机械设计基础-(第五版)讲义16

§16-0概述§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2滚动轴承的代号§16-3滚动轴承的选择计算§16-4滚动轴承的润滑和密封§16-5滚动轴承的组合设计第16章滚动轴承2134123416-0概述滚动轴承的基本结构2各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；保持架:将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动滚动；滚动副：硬度和接触疲劳强度↑、耐磨性和冲击韧性↑用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC。工作表面需经磨削或抛光。保持架：低碳钢、有色金属或塑料（高速轴承）。滚动轴承组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。材料要求：16-0概述优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承标准化;并由专业厂大批量生产。①熟悉标准、正确选用(类型、尺寸）②处理好与周围零件的关系(组合设计）设计人员的主要任务是:16-0概述轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承一、滚动轴承的类型16-1滚动轴承的基本类型和特点16-1滚动轴承的基本类型和特点接触角：滚动体与外圈触处的法线与垂至于轴承轴心线的平面之间的夹角α称为公称接触角。接触角↑→轴向承载能力↑α=0˚表16-1各类轴承的公称接触角轴承类型公称接触角向心轴承主要承受径向载荷推力轴承主要承受轴向载荷径向接触角接触轴向接触角接触0˚α45˚αα=90˚α它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。45˚α90˚α1.承载能力承受径向载荷为主；几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。滚子轴承≈(1.5~3)球轴承2.极限转速当d≤20mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。0˚α45˚→45˚α90˚→承受轴向载荷为主；α=0˚→α=90˚→滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。只能承受轴向载荷。转速过高→温度↑→润滑失效→滚动体回火或胶合破坏。极限转速----滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速大载荷采用滚子轴承16-1滚动轴承的基本类型和特点3.角偏差影响轴承正常运转。角偏差↑→可采用调心轴承。滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜，其倾斜角称为角偏差。调心轴承θ16-1滚动轴承的基本类型和特点二、滚动轴承的常用类型及性能特点1.调心球轴承(类型代号1)：主要径向、不大双向轴向2.调心滚子轴承(类型代号2)：很大径向和少量轴向3.圆锥滚子轴承(类型代号3)：同时较大径向和单向轴向4.推力球轴承(类型代号5)：只能承受单向轴向载荷5.深沟球轴承(类型代号6)：主要径向、一定双向轴向6.角接触球轴承(类型代号7)：同时较大径向和单向轴向7.圆柱滚子轴承(类型代号N)：大的径向、不能轴向8.滚针轴承(类型代号NA)：只能径向、适用转速低16-1滚动轴承的基本类型和特点16-1滚动轴承的基本类型和特点前置代号基本代号共5位后置代号表16-2滚动轴承代号的排列顺序类型代号注：代表字母；代表数字或加2.基本代号----表示轴承的基本类型、结构和尺寸。类型代号----左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承分部件代号1.前置代号----成套轴承分部件代号。016-2滚动轴承的代号16-2滚动轴承的代号调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向b)双向深沟球轴承60000角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000调心球轴承1000016-2滚动轴承的代号内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000300400200尺寸系列代号----左起第二、三位。前置代号基本代号后置代号表16-2滚动轴承代号的排列顺序类型代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号宽(高)度系列代号直径系列代号尺寸系列代号16-2滚动轴承的代号表16-4向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0)0(0)1101120211011234特轻轻中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号16-2滚动轴承的代号内径代号----基本代号左起第四、五位。表16-5轴承的内径代号内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号后置代号表16-2滚动轴承代号的排列顺序类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号内径代号16-2滚动轴承的代号3.后置代号----用字母（或加数字）表示。内部结构表16-6轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号后置代号表16-2滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号游隙：C1、C2、C0、C3、C4、C516-2滚动轴承的代号注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。表16-7轴承内部结构常用代号轴承类型代号含义示例Bα=40˚7210B角接触球轴承Cα=15˚7210CACα=25˚7210AC圆锥滚子轴承B接触角α加大32310BE加强型N207E表16-8公差等级代号代号省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等级符合标准的0级6级6x级5级4级2级示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义622037(0)312AC/P6轴承内径d=17mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出角接触球轴承公差等级6级16-2滚动轴承的代号16-3滚动轴承的选择计算一、滚动体的受力分析二、失效形式受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；下半圈各滚动体受力大小方向均不同。可以导出：z为滚动体的总数。max5rFFz疲劳破坏永久变形工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。早期磨损胶合内外圈和保持架破裂维护保养不当而造成。所有水平分力相互抵销，铅垂分力与外载荷平衡。受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；Fr径向载荷的分布Fmaxδ滚动轴承的失效形式主要：疲劳点蚀、塑性变形16-3滚动轴承的选择计算2051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)三、轴承寿命轴承寿命：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数。可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比。基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh)。在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%单位为百万转106r，或小时.换句话说基本额定动载荷：当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承受的载荷，记为C。向心轴承记为：Cr，可查表推力轴承记为：Ca寿命为1百万转时.可靠度为90%，寿命为5百万转时.可靠度只有50%，大量试验得如下关系：610rCLPε---寿命指数---球轴承---滚子轴承610h60hCLnP用小时表示：P---当量动载荷当t100℃时，→C↓引进温度系数ft进行修正。310/3ε=一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。表16-9温度系数轴承工作温度℃温度系数ft10025020015012530010.950.900.700.800.6016-3滚动轴承的选择计算表16-10载荷系数载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.01/660N10PhtfPnCLf610h60thPfCLnfP修正结果：工作中冲击振动→C↓引进载荷系数fP进行修正。2)选型设计1)寿命计算16-3滚动轴承的选择计算表16-11轴承预期寿命Lh的参考值使用场合不经常使用的仪器和设备500Lh/h短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果4000~8000间断使用，中断时会引起严重后果8000~12000每天8h工作的机械12000~20000每天24h连续工作的机械40000~6000016-3滚动轴承的选择计算滚动轴承尺寸的选择4raPXFYF四、当量动载荷的计算当量动载荷：是将实际载荷（包含径向载荷与轴向载荷）换算成与试验条件相当的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷C相当。计算公式：X----径向动载荷系数；Y----轴向动载荷系数;向心轴承：P=Fr推力轴承：P=Fa查表16—12P260式中：Fr----轴承径向载荷(N)；Fa----轴承轴向载荷(N).1.对于向心轴承，当Fa/Fre时，可由表达16-11查X、Y值；当Fa/Fr≤e时，轴向力影响可忽略。2.e值列于轴承标准中，其值与轴承类型和Fa/C0r比值有关。说明：16-3滚动轴承的选择计算表16-12向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.0140.192.30FaC0reFa/FreFa/Fr≤eXYXY0.0280.221.990.0560.261.710.0840.281.550.110.300.561.4510………………0.0150.381.470.0290.401.400.0560.231.300.0870.461.23α=15˚0.120.470.441.1910………………角接触球轴承α=25˚----0.680.410.8710α=40˚----1.140.350.5710圆锥滚子轴承(单列)----1.5tanα0.40.4cotα10调心球轴承(双列)----1.5tanα0.650.65cotα10(单列)五、角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：Fr由于α的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。Fi=Fsi+FriFsiFriαFsFs=∑Fsi为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应:成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析Fi表16-13角接触向心球轴承轴承类型角接触向心球轴承FseFr0.68Fr1.14Fr圆锥滚子轴承α=15˚α=25˚α=40˚Fr/(2Y)Y是的轴向系数eFrFa----内部轴向力Fs的近似值可按如下近似公式计算。第i个滚动体16-3滚动轴承的选择计算1.若FA+Fs2Fs1压紧端：Fa1=FA+Fs2放松端：Fa2=Fs22.若FA+Fs2Fs1放松端：Fa1=Fs1压紧端：Fa2=Fs1-FAFa外圈窄边相对安装(正装)结论：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外轴承2(放松端)承受的轴向载荷：a1a2O1O212Fs·Fr2Fs1Fr1由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，轴承1被压紧。由平衡条件得轴承1(压紧端)承受的轴向载荷：则轴承2被压紧。由平衡条件得：16-3滚动轴承的选择计算a2a1O1O212外圈宽边相对安装(反装)反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。结论与正装相同！1.若FA+Fs2Fs1则有：压紧端：Fa1=FA+Fs2