第九章 滚动轴承

第九章滚动轴承轮子轴有相对运动支承（承受压力）Q轮子轴一、滚动轴承的功用1、支承转动的零件轴轴上零件解决运动和支承问题2、以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高效率，减少磨损。§9--1概述轴承二、滚动轴承的基本组成内圈、外圈、滚动体、保持架支承转轴----内圈转外圈不转。支承轴上零件----外圈转，内圈不转。滚动体：球不可缺少短圆柱滚子锥形滚子滚针鼓形滚子三、分类FrFR1、按承载性质分:FrNFSFRFaFAFAα=00＜α＜900α=900FSFRNFr向心轴承Fr向心推力轴承Fr+Fa推力轴承Faα接触角,越大派生Fs越大。α按滚动体列数分：1、单列2、双列四、滚动轴承的代号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（一）基本代号类型代号内径代号宽度系列直径系列※※※※※尺寸系列球滚子单列向心6（0）N（2）双列向心球面1（1）2（3）向心推力7（6）3（7）推力5（8）推力调心29滚针NA（4）1、类型代号NA(4)调心轴承其它类型2、内径代号00～96代号×5=内径尺寸（除00、01、02、03、之外）•00--10mm、01--12mm、02--15mm、03--17mm例：6005d=05×5=25mm•当480mm＜d10mm及d=22、28、32、38……mm时，直接用“/”分开。•例：320/32单列圆锥滚子轴承，内径d＝22mm618/6深沟球轴承，内径d=6mm3、尺寸系列（1）直径系列89012-轻系列3-中系列4-重系列宽度系列直径系列※※※※※尺寸系列渐增（2）宽度系列0--正常宽度。1）通常不标出；2）但对于调心轴承和圆锥滚子轴承，为正常宽度0时仍要标出。8,0,1,2,3,4,5,6渐宽例160087310C303/22302051041060008不标出重—4内径代号直径系列宽度系列类型代号0，1轻—2中—3正常0尺寸系列9，8（二）后置代号内部结构密封及防尘保持架及其材料特殊轴承材料公差等级游隙代号多轴承配置其它1.内部结构如：7类轴承，接触角有150、250、400三种，分别以C、AC和B表示。例：7000C（36000）、7000AC（46000）、7000B（66000）。2、公差等级：/P0、/P6、/P6X、/P5、/P4、/P2/P0、普通级（G）不标出。/P2（B）、最高级。/P6X用于圆锥滚子轴承新旧标准对照0、6、5、4、2=G、E、D、C、B例：解释下列代号：7224AC/P4--4级精度，内径为120mm，正常宽度系列的轻系列角接触球轴承，接触角250。例：下列轴承，哪个直径最大？哪些是球轴承？哪个精度较高？31306、6009/P5、7010C、10208五、滚动轴承的选择（一）、常用轴承的主要特性球滚子承载能力：极限转速：小大2、滚动轴承类型选择应考虑的问题1）承受载荷情况2）尺寸的限制方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。当对轴承的径向尺寸有较的严格限制时，可选用滚针轴承。5）安装要求3）转速的限制4）调心性要求一般情况下球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。是否需要内或外圈可分离。6）经济性要求精度越高价格越高，另外球轴承便宜，滚子轴承价格贵，有特殊结构的轴承价格高。7）游隙滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。径向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿径向从一极端位置移至另一极限位置的移动量。轴向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿轴向从一极端移至另一极限位置的移动量。类型选择1（二）滚动轴承的类型选择选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径滚动轴承是标准零件，在机械设计过程中，应根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。1、滚动轴承选择的一般过程如下：对没有严格要求的轴承可不进行承载能力验算END进行承系能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承§9—2滚动轴承的受力分析、失效和计算载荷Fa1、推力轴承：承受纯轴向载荷Fa，单个滚子受载荷FA0=Fa/Z2、向心轴承：FrFR0FR0--受力最大的滚子所受载荷FA0FA0一、受力分析3、向心推力轴承角接触轴承在承受径向载荷Fr时产生派生轴向力FS。它会使轴承产生内外圈分离，以致整个轴承只剩下一个滚子受载，此时FS=Frtanα。所以滚动轴承可以加轴向载荷Fa以平衡FS。FrFRiFSiαFRiFRi多个滚子受载，总派生轴向力FSFrtanα即此时可以承受较大的轴向载荷。分析FS：1）、FS是接触角α的函数，当α一定时，FS=eFr。系数e因轴承结构不同而不同。滚子轴承角接触球轴承7000C7000AC7000BFs=FR/(2Y）FS=eFRFS=0.68FRFS=1.14FRY和e查表9—72）FS使内外圈分开，减少承载滚子数目，使滚子受载增加，寿命下降。3）外载荷Fa不同时，对轴承的影响不同。二、应力分析1、取内圈上一点A。FrnABC2、外圈上一点B3、取滚子上一点C总的应力特征为：变应力，周期性。Bearing.exe三、滚动轴承的失效形式1、疲劳点蚀2、塑性变形3、其它非正常失效转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。四、计算准则1、n↑→点蚀失效为主→疲劳寿命计算→控制点蚀；n↑↑→粘着磨损或烧伤为主→疲劳寿命计算→再进行极限转速校核；2、n↓↓、间歇运动、重载→塑性变形为主→静强度计算3、其它非正常失效→轴承组合设计控制非….§9—3滚动轴承的寿命计算一、基本概念：1、疲劳寿命：指一个轴承在载荷作用下，当其中任一元件首先出现点蚀时，所转过的总圈数，称为该轴承的疲劳寿命。寿命曲线可靠度寿命99%L10=105r90%L10=106r50%L10=5×106r1%L10=40×106r50%90%转数n载荷PL1L22、基本额定寿命：一批轴承（相同型号、尺寸、材料和相同的制造工艺）在相同的工作条件下，失效概率为10%时，所能运转的总圈数，或在一定转速条件下所能工作的小时数，称为基本额定寿命。可靠度为90%，用L10或Lh表示。1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）疲劳寿命曲线C106P2N2NPP1εN1=P2εN2=常数P1N1球轴承ε=3滚子轴承ε=10/3ε--寿命指数Cε106=PεN3、基本额定动载荷C在基本额定寿命为106转条件下，轴承所能够承受的纯径向（向心、向心推力）载荷Fr或纯轴向载荷Fa，称为基本额定动载荷，用C表示。PεN=Cε.106以L10取代N作为工作载荷P对应的轴承额定寿命。rPCL10)(610PεL10=Cε.106基本额定动载荷C的试验条件：载荷平稳、正常工作温度、普通材料、润滑密封条件良好、正常工作条件、基本额定寿命为106转条件下，轴承所能承受的纯径载（或纯轴载）。二、滚动轴承的疲劳寿命计算)(60106PfCfnLPTh在高温下、载荷有冲击时：工程上常用小时表示：)(10)(610rPCL在当量载荷作用下的寿命：(h))(60106PCnLhfT……温度系数；fP……载荷系数4、当量动载荷PP--将实际载荷转换为与确定基本额定动载荷C的试验条件一致的载荷，在此载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相当,此载荷称为当量动载荷P。例2:6212轴承，承受纯径向载荷FR=5500N的平稳载荷，转速n=1250r/min，正常温度，试求此轴承的寿命Lh。解：∵纯径载∴P=FR=5500Nh)()(60106PfCfnLPThC=47.8KN∵球轴承∴ε=3查设计手册：)h(5.8752)5.58.47(12506010)PC(n6010L366h∵正常温度、平稳载荷∴fT=1；fP=1例3：有一轴颈d=50mm,径向载荷FR=6000N,载荷平稳，常温下工作，转速n=1250r/min,预期寿命Lh=5000h。试选择此轴承。∵纯径载106∴60000或N0000，无特殊要求时取60000？解：)(60106PfCfnLPTh？方法一：试选直径系列，C→Lh与预期寿命比较方法二：由预期寿命计算所需C′→查手册确定型号hPTLnPffC61060C≥C′∴选型号为6310轴承KN27.43500010125060636可否选用70000或30000？C6210=35.0kNC6310=61.8kN查设计手册得：三、当量动载荷计算(KN)1、纯径向力FR,轴向力Fa=0→P=FR2、纯轴向力FA,径向力Fr=0→P=FA3、轴向力FA≠0,径向力FR≠0X--径向载荷影响系数Y--轴向载荷影响系数当轴承受载:（6;N；NA）（5类）P=XFR+YFAP=XFR+YFA分析：P=XFR+YFA当FA≠0，FR≠0时，X=？，Y=？（1）FA较小时，FA对轴承寿命影响较小，∴Y=0，X=1，∴P=FR。但为了平衡FS，轴承成对使用。FSⅠⅡFrFSFRFR（2）当FA较大时，FA和FR对其寿命均有影响，但FR的影响较FA小些。∴Y＞1，X1,P=XFR+YFA4、X和Y大小的判定RAFF以与e值进行比较。e--判断系数，反映轴向载荷对轴承寿命的影响。x=1Y=0x1Y1（1）eFFRA（2）eFFRAFs与Fa关系图FrFrFaFSFa=FSFaFSFa》FSFRiFrFRiFrFRiFRi5、e值的大小1）、α角不变的轴承e值为定值30000型----每一个轴承有一个确定的接触角70000AC型70000B型—接触角α=40°；e=1.14—接触角α=25°；e=0.68每一个轴承有一个相应的e值。2）α角变化的轴承60000型70000C型—接触角α=15°—接触角α=0°FSα/FR实际接触角e值用FA/C0—来判断。比值大就意味着Fa大。其α值随载荷FA的变化而变化，因此同一轴承有不同的e值。C0为额定静载荷。名义接触角α；Fa例4：某轴颈d=20mm，采用向心推力圆锥滚子支承，轴承上作用轴向载荷FA=1.55KN，径载FR=2KN，轴承工作寿命Lh=25000h，n=960r/min，载荷平稳，试选择此轴承？解：试选30204，查手册（p117）e＝？C＝？e=0.35C=28.2kN，=1.55/2=0.775e查手册X=?Y=?X=0.4，Y=1.7。RAFF载荷平稳∴fP=1；常温∴fT=1；P=XFR+YFA=0.4×2+1.7×1.55=3.54kNKNCkNLnPffChTP2.2836.3125000109606054.3106031066∴30204不适用再选30304查手册C=33kNC/=31.36KN,可以吗？选轴承30304查表：Cr=33kNX=0.4Y=2e=0.3P30304P=XFR+YFA=0.4×2000+2×1550=3.9KNhTPLnPffC61060C/=35.80＞Cr30304仍不能用。不可以。∵此时e、x、Y、P值均发生了变化。C/106CPL90%解决方法：3、降低寿命4、降低可靠度1、增大直径2、选用宽系列轴承Lh四、向心推力轴承的轴向载荷FA计算（一）角接触轴承（70000、30000）1、正装ⅠⅡFrFaFS1FR1FR2（1）如果FS1+FaFS2轴有右移的趋势Ⅰ有被放松的趋势Ⅱ有被压紧的趋势∴Ⅱ为紧端取紧端一滚子为分离体FS1FS2FaS/FA2=FS1+Fa=(FS2+S/）Ⅰ松端：FA1=FS1用轴系上全部轴向载荷：FS1、FS2、F