上,附加轴向力Fd是由于角接触轴承承受径向力Fr引起的。即“接触线箭头”方向。3类：6类：=Fs=FsFsFsFsFsFsFs简化画法机械设计第13章滚动轴承22三、滚动轴承的失效2、塑性变形：静载荷、冲击作用下变形凹坑。3、磨损：磨粒磨损、粘着磨损；1、疲劳点蚀：回转轴承上，各元件受脉动接触应力。机械设计第13章滚动轴承23§5、滚动轴承的尺寸选择一、基本额定动载荷和基本额定寿命1、轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。同型号轴承：离散性大、寿命相差数十倍。一批轴承：服从一定的概率分布规律。最低寿命：过于保守∴采用基本额定寿命。最长寿命：不安全计算时，若按机械设计第13章滚动轴承242、基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数（L10），或一定工作转速下工作的小时数（L10h）。可靠度R=90%L10的物理意义：1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。机械设计第13章滚动轴承253、基本额定动载荷C：L10=106r时，轴承所能承受的最大恒定载荷。即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%Cr：径向基本额定动载荷对向心轴承（6、N）：Cr—纯径向载荷对角接触轴承（3、7）：Cr—载荷的径向分量Ca：轴向基本额定动载荷：5类Ca—纯轴向载荷C1）C由试验得出，查手册；2）C↑—轴承抗疲劳承载能力↑；同类不同型号轴承，C不同。3）设计时需满足：一定工况下的轴承所需的C′≤C说明：机械设计第13章滚动轴承26二、当量动载荷实际工作时，轴承可能同时受Fa、Fr将Fr、Fa转化为与C性质相同的载荷——当量动载荷ParFYFXPX—径向动载系数，Fr对寿命影响效应的大小；Y—轴向动载系数，Fa对寿命影响效应的大小；—将Fr、Fa折合为Cr或Ca为了与C在相同条件下比较转化式中：向心轴承：P=Fr；推力轴承：P=Fa机械设计第13章滚动轴承27由表13-5知，X、Y受e——轴向载荷“判断系数”影响oraCF由确定1）当eFFra时，Fa较小，忽略不计，取X=1、Y=0；2）当eFFra时，需计入Fa影响，X＜1，Y＞0，查手册考虑机器冲击振动，P的公式为：)(arpYFXFfPfp——载荷系数（表13-6）※机械设计第13章滚动轴承28P—L曲线constLP10※ε—寿命指数球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3∴101LPCrPCL61010L10--基本额定寿命三、基本额定寿命已知：CP时，rL61010。CP时，?10L机械设计第13章滚动轴承29工程中常用小时数表示寿命：PCnPCnLh166706010610n—轴承转速r/min※注意：L10h与n有关，L10与n无关。设计时，应：hhLL10若已知PLh，，求得hLnPC16670（N）查手册，选型号，使CC用于校核寿命用于设计选型hL——轴承预期使用寿命C′--计算额定动载荷机械设计第13章滚动轴承30αFr1Fs1FRFAFr2Fs2αⅠⅡⅠⅡFs1Fs2FAFs1FAFs2Fs1FAFs2Fs1+FAFs2Fa1=Fs1Fa2=Fs1+FA(=Fs2+Fs2')Fs2'Fs1'Fs1+FAFs2Fa1=Fs2-FA(=Fs1+Fs1')Fa2=Fs2四、角接触轴承的载荷计算1、作用于轴上的外载荷FR在Ⅰ、Ⅱ成对安装的轴承上产生径向载荷Fr1Fr2轴上有外载荷：FR和FA机械设计第13章滚动轴承31ⅠⅡ由前知：Fr1、Fr2Fs1、Fs2（轴向）产生Fs1、Fs2、FA如何作用到轴承上？2、轴向载荷计算•正安装时：“×”型机械设计第13章滚动轴承32右端轴承“压紧”左端轴承“放松”ASssaFFFFF122211saFF（1）若21sAsFFF合力→右：轴有右移趋势Fs1Fs2FA阻止轴右移：F’s2F’s2机械设计第13章滚动轴承33左端“压紧”右端“放松”AsssaFFFFF211122saFF正安装：合力指向端为“压紧端”（2）21sASFFF合力→左：轴有左移趋势Fs1Fs2FA阻止轴左移：F’s1F’s1机械设计第13章滚动轴承34反安装：合力指向端为“放松端”1）根据轴承安装方式和FA、Fs1、Fs2合力指向，判定“压紧端”和“放松端”。2）放松端：Fa等于本身Fs。3）压紧端：Fa等于除本身Fs外，其它轴向力的代数和。•反安装时：“○”型总结：机械设计第13章滚动轴承35校核式：hhLPCnL1667010设计选择式：CLnPCh16670深沟球轴承：无Fs，∴FA由压紧端承受，即：Fa压紧=FA，Fa放松=0球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3FAFR机械设计第13章滚动轴承36§6、轴承装置设计组合设计内容：正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、轴系刚度、精度问题。组合设计要求：固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合。机械设计第13章滚动轴承376类一、滚动轴承轴系的固定1、两端单向固定（双支点单向固定）安装时，轴承外圈与端盖间隙：0.25~0.4mm用于mml400机械设计第13章滚动轴承382、一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）：用于mml400t℃较高大的轴Δ机械设