机械设计基础第16章滚动轴承

作业第十六章滚动轴承§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2滚动轴承的代号概述§16-3滚动轴承的选择计算§16-4、5滚动轴承的组合设计教学目标与教学重点教学目标1.知道滚动轴承的基本类型和特点2.对滚动轴承的代号有所了解，并具有一定的熟悉程度。3.能正确进行滚动轴承的选择计算。4.能正确进行轴承组合结构设计。重点1.滚动轴承类型选择及选择计算，2.轴承组合结构设计概述一、滚动轴承的构造内圈、外圈、滚动体、保持架(各类滚动体)虚拟演示二、滚动轴承的材料滚动体、内外圈材料：专用轴承钢(含铬合金钢)；保持架：低碳钢板冲压制成，有色金属或塑料。三、滚动轴承的特点：优点：启动灵敏、效率高，润滑简便，互换性好。缺点：抗冲击能力↓，高速时噪声↑，工作寿命不及液体摩擦滑动轴承。广泛应用于一般尺寸、一般工作条件的机械中。§16—1滚动轴承的类型与特点一、滚动轴承的主要类型与特点1、按滚动体的不同分类：2、按可承受的外载荷分类：滚子轴承—承载能力高，极限转速低球轴承—承载能力低，极限转速高向心轴承—承受径向力推力轴承—轴向力向心推力轴承—径向力+轴向力详细内容3.按轴承的结构形式不同分类：滚动轴承的结构形式很多。国标分为13类，常用的轴承(表16-2)深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承调心滚子轴承推力圆柱滚子轴承滚针轴承最常用几种：①深沟球轴承（向心球轴承）—6③角接触球轴承—7②圆锥滚子轴承—3α不可分离型可分离型二、滚动轴承类型的选择工作载荷、转速、支承刚性、安装精度1、n高，载荷小:球轴承n低，载荷大:滚子轴承2、①受Fr:向心轴承②受Fa、n不高时:推力轴承角接触球轴承7类（n较高时）Fr、Fa均较大时圆锥滚子轴承3类（n较低时）Fr较大、Fa较小时：Fa较大、Fr较小时：深沟球轴承深沟球轴承+推力球轴承或推力角接触轴承③Fr+Fa作用时：3、要求nnlim（极限转速）6、7、N——nlim较高5——nlim较低4、轴的刚性较差，轴承孔不同心：调心轴承6、对轴承的径向尺寸有严格限制时：滚针轴承7、轴承3、7类：成对使用，对称安装8、旋转精度较高时：较高的公差等级和较小的游隙9、优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承5、要求装拆方便时：可分离轴承（3类等）实例图片前置代号基本代号后置代号轴承的分部件代号五四三二一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§16-2滚动轴承的代号前置代号——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◆内径代号：◆类型代号：常用代号3、5、6、7、N五类，详细查阅类型代号表16-1内径d10121517数字×5代号0001020304~99◆尺寸系列代号：表达轴承相同内径但外径和宽度不同外径系列代号：宽度系列代号：表16-4一、前置代号：表示成套轴承的分部件，用字母表示参阅GB/272-93二、基本代号如：08表示轴承内径d=5×08=40mm三、后置代号◆内部结构代号角接触球轴承的接触角：◆轴承的公差等级精度高———————————→低代号/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、/P0公差等级2456X60α=150、250、400、代号：C、AC、B◆游隙代号：表示轴承径向游隙游隙量小————————————→大C1C2C0C3C4C5基本游隙可省略普通级可省略表16-6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。§16-3滚动轴承的选择计算1、受轴向载荷Fa各滚动体平均分担。2、受径向载荷Fr上半圈滚动体不受力，下半圈滚动体受力。结论：滚动体与套圈均受交变应力作用,其中不动圈的最低点的受力状况最为恶劣。一、滚动轴承的载荷分布二、滚动轴承的失效形式1.疲劳点蚀（安装润滑和维护良好）套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式——作为滚动轴承寿命计算的依据。滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效：2.塑性变形（转速很低或作间歇摆动）3.磨损、胶合（润滑不良、密封不严、多尘条件）磨损胶合4.轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等（装配不当）除点蚀外，其它失效可通过加强装配管理等措施来克服三、计算准则：①一般轴承—疲劳寿命计算（针对点蚀）；静强度计算②低速或摆动轴承—只进行静强度计算③高速轴承—进行疲劳寿命计算、校验极限转速。选择轴承的类型和尺寸系列按轴径确定轴承内径四、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进行承载能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承五、滚动轴承的寿命计算1.寿命：轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数L（106为单位）或相应的运转小时数Lh（小时为单位）。但：滚动轴承疲劳寿命的离散性相当大，如图：2.基本额定寿命L：同一批轴承在相同条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前的寿命。3.基本额定动载荷C：使轴承的基本额定寿命L=1时，轴承所能承受的载荷。1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）向心轴承:径向基本额定动载荷Cr推力轴承:轴向基本额定动载荷Ca(附表)4.基本额定寿命计算式转速(r/min)。　　　n为轴承的工作的当量动载荷；　　　P为轴承所承受（滚子轴承）；3103（球轴承）；ε其中：εr)(10PCL6ε载荷与寿命的关系（在一定条件下，由大量实验得出）6207轴承寿命曲线　　(h)PCn　Lε6010或6h或引入：载荷系数fp（考虑到振动、冲击）表16-9温度系数ft（考虑到t＞100°）修正后得：表16-8r)(10PCL6ε　　(h)PCn　Lε6010或6h5、滚动轴承的当量动载荷P①对只能承受径向载荷Fr的轴承（N、NA轴承）P=Fr③同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承②对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）P=FaP=XFr+YFaX——径向载荷系数Y——轴向载荷系数表16-11轴承寿命计算时，应把实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷.6、向心推力轴承的轴向力Fa计算（3类、7类）①内部轴向力Fs大小、方向◆滚动体和滚道接触处存在着接触角α◆当承受径向载Fr时：第i个滚动体上的法向力Fi分解为：原因分析：◆各滚动体上所受轴向分力之和——即为轴承的内部轴向力Fs径向分力Fri轴向分力Fsi★注意:为内部轴向力得到平衡，以避免轴向窜动，通常这种轴承都要成对使用，对称安装。表16-12FsFsiFri安装方式有两种:a)正装（面对面）适合于传动零件位于两支承之间b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端FS1FS2Fs2Fs1②实际轴向载荷Fa的确定a)当FA+Fs2＞Fs1轴有右移趋势：轴承1被“压紧”轴承2被“放松”右端盖必提供给轴承１一个力增量ΔF1使轴受力平衡：轴承2上的实际轴向载荷为：Fa2=Fs2(自己的内部轴向力)轴承1的实际轴向载荷为：Fa1=FA+Fs2ΔF1FA+Fs2=Fs1+ΔF1Fs2Fs1b)当FA+Fs2＜Fs1轴有左移趋势：轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”左端盖必会提供给轴承2一个力增量ΔF2使轴受力平衡：FA+Fs2+ΔF2=Fs1ΔF2轴承2上的实际轴向载荷为：轴承1的实际轴向载荷为：Fa1=Fs1(自己的内部轴向力)Fa2=Fs1-FA结论：向心推力轴承实际轴向力Fa的计算方法①分析轴上内部轴向力和外加轴向力,判定压紧端和放松端。②压紧端:Fa=除本身内部轴向力外其余轴向力代数和③放松端Fa=自己的内部轴向力。Fs2Fs1Fr1Fs1Fr2Fs2FA例如:背靠背①当FA+Fs2＞Fs1右窜轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”②当FA+Fs2＜Fs1左窜轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”Fa1=FA+Fs2Fa2=Fs2Fa1=Fs1Fa2=Fs1-FA六、滚动轴承的静载荷1.静载荷：指轴承内外圈之间相对转速为零或接近为零时作用在轴承上的载荷。2.额定静载荷C0:使内、外圈、滚动体产生的最大塑性变形之和=滚动体直径的百万分之一的载荷.（附表）例16-2试求圆柱滚子轴承NF207允许的最大径向载荷已知工作转速n=200r/min、工作温度t＜100,寿命=10000h，载荷平稳。解:[NF207——向心轴承由PFr（=P）]由附表1查得NF207：Cr=28500N，由表16-9查得fp=1，由表16-8查得ft=1，滚子轴承取ε=10/3。将以上有关数据代入上式，得：P=Fr=6778N故：轴承NF207可承受的最大径向载荷为6778N。七、滚动轴承尺寸选择的过程由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa计算当量动载荷P=XFr+YFa明确轴承的工作转速n与预计寿命L计算轴承应满足的基本额定动载荷P1060nLC1/ε610由轴承样本（手册）查取合适的轴承例16-3一水泵轴选用深沟球轴承支承。已知轴颈d=35mm，转速n=2900r/min，轴承所受径向载荷Fr=2300N，轴向载荷Fa=540N，要求使用寿命Lh=5000h，试选择轴承型号。解：[由Cr查表即可]fp=1.1、ft=1（查表）；ε=3；n、Lh已知；关键求：P=xFr+yFa（x、y——表16-11）但e、C0r未知，故用——试算法暂取Fa/Cor=0.028，则e=0.22（表16-11）查得x=0.56，y=1.99因x、y由e、Fa/Cor查表（Cor—径向额定静载荷）P=XFr+YFa=0.56×2300＋1.99×540≈2360N故：查手册：选6207轴承，其Cr=25500N＞24800N；Cor=15200N，故6207轴承的Fa/Cor=0.0355与原估计接近(Fa/Cor=0.0235)，适用。例16-4一传动装置中的轴，根据工作条件决定采用一对角接触球轴承支承如图，并暂定轴承型号为7208ACJ。已知轴承载荷Fr1=1000N，Fr2=2060N，FA=880N，转速n=5000r/min，运转中有中等冲击，预期寿命Lh=2000h，试问所选轴承型号是否恰当。解：[求实际工况下的Cr＜7208ACJ轴承的Cr](1)先计算轴承1.2的轴向力Fa1、Fa2Fs1=0.68Fr1=0.68×1000=680N(方向见图示)Fs2=0.68Fr2=0.68×2060=1400N(方向见图示)由表16-12查得轴承的内部轴向力为：(注：AC表示α=25°，J表示钢板冲压保持架)Fs2Fs1因Fs2＋FA=1400＋880＞Fs1Fa1=Fs2＋FA=2280N轴承2为放松端：Fa2=Fs2=1400N故：轴承1为压紧端：①计算轴承1.2的当量动载荷P1=x1Fr1＋y1Fa1=0.41×1000＋0.87×2280=2394NP2=x2Fr2＋y2Fa2=1×2060＋0×1400=2060Nx1、y1、x2、y2、查表16-11即可②计算所需的径向基本额定动载荷取P1计算③查手册得7208ACJ：径向基本额定动载荷Cr=35200N。因Cr1＜Cr，故所选轴承适用。Fs2Fs1§16-4、5滚动轴承的组合设计轴承组合设计的内容：①轴承的轴向固定；②轴承的组合调整；③轴承的润滑与密封；④轴承与其它零件的配合；⑤轴承的装拆。1、内圈与轴：①轴肩固定②其它固定一、滚动轴承的轴向固定轴向固定:将轴承内圈或外圈相对于轴或轴承座紧固,方法有很多，介绍常用方法。3、组合固定组合固定要求:a.保证轴在机器中的正确位置防止轴向窜动。b.保证轴承有一定的轴向游动防止轴受热膨胀后轴承卡死。2、外圈与座孔：①两端单向固定：特点：两端支点各限制轴一个方向的移动，适用：有轴向力且工作温度变化不大的短轴。注意：a.考虑轴因受热伸长，在轴承端盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙δ