第13章滚动轴承.

本章重点:滚动轴承的类型及代号滚动轴承的寿命计算滚动轴承组合设计第13章滚动轴承•13-1概述•13-2滚动轴承的主要类型及其代号•13-3滚动轴承类型的选择•13-4滚动轴承的工作情况•13-5滚动轴承尺寸的选择•13-6轴承装置的设计一、轴承的功用§13-1概述◆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1、摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏；2、润滑简便,易于更换,价格低；3、抗冲击能力差,高速时出现噪音;寿命也比不上液体润滑的滑动轴承；二、滚动轴承的特点三、滚动轴承的结构•组成：内圈、外圈、滚动体、保持架外圈内圈滚动体保持架•保持架：避免滚动体直接接触，减少摩擦和磨损•材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料•内圈、外圈、滚动体：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，硬度61~65HRC四、滚动轴承的材料轴承的选择→┌类型的选择└尺寸的选择轴承组合设计→安装、调整、润滑与密封五、滚动轴承的设计的内容特点•按滚动体形状分•按受载性质分球轴承滚子轴承向心轴承向心推力轴承推力轴承一、滚动轴承的分类§13-2滚动轴承的主要类型及其代号1按滚动体形状分•按滚动体形状分：•球轴承、滚子轴承又可细分为：•球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承2按受载方向分•按受载方向和公称接触角分：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面（半径方向）之间的夹角•向心轴承:=0º•向心推力轴承：0º90º–向心角接触轴承:0º≤45º–推力角接触轴承:45º90º•推力轴承:=90ºαα＝900αα＝0以FR(径向载荷)为主FＲ＋FＡ(径向为主)FA＋FR(轴向为主)FＡ(轴向载荷)二、滚动轴承的基本类型和特点1向心轴承(a=0º)深沟球轴承:6类→nlim最高、价廉,优先采用•受力类型:Fr,不大的Fa(双向)圆柱滚子轴承:N类→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:NA类→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Fa2调心轴承(a=0º)调心球轴承:1类→调心性能最好•受力类型：Fr,不大的Fa(双向)调心滚子轴承:2类→调心性能好、承载力较大•受力类型：Fr,不大的Fa(双向)3向心推力轴承(0º＜α90º)角接触球轴承:７类，＝15º、25º、40º•受力类型：Fr,单向Fa圆锥滚子轴承：3类•受力类型：Fr,单向Fa4推力轴承(a=90º)推力球轴承:5类•受力类型：只承受轴向(Fa)•单列：承受单向轴向力•双列：承受双向轴向力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)三、滚动轴承的代号1类型代号2尺寸系列代号3内径尺寸代号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1）类型代号•基本代号左起第一位，用数字或字母表示•代号为0（双列角接触球轴承），则省略•具体见p309表13-1代号轴承类型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NA滚针轴承2）尺寸系列代号•直径系列代号、宽度系列代号•直径系列代号：基本代号左起第三位数字•指结构相同、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列•系列代号：7、8、9、0、1、2、3、4、5，外径尺寸依次递增•宽度系列代号：基本代号左起第二位数字，常与直径系列代号同时使用，表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度•系列代号：8、0、1、2、3、4、5，同一直径系列，宽度尺寸依次递增，除调心滚子和圆锥滚子轴承外，0系列可不标12343）内径尺寸代号•基本代号左起第四、五位数字•内径d:（即轴的直径）•00——10mm01——12mm•02——15mm03——17mm•04~99——数字×5mm2前置代号•用字母表示•表示成套轴承分部件•常用的几类滚动轴承，一般无前置代号公差等级(精度)代号：•0、6x、6、5、4、2六级精度，逐渐增高•表示成:/P0（普通级，可不标）、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2内部结构代号：•如：C—=15º、AC—=25º、B—=40º轴承径向游隙系列代号：•/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5六组游隙，由小到大•0组(/C0)）游隙常用，可省略3后置代号•用字母（+数字）表示•表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承材料及公差等级等例：7212AC│││││││└││└│└└└深沟球轴承└尺寸系列为03└内径d=25mm│角接触球轴承尺寸系列为02内径d=60mm=25例：6305(/P0)│││└││└0级公差，0组游隙(可不标)0级公差，0组游隙(可不标)└圆锥滚子轴承└宽度系列为0└直径系列为4(重)└内径=45mm例:30409││││││││││0级公差，0组游隙(可不标)2极限转速:3调心性能:1承载能力:滚子＞球(线＞点)球＞滚子调心＞非调心球＞滚子主要考虑如下几个方面：§13-3滚动轴承类型的选择1轴承的载荷•大小：滚子轴承优于球轴承•方向：径向Fr(6、1、N)，轴向Fa(5),Fr+Fa(7、3、6)2轴承的转速•极限转速nlim:一定载荷和润滑条件下，轴承的最大允许转速。•对高转速的轴承：•1)优先选用球轴承（润滑的阻力）•2)轻系列轴承优于中、重系列•3)实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）•4)提高公差等级、改善润滑条件等•推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低3轴承的调心性能8~16’2~4’2~34轴承的安装与拆卸5经济性•根据载荷大小、性质、轴承的转速、调心性能、安装和拆卸、价格等确定轴承类型•其中，载荷(包括大小和方向)、转速的大小一般是最主要的•高速，平稳低载：60000（深沟球轴承）•载荷较大+冲击：滚子轴承•径/轴向载荷较大：•较低转速：30000（圆锥滚子）•较高转速：70000角接触球轴承•轴向载荷径向载荷：推力+向心组合各滚动体受力不均匀各滚动体受力均匀当轴承┌轴FＡ→承受└径FＲ→下半圈受载上半圈不受载→受力变化：小→大→小二、轴承元件上的载荷及应力变化固定圈：滚动体滚过便受力，大小不变→稳定的脉动循环载荷图13-7b在承载区，载荷由零最大，再零→周期性不稳定变化图13-7a滚动体转动圈三、轴向载荷对轴承元件载荷分布的影响角接触轴承承受轴向载荷时→受载滚动体数目增多→承载能力提高→宜承受联合载荷§13-4滚动轴承的工作情况一、轴承工作时元件上的载荷分布*§13-5滚动轴承尺寸的选择•一、失效形式•二、轴承寿命计算设计轴承的基本方法：•由工作条件定轴承类型•结构定轴承直径•初选型号→C、C0•验算寿命：计算轴承载荷→查e、X、Y→计算P→计算Lh→分析轴承是否合格一、失效形式失效形式：内外圈运动•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•轴承寿命：(106r或h)•轴承中任一元件出现疲劳点蚀前，所经历的总转数或总工作小时数•基本额定寿命：用L或Lh表示•一组同一型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90％时，能达到或超过的寿命。•寓意：•一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长•一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90％，失效率为10％•注意：额定寿命随运转条件而变化•比如：外载荷增大，额定寿命降低•因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力90％10％完好Ｌ/(1×106r)R/(％)二、基本额定寿命•定义：•当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷，用C表示•即：在C的作用下，运转106转时，有10％的轴承出现点蚀，90％的轴承完好•对于具体轴承，C为定值，按手册查取•对向心轴承(0º45º)，C为纯径向载荷——Cr•对推力轴承(45º90º)，C为纯轴向载荷——Ca额定动载荷越大轴承的承载能力越大三、基本额定动载荷寿命L(106r)载荷P(N)oC21534寿命L=1载荷P=C载荷P=C寿命L=1载荷P≠C寿命L=?常数LP1CLPr)(10PCL6ε指数球轴承:3滚子轴承:=10/3四、滚动轴承寿命的计算公式寿命计算的基本公式:(h)PC60n10Lε6h作寿命计算,解决两类问题:(1)已知轴承型号及载荷P,求寿命(2)已知轴承载荷P及预期寿命L'h,选择轴承型号661060)(6010htthnLfPCPCfnL考虑高温(t＞100°)引入ft(温度系数))(10PCL)(60106PCfnLth61060htnLfPC•对于向心轴承，C为径向载荷Cr•对于推力轴承，C为轴向载荷Ca•但轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa•为了与C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念•当量动载荷：一假想载荷，按确定基本额定动载荷的条件进行换算后的载荷，与C同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用P表示:P=XFr+YFa•考虑附加载荷影响，引入载荷系数，表13-6•X－径向载荷系数•Y－轴向载荷系数见表13-5FaFr)(arpYFXFfP五、滚动轴承的当量动载荷(1)只受Fr的向心轴承：P=fpFr(2)只受Fa的推力轴承：P=fpFa(3)受Fr和Fa的向心轴承和向心推力轴承P=fp(XFr+YFa)X、Y－径,轴向动载荷系数表(13-5)P321①查判断系数e→Ｃ０:轴承的额定静载荷②判Fa/Fr与e的关系→定X、YFa/Fr≤e－轴向力较小,可忽略不计,只计Fr→Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0－轴向力较大,要计→即：X≠1,Y0Fa/Fr＞e按(Fa/C0)查e┌α＝15°→按Fa/C0查e└α＝25°e=0.68、α＝40°e=1.14→e=1.5tgααp280深沟球轴承－角接触球轴承圆锥滚子轴承寿命计算步骤：rahFFPL1径向载荷Fr的计算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V1222r1r1Hr1VF=F+F22222rrHrVF=F+F六、径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算2轴向载荷Fa的计算(1)向心轴承Fa的计算两端单向固定:Fa紧=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游动:Fa固定=FaeFa游动=0FaeFae向心推力轴承的派生轴向力Fd(7类、3类)(2)向心推力轴承Fa的计算2轴向载荷Fa的计算•派生轴向力Fd大小见表13-7FdFrFiFi’’Fi’O角接触球轴承注意Fd的方向α表13-7派生轴向力Fd3000070000Ca=15º70000ACa=25º70000Ba=40ºFd=Fr/(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr(2)向心推力轴承Fa的计算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fr1Fr2Fd1Fd2Fd1Fd2FaeFd1Fd2FaeFae正安装反安装2轴向载荷Fa的计算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fd1Fd2Fae根据轴向受力平衡条件确定①若Fae+Fd2Fd1轴左移,1压紧,2放松F’d1F‘d1②若Fae+Fd2Fd1轴右移,1放松,2压紧正安装?22112211dadadrdrFFFFFFFFFd1+Fd1′=Fae+Fd2Fa2=Fd2Fa1=Fd1′+Fd1=Fae+Fd2Fd1=Fae+Fd2+Fd2′Fa1=F