第12章-滚动轴承讲解

机械设计第12章滚动轴承保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。12.1概述内圈外圈保持架滚动体下一页轴承结构内圈、外圈、滚动体：轴承铬钢GCr15，硬度60~65HRC保持架：低碳钢；铜、铝、工程塑料下一页滚动轴承材料与硬度下一页常用滚动体滚动轴承的有缺点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）下一页12.2滚动轴承的主要类型、特点和代号1、滚动轴承的主要类型、结构和特点滚动轴承的主要类型下一页下一页N（单列）圆柱滚子轴承的结构下一页N（多列）圆柱滚子轴承的结构不同类型轴承的承载情况滚动轴承的3个重要的结构特性下一页1）滚动轴承的游隙2）角偏位与偏位角下一页3）滚动轴承的公称接触角下一页滚动轴承的主要类型结构和特点下一页下一页下一页下一页下一页12.2.2滚动轴承的代号下一页下一页直径系列轴承比较：内径d=20mm直径系列，宽度系列轴承比较：内径d=10mm前置代号后置代号（1）内部结构代号（2）公差等级代号（3）游隙组别代号例：7211C/P5，7211C/P53角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径55、接触角155级精度；常用游隙。（53---5级精度，3组游隙）30211圆锥滚子轴承、正常宽度、轻系列、直径55、0级精度；常用游隙。6100深沟球轴承、正常宽度、特轻系列、直径10、0级精度；常用游隙。下一页下一页大小：滚子轴承优于球轴承方向：径向R（6、N）轴向A（5）R+A（7、3、6）12.3滚动轴承类型的选择1.轴承的载荷的大小与方向只受径向载荷轴承的载荷(方向)下一页只受轴向载荷承受径向与轴向载荷极限转速nlim：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时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（离心力）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、改善润滑条件等下一页2.轴承的转速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，极限转速较低下一页轴承的转速8~16‘2~4‘2~3°下一页3.轴承的调心性能下一页4.轴承的安装与拆卸方便5.经济性：球比滚子便宜，精度适宜一、受力分析1.运动关系：内外圈相对回转；滚动体既自转又公转。2.轴承中载荷的分布：推力轴承F0=Fa/z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。maxmax:5/4.6/rrFFzFFz假设下半圈滚动体受力：球滚子：Fa下一页12.4滚动轴承的工作情况分析角接触轴承的载荷情况：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：Pi球轴承Fa/Fr1.22tg滚子轴承Fa/Fr1.26tg轴向载荷的利弊？Fa/Fr=tgFaFr下一页3.轴承元件上的载荷及应力的变化R下一页12.4.2滚动轴承的失效形式及设计准则(1)点蚀与磨损寿命计算(2)塑性变形静载荷计算其它：装配不当使轴承卡死，内圈涨破，胶合，腐蚀生锈等（只要注意可以避免）下一页1.失效形式2.计算准则1）一般转速n10r/min的轴承，主要失效形式为疲劳点蚀，故应进行疲劳寿命计算。2）对于及慢转速n10r/min的轴承,主要失效形式为表面塑性变形，应按静强度计算。3）对于高速轴承，主要失效形式为由发热引起的磨损，烧伤。故不仅应进行疲劳寿命计算，还要验算极限转速。下一页12.5.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷2）基本额定寿命：一批相同的轴承中90％的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数（以106为单位）或小时数。基本额定寿命用L10或L10h来表示。下一页12.5滚动轴承的寿命计算与额定动载荷1）轴承寿命：轴承中外圈、内圈、滚动体中任何一个出现疲劳点蚀前的寿命。表12-8推荐的轴承预期计算寿命值Lh′3）标准规定，基本额定寿命等于106转时轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用符号C表示。对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷，对角接触球轴承或圆锥滚子轴承，指使套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量，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。Cr、Ca可从手册中查出。额定动载荷曲线下一页受纯径向载荷的轴承N类P=Fr受纯轴向载荷的轴承5类P=Fax——径向动载荷系数表12-9Y——轴向动载荷系数表12-9受径向与轴向联合载荷的轴承3，7，6类下一页P=XFr+YFa12.5.2滚动轴承的当量动载荷由实验作出轴承的疲劳曲线，图中的曲线方程为：rPCL61010)(常数CLp103/103＝滚子＝球轴承寿命指数：下一页载荷—寿命曲线（6208）12.5.3滚动轴承的基本额定寿命计算基本额定寿命计算610()10(r)(12-7)tPfCLfP610()(h)(12-8)60thPfCLnfP660(12-9)10hPtnLfPCNf工作温度高于120°时：Ct=ftC温度系数ft查表12-11fp—载荷系数查表12-10表12-8预期寿命Lh’推荐值下一页由于接触角存在，受径向载荷作用时，滚动体的反力可分为径向分力和轴向分力;轴承的轴向分力之和称为内部轴向力。表12.12为角接触轴承的内部轴向力FS为保证半圈受力，FS1.25Frtg由于存在内部轴向力，角接触轴承通常成对使用。3000070000C70000AC70000BFS=Fr/2YFS=eFrFS=0.68FrFS=1.14Fr表12-12下一页12.5.3滚动轴承的基本额定寿命计算1.角接触轴承的内部轴向力，其方向视正、反装情况而定正装（面对面）反装（背靠背)2.角接触轴承的载荷作用中心载荷作用中心与轴承端面距离可从手册查出。FRFR径向力Fr的计算由受力平衡条件求出Fr1Fr2FS1FS2Fr2Fr1FS1FS2下一页3.角接触轴承的轴向载荷计算（分4步走）FRFAFr13000070000C70000AC70000BFS=Fr/2YFS=eFrFS=0.68FrFS=1.14Fr表12.12内部轴向力FSFr2FS1FS21）绘制轴承的受力：外载荷FR、FA，内部轴向力FS2）计算轴承的内部轴向力：FS1、FS23）根据外加轴向载荷FA及内部轴向力FS1、FS2“判断”：轴承运动趋势设：FS1FA+FS2轴承1被压紧，轴承2被放松4）计算轴承1、2的轴向力：Fa1=FA+FS2Fa2=FS2（正装）“左窜”正装轴承计算举例下一页结论：1.“放松”轴承的轴向力等于其内部轴向力；2.“压紧”轴承的轴向力等于外力的代数和。下一页FAFRFS1Fr1Fr2FS21）绘制轴承的受力：外载荷FR、FA，内部轴向力FS2）计算轴承的内部轴向力：FS1、FS23）根据外加轴向载荷FA及内部轴向力FS1、FS2“判断”：轴承运动趋势设：FS1+FAFS2（反装）反装轴承计算举例则Fa1=FS1Fa2=FS1+FA轴承2被压紧，轴承1被放松4）计算轴承1、2的轴向力：“左窜”下一页一支承处成对安装角接触轴承的计算特点基本额定动载荷：0.77/921.625()21.71()rrrrrrCCCCCC球轴承滚子轴承计算当量载荷时，径向和轴向载荷系数X、Y按双列轴承查取；e值按单列轴承查取。下一页轴承1放松：轴向力A1=FS1=456N轴承2压紧：轴向力A2=Fa+FS1=1356NR1R2Fa=900NFS1FS2NYRFS4567.121552211NYRFS5007.121701222已知一对圆锥滚子轴承30204，R1=1552N，R2=1701N，Fa=900N，由手册C=28.2kN，e=0.35，Y=1.7，α=12o57’10”,取fp=1.5轴承转速n=385r/min,求轴承的寿命。右窜21SaSFFF轴承1松，轴承2紧1.计算轴承轴向力1）绘制受力图2）计算内部轴向力3）比较两边受力大小，判断轴的移动趋势，确定压紧与放松端4）根据压紧与放松计算轴承实际的轴向力下一页hPfCfnLPt18794)30405.1282001(38516667)(60103/10262由于P2P1所以按照P2计算轴承的寿命3.计算寿命P1=R1=1x1552=1552NP2=XR2+YA2=0.41701+1.741356=3040N；0129.0155245611YXeRA74.14.080.01701135622YXeRA74.1017512cot4.0Y2.计算当量动载荷下一页一支承处成对安装角接触轴承的计算特点例：如图，由一组圆锥滚子轴承30210和轴承支承。已知Fr1=3000N,Fr2=2000N；轴向力FA=2200N,fp=1.2,n=880r/min，求轴承组寿命？84.120cot67.0,67.073.0300022001YXeFFra查表得：由解：查设计手册得轴承30210：Cr=73.2kN,e=0.42kNCCrr17.1252.7371.12)15.8(9/7轴承组：由式NYFXFPar6058220084.1300067.01当量动载荷hPfCfnLpth249700)60582.11251701(88016670)(166703/10r10轴承组寿命Fr1Fr2FA查表下一页例12.2有一6211型轴承，所受径向负荷Fr=6000N，轴向负荷Fa=3000N，轴承转速n=1000r/min，有轻微冲击，常温下工作，有轻微冲击，试求其寿命。解查手册得6211型轴承的基本额定动负荷Cr=43.2kN，基本额定静负荷C0r=29.2kN表12.9下一页下一页例12.3某减速器主动轴选用两个圆锥滚子轴承32210支承，如图8.14所示。已知轴的转速n=1440r／min，轴上斜齿轮作用于轴的轴向力Fae=750N，而轴承的径向负荷分别为Fr1=5600N，Fr2=3000N。工作时有中度冲击，脂润滑，正常工作温度，预期寿命20000h。试验算轴承是否合适。下一页下一页下一页下一页6滚动轴承的静载荷计算摆动、转速极低及短期受冲击的轴承会产生塑性变形。针对失效形式应进行静载荷计算。基本额定静载荷C0：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一定值的载荷。当量静载荷P0：P0=X0Fr+Y0Fa（12.11）静载荷计算：000(12-13)CSPS0——静强度安全系数，表12-14X0，Y0——当量静负荷系数，表12-13下一页轴肩和弹性挡圈组合固定轴肩和轴端挡板组合固定轴肩和锁紧螺母组合固定胀紧套和圆螺母组合固定轴肩单向固定下一页12.6轴承装置设计12.6.1滚动轴承的轴向定位与紧固轴承内圈定位轴承的外圈轴向定位弹性挡圈与座孔止口组合固定止动环嵌入轴承外圈的止动槽内组合固定轴承端盖与座孔止口组合固定可预紧螺纹环固定外圈单向固定下一页轴承的装拆下一页2.轴承的拆装轴承组合的配合和装拆1.配合类型内圈孔----轴一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈紧。→基孔制外圈----轴承座孔→基轴制→轴公差：k6、m6内圈：→孔公差：H7、J7、Js7游动支点：G7轴肩高度内圈外经内圈与轴采用具有过盈的过渡配合结构不合理！下一页下一页1、两端固定式下一页12.6.2轴承的组合结构2、一端固定一端游动支承下一页3、两端游动式下一页16.6.3轴承游隙和轴系位置的调整面对面安装，调整方便，刚性差背对背安装，调整不方便，强度差，刚性好下一页12.6.4滚动轴承刚度和预紧下一页12.6.5支座的刚性和同轴度下一页下一页12.6.6滚动轴承的配合和装拆内圈常用配合n6,m6,k6外圈常用配合J7,H7