大学机械设计习题-滚动轴承习题及答案

1第十六章滚动轴承重要基本概念1．滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。2．滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。当轴承转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。3．滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。对于转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。4．滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h（单位为小时）。5．滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。表示轴承的承载能力。对于向心轴承：C是纯径向载荷；对于推力轴承：C是纯轴向载荷；在使用中要注意C的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106转、C的方向。精选例题与解析例16-1一根装有两个斜齿轮的轴由一对代号为7210AC的滚动轴承支承。已知两轮上的轴向力分别为Fa1=3000N，Fa2=5000N，方向如图。轴承所受径向力R1=8000N，R2=12000N。冲击载荷系数fd=1，其它参数见附表。求两轴承的当量动载荷P1、P2。例11-1图1SA/R≤eA/R＞ee0.68RXYXY0.68100.410.872解：1．求内部派生轴向力S1、S2的大小方向S1=0.68R1=0.68×8000=5440NS2=0.68R2=0.68×12000=8160N，方向如图所示。2．求外部轴向合力FAFA=Fa2－Fa1=5000－3000=2000N，方向与Fa2的方向相同，如图所示。3．求轴承所受的轴向力A1、A2∵S2+FA=8160+2000=10160N，S2+FA＞S1=5440N，轴承1被压紧。∴A1=S2+FA=10160N，A2=S2=8160N4．轴承的当量动载荷P1、P2据：A1/R1=10160/8000=1.27＞e=0.68，得：X1=0.41，Y1=0.87P1=fd（X1R1+Y1A1）=0.41×8000+0.87×10160=12119N据：A2/R2=8160/12000=0.68=e，得：X2=1，Y2=0P2=fd（X2R2+Y2A2）=8000N例16-2某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C=97.8kN。轴承受径向力R1=6000N，R2=16500N。轴的转速n=500r/min，轴上有轴向力FA=3000N，方向如图。轴承的其它参数见附表。冲击载荷系数fd=1。求轴承的基本额定寿命。例11-3图1解：1．求内部派生轴向力S1、S2的大小方向20005.126000211YRSN55005.1216500222YRSN方向如图所示。2．求轴承所受的轴向力A1、A2公式归纳法：},max{211AFSSA2500}300055002000max{,N55003000}2000,5500{}S,max{122AFSAN，3．轴承的当量动载荷P1、P2据：A1/R1=2500/6000=0.417＞e=0.40，得：X1=0.4，Y1=1.5P1=fd（X1R1+Y1A1）=0.4×6000+1.5×2500=6150N据：A2/R2=5500/16500=0.33＜e，得：X2=1，Y2=0P2=fd（X2R2+Y2A2）=R2=16500NP2＞P1，用P2计算轴承寿命。4．计算轴承寿命例11-1图2SA/R≤eA/R＞eeYR2XYXY0.40100.41.5例11-3图233106610165009780050060106010PCnLh12562h例16-3一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，布置如图。已知轴的转速为1200r/min，两轴承所受的径向载荷R1=8500N，R2=3400N。fd=1，常温下工作。轴承的预期寿命为15000小时。试求：1．允许作用在轴上的最大轴向力FA2．滚动轴承所受的轴向载荷A1、A2解：由轴承手册查得30212C轴承：C=97800N，e=0.4，X=0.4，Y=1.528335.128500211YRSN11335.123400222YRSN∵S1＞S2，∴S1+FA＞S2，轴承2被压紧。A1=S1=2833N，A2=S1+FA，∵22221212283.034002833RFRFRFRSRFSRAAAAA＞e=0.4∴X2=0.4，Y1=1.5即：P2=fd（X2R2+Y2A2）=0.4×3400+1.5×A2根据：PCnLh6010610≥1500，P≤3103/1061061500012006097800106010hLnC12031N由：P2=0.4×3400+1.5×A2≤12031解得：A2≤7114N再据：A2=S1+FA解得：FA=A2－S1=7114－2833=4281N验算轴承1的寿命：A1/R1=S1/R1=2833/8500=0.33＜0.4，X1=1，Y1=0P1=fd（X1R1+Y1A1）=R1=8500N因：P1＜P2，轴承1的寿命大于15000小时。例11-4图1例11-4图24例16-4某轴的轴承组合如图例11-4图1，两轴承的代号为6313，布置如图。已知轴的转速为485r/min，轴承所受的径向力分别为R1=5500N，R2=6400N。轴上有轴向力FA=2200N，方向如图。常温下工作，有轻微冲击。试求轴承的寿命。解：图示轴系结构为单支点双向固定（固游式）结构。轴承1为固定端，轴承2为游动端。轴上的轴向载荷FA由固定端轴承——轴承1来承受，游动端轴承不承受轴向力。即：A1=FA=2200N，A2=0由轴承手册查得6313轴承：C=72200N，C0=56500N。对轴承1：A1=2200N，R1=5500NA1/C0=2200/56500=0.039，查得：e1=0.24A1/R1=2200/5500=0.4＞e1=0.24，查得：X1=0.56，Y1=1.85因载荷有轻微冲击，查取冲击载荷系数：fd=1.2P1=fd（X1R1+Y1A1）=1.2（0.56×5500+1.85×2200）=8580N对轴承2：A2=0，R2=6400N，X2=1，Y2=0P2=fd（X2R2+Y2A2）=1.2R2=1.2×6400=7680N因：P1＞P2，用P1计算轴承寿命：PCnLh6010610=368580722004856010=20476h例16-5试分析例11-6图1所示轴系结构中的错误，并加以改进。图中齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。例16-5图1存在问题分析：1．轴承的轴向固定、调整，轴向力传递方面错误1）轴系采用全固式结构，两轴承反装不能将轴向力传到机架，应该为正装。2）全固式结构中，轴左端的弹性挡圈多余，应去掉。3）端盖处没有调整垫片，不能调整轴承游隙。2．转动零件与固定零件接触，不能正常工作方面错误1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。2）轴与右端盖之间不能接触，应有间隙。3）定位齿轮的套筒径向尺寸过大，与轴承外圈接触。4）轴的左端端面不能与轴承端盖接触。3．轴上零件装配、拆卸工艺性方面错误1）右轴承的右侧轴上应有工艺轴肩，轴承装拆路线长（精加工面长），装拆困难。例11-5图52）套筒径向尺寸过大，右轴承拆卸困难。3）因轴肩过高，右轴承拆卸困难4）齿轮与轴联接的键过长，套筒和轴承不能安装到位。4．轴上零件定位可靠方面错误1）轴右端的联轴器没有轴向定位，位置不确定。2）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。3）齿轮与轴联接键的长度过大，套筒顶不住齿轮。5．加工工艺性方面错误1）两侧轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。2）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。3）联轴器轮毂上的键槽没开通，且深度不够，联轴器无法安装。例16-5图26．润滑、密封方面错误1）右轴承端盖与轴间没有密封措施。2）轴承用脂润滑，轴承处没有挡油环，润滑脂容易流失。改进后如图例11-6图2所示。例16-6试分析例16-6图1所示小锥齿轮套杯轴系结构中的错误，并加以改进。例16-6图1存在问题分析：1）左轴承内圈轴向没有固定。2）套杯和机座间没有调整垫片，不能调整轴系的轴向位置。3）轴承端盖与套杯间没有调整垫片，不能调整轴承游隙。4）轴与轴承端盖接触，应有间隙。5）左轴承的外圈装拆路线长，装拆困难。6）套杯左端的凸肩过高，左轴承的外圈拆卸困难。7）轴上有两个键，位置都没有靠近装入端，使轮毂装入困难。68）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。9）轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。例16-6图210）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。11）右轴承端盖与轴间没有密封措施。改进后如图例16-6图2所示。例16-7例11-8图1所示为反装圆锥滚子轴承支承小锥齿轮轴的套杯轴系结构，试分析其中的结构错误，并加以改进。例16-7图1存在问题分析：1）两个轴承的外圈均未轴向固定。2）不能将轴上的轴向力传到机座。3）齿轮轴的轴向位置没有固定，受到轴向力时会发生窜动。4）左轴承内圈直径小于两侧轴的直径，无法装配。5）轴承游隙不能调整。6）套杯和机座间没有调整垫片，整个轴系的轴向位置不能调整。7）轴承端盖与右侧轴承外圈之间的套筒多余。改进后如图例16-7图2所示。例16-7图27自测题与答案一、选择题16-1．滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示_______。A．轴承的类型、结构和尺寸B.轴承组件C．轴承内部结构变化和轴承公差等级D.轴承游隙和配置16-2．滚动轴承的类型代号由________表示。A．数字B．数字或字母C.字母D.数字加字母16-3．________只能承受径向载荷。A．深沟球轴承B.调心球轴承C.圆锥滚子轴承D.圆柱滚子轴承16-4．________只能承受轴向载荷。A．圆锥滚子轴承B.推力球轴承C.滚针轴承D.调心滚子轴承16-5．________不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.圆柱滚子轴承D.调心球轴承16-6．角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而________。A．增大B.减小C．不变D．不定16-7．有a）7230C和b）7230AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是________。A．Sa＞SbB．Sa=SbC．Sa＜SbD．大小不能确定16-8．若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为________的轴承。A．1或2B．3或7C．N或NUD．6或NA16-9．一根用来传递转矩的长轴，采用三个固定在水泥基础上支点支承，各支点应选用的轴承类型为________。A.深沟球轴承B.调心球轴承C.圆柱滚子轴承D.调心滚子轴承16-10．跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用________。A.深沟球轴承B.圆锥滚子轴承8C.调心滚子轴承D.圆柱滚子轴承16-11．________轴承通常应成对使用。A．深沟球轴承B.圆锥滚子轴承C.推力球轴承D.圆柱滚子轴承16-12．在正常转动条件下工作，滚动轴承的主要失效形式为________。A．滚动体或滚道表面疲劳点蚀B．滚动体破裂C．滚道磨损D．滚动体与套圈间发生胶合16-13．进行滚动轴承寿命计算