机械设计精品课件-滚动轴承

第十二章滚动轴承§12-1滚动轴承的构造和类型§12-2滚动轴承的代号§12-3滚动轴承的工作情况分析§12-4滚动轴承的寿命计算§12-5滚动轴承的静强度计算§12-6滚动轴承的极限转速§12-7滚动轴承的组合设计§12-9滚动轴承例题分析§12-8滚动轴承的润滑与密封§13-1滚动轴承的构造和类型滑动轴承概述1轴承的作用：用来支承轴。按摩擦性质的不同分为：滑动轴承滚动轴承：§12-1滚动轴承的构造和类型一、滚动轴承的构造和材料滚动轴承是标准件，主要掌握合理选择合理使用1.构造内圈外圈滚动体保持架(各类滚动体)保持架：滚动体：外圈：内圈：装在轴上。装在轴承座孔中。在两套圈之间滚动并传递载荷。将滚动体均匀隔开。滚动体分为：球滚子：圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等构造和类型2滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。虚拟演示2.材料内、外套圈和滚动体：用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn等）制造。淬火后表面硬度可达58～66HRC。保持架：用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。二、滚动轴承的类型球轴承：滚子轴承：运转灵活，但承载能力低。承载能力高，但运转不如球轴承灵活，。刚性轴承：调心轴承：允许内外圈偏转角很小的轴承。允许内外圈偏转角较大的轴承。内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承滚动轴承的构造和类型实际中应用非常广泛。构造和类型3－接触角◆按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类：能同时承受径向力和较大的轴向力主要用来承受轴向力主要用来承受径向力径向接触轴承向心角接触轴承轴向接触轴承接触角α：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。α↑，承受轴向力的能力↑。RFAFRFAF滚动轴承的构造和类型◆按结构形式不同，标准滚动轴承分为13类，最常用的有六类:构造和类型4深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N、NU）推力球轴承（5）角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）调心球轴承（1）更多的滚动轴承虚拟现实中的滚动轴承调心滚子轴承（2）滚针轴承（NA)向心角接触轴承径向接触轴承推力滚子轴承（8）轴向接触轴承类型代号成对使用，反向安装滚动轴承的构造和类型构造和类型5三、滚动轴承类型的选择选择轴承类型时主要考虑以下问题：1）载荷方向；当FA很大时，选6（N）＋5（8）组合使用。当FA较小时，可选6类。只受FR时，选径向接触轴承（1、2、6、N）。只受FA时，选轴向接触轴承（5、8）或选（7、3）类。同时受FR和FA时，选向心角接触轴承（7、3）。2）载荷大小；载荷大或有冲击振动时，宜选滚子轴承。3）转速高低；转速高或要求旋转精度高时，宜选球轴承。轴向接触轴承不适宜高转速，可用6或7类代替。4）调心要求；轴的刚度低、轴承座孔的同轴度低或多支点轴，选调心轴承。5）经济性；精度高的价格高，滚子轴承比球轴承价格高。滚动轴承的构造和类型§13-2滚动轴承的代号§12-2滚动轴承的代号前置代号基本代号后置代号轴承组件（表13－4）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滚动轴承代号构成：一、基本代号用代号表示轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。◆内径代号：代号0001020304～96内径d10121517代号×5（见表12－3）代号2◆类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N等类型，详见表12－2。◆公差等级代号：分为/P0、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五级。游隙分为：/C1、/C2、0、/C3、/C4、/C5共六个组别。滚动轴承的代号低级高级游隙值：小大◆尺寸系列代号：直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。宽度系列为正常宽度时，代号为“0”，省略不标。尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。0级省略0组省略。二、后置代号（见表12－2）◆游隙代号：游隙：指一个套圈相对于另一个套圈，沿径向或沿轴向，从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。（见表13－6）（见表13－7）代号36308：深沟球轴承，3─中系列，内径d=40mm，公差为0级，游隙为0组；N105/P53：圆柱滚子轴承，1─特轻系列，内径d=20mm，公差为5级，游隙为3组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，内径d=70mm，公差为4级，游隙为0组，公称接触角α=15°；30213：圆锥滚子轴承，2─轻系列，内径d=65mm，公差为0级，游隙为0组；注：遇到看不懂的代号时，查阅GB/T272-93。◆内部结构代号：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；（见表12－5）◆配置代号：（见表12－8）/DB：背对背安装（反装）/DF：面对面安装（正装）滚动轴承的代号§13-3滚动轴承的工作情况分析1§12-3滚动轴承的工作情况分析滚动轴承工作时，在FR作用下通常只有半圈滚动体受载。工作时，轴承中各个元件所受载荷及应力是变化的。详细分析RFmaxFRFZF5max球轴承：RFZF6.4max滚子轴承：滚动体个数滚动体所受最大载荷为：一、滚动轴承的载荷分布二、滚动轴承的失效形式和计算准则主要失效形式有：1）疲劳点蚀：是最常见的失效形式。滚动体和套圈滚道承受循环接触应力。点蚀使轴承产生振动和噪音而失效。点蚀工作情况22）塑性变形：对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因过大的载荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。3）磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合）。更多的失效磨损胶合计算准则：1.转速较高的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计算。2.转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，需计算静强度。3.高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，需校核极限转速。滚动轴承的工作情况分析§13-4滚动轴承的寿命计算一、几个概念1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，两套圈的相对总转数或在一定转速下的运转小时数。轴承寿命的离散性是相当大的（见右图）。2）基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90％的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用L10或Lh10表示。3）基本额定动载荷：指L10恰为106转时，轴承所能承受的载荷，用C表示。1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）L10的可靠度R＝90％。径向接触轴承的C是径向载荷，用Cr表示。向心角接触轴承的C是所受载荷的径向分量，也用Cr表示。轴向接触轴承的C是中心轴向载荷，用Ca表示。§12-4滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算2三、当量动载荷当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷C的确定条件及性质相同的假想载荷，用FP表示。二、轴承寿命计算PPThFfCfnL6010610式中：FP－当量动载荷；n－轴承的转速（r/min）；ε－寿命指数，球轴承：ε＝3；滚子轴承：ε＝10/3。（13－4）常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。各类机器中轴承的预期寿命参见表12－9滚动轴承的寿命计算fp—载荷性质系数，用于计入冲击、振动对载荷的影响。滚动轴承的寿命计算3ARPYFXFF式中：FR、FA—分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；X、Y—分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数(查表12－10）当量动载荷四、向心角接触轴承的轴向载荷计算aFRsiFFnisisFFo1.载荷计算中心滚动体的载荷方向线与轴线的交点o即为轴承的载荷计算中心（支反力的作用点）。距离a可查轴承手册。2.内部轴向力在径向力FR作用下，各受载滚动体的轴向分力Fsi之和，即为轴承的内部轴向力Fs。滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算4圆锥滚子轴承（30000）角接触球轴承（70000）Fs＝eFRFs=FR／(2Y)内部轴向力Fs与径向力FR成正比：见表（12－11）。Fs的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边→窄边。3.轴向载荷计算正装反装滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算5FrFR1FR2Fs1Fs2Fx正装详细分析由成对使用，反向安装的两个向心角接触轴承支撑的轴，共受三个轴向力：Fs1、Fs2和外部轴向力Fx。已知三个轴向力的大小和方向时，可按下列方法计算轴承的轴向载荷FA。2）比较自身的内部轴向力与该合力的大小，较大者为该轴承的轴向载荷。1）按代数值计算另一轴承的内部轴向力与外部轴向力Fx的合力；就某一个轴承而言：xssAFFFF211,max　（Fx与Fs2同向取“+”；反向取“－”）（Fx与Fs1同向取“+”；反向取“－”）即：xssAFFFF122,max12滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算61）根据三个轴向力的合力方向，判断轴承的“放松”、“压紧”状态；2）被“放松”轴承的FA等与自身的内部轴向力；3）被“压紧”轴承的FA等与除自身内部轴向力以外，其余各轴向力之和。当Fs2＋Fx＜Fs1时，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”。则，FA2＝Fs2＋Fx，FA1＝Fs1向心推力轴承的轴向载荷FA也可按下述方法计算：当Fs2＋Fx＞Fs1时，FA1＝Fs2＋FxFA1＝Fs1当Fs2＋Fx＜Fs1时，当Fs1－Fx＞Fs2时，FA2＝Fs1－FxFA2＝Fs2当Fs1－Fx＜Fs2时，对轴承1：对轴承2：例如：例如：滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算7五、同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算此种情况按双列轴承计算，双列轴承的基本额定动载荷CΣ和基本额定静载荷C0Σ为根据单个轴承的C和C0计算：角接触球轴承：002625.1CCCC圆锥滚子轴承：00271.1CCCC滚动轴承的寿命计算六、不稳定载荷下的轴承寿命计算将不稳定的载荷和转速，转化成平均当量动载荷和平均转速后，进行计算。公式见P280。系数X、Y－按双列轴承选取。滚动轴承的寿命计算8七、不同可靠度的轴承寿命基本额定寿命Lh10的可靠度为90%。但是，重要机器中的轴承，往往对可靠度有更高的要求。10hRhLL某个可靠度下的寿命：式中：γ－可靠度系数，见表12－12。可靠度（%）909596979899γ1.00.620.530.440.30.21可靠度系数γ(GB/T6391-1995)滚动轴承的寿命计算§13-5滚动轴承的静强度计算§12-5滚动轴承的静强度计算对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承的静强度。当量静载荷FP0FP0=X0FR+Y0FA式中：X0、Y0－为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表12－13。基本额定静载荷C0－使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值的载荷（球轴承：4200MPa；调心轴承：4600MPa；滚子轴承：4000MPa）。径向接触轴承的C0是径向载荷。向心角接触轴承的C0是所受载荷的径向分量。轴向接触轴承的C0是中心轴向载荷。注：如计算的FP0＜FR，取FP0＝FR。静强度条件为：00SC式中：S0－静强度安全系数，查表12－14。FP0≤§13-6滚动轴承的极限转速§12-6滚动轴承的极限转速极限转速：在一定载荷和润滑条件下，轴承所允许的最高转速。轴承样本和手册中，列出了特定条件下的极限转速nlim。（FP≤0.1C，润滑与冷却条件正常）实际工作条件下的极限转速：nmax＝f1f2nlim式中：f1－载荷系数，用于考虑载荷大小对极限转速的影响，见图12－8。f2－载荷分布系数，用于考虑轴承中载荷分布情况对极限转速的影响，见图12－19。滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸选择的过程确定轴承所承受的FR与FA计算当量动载荷FP=XFR+YFA明确轴承的工作转速n与预期寿命L10计算轴承应满足的基本额定动载荷PFnLC/16101060由轴承样本（手册）查取