机械设计第17章滚动轴承

多媒体CAI课件设计基础第一章第17章滚动轴承基本要求及重点、难点17.1概述17.2滚动轴承的主要类型及其特性17.3滚动轴承的代号及类型选择17.4滚动轴承的失效形式及选择计算17.5滚动轴承的组合设计计划学时：4h制作人：马兆允多媒体CAI课件设计基础第一章基本要求:1）掌握滚动轴承的类型及特点。2）掌握滚动轴承的代号。3）了解滚动轴承的失效形式及选择计算。4）了解滚动轴承的组合设计。重点：1）滚动轴承的类型及特点。2）滚动轴承的代号。难点：1)滚动轴承的选择计算。2）滚动轴承的组合设计。作业:17.217.12多媒体CAI课件设计基础第一章17.1概述•17.1.1滚动轴承的结构：1—内圈、2—外圈、3—滚动体、4—保持架。•17.1.2滚动体的分类：按滚动体的种类分:球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子及滚针等。多媒体CAI课件设计基础第一章按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同分:•公称接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角，简称接触角。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。多媒体CAI课件设计基础第一章17.1.3滚动轴承的基本类型及特点:多媒体CAI课件设计基础第一章17.1.3滚动轴承的基本类型及特点:多媒体CAI课件设计基础第一章•滚动轴承的安装：•滚动轴承的材料：GGr15，GGr15SiMn等，淬火后硬度不低于61~65HRC。保持架选用较软材料制造，常用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成。实体保持架则选用铜合金、铝合金或工程塑料等材料。•滚动轴承的特点：1）优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑密封简便、标准化程度高、易于互换和不受轴颈速度变化影响等.2）缺点：抗冲击能力差，高速时振动及噪声较大，径向尺寸较大，高速重载荷下轴承寿命不及液体摩擦的滑动轴承。滚动轴承是标准件，由专门的轴承工厂批量生产。在机械设计中只需根据工作条件选用合适的类型和型号进行组合结构设计。多媒体CAI课件设计基础第一章17.2滚动轴承的代号GB/T272—93用数字和字母等表示多媒体CAI课件设计基础第一章17.2.1.基本代号1内径代号内径小于10mm和大于495mm的轴承内径代号GB/T272—93规定2类型代号代号为零的双列角接触轴承可省略不标多媒体CAI课件设计基础第一章3）尺寸系列代号①直径系列：7、8、9、0、1、2、3、4、5种②宽度系列：向心轴承宽度系列代号：8、0、1、2、3、4、5、6；推力轴承高度系列代号：7、9、1、2当宽度系列为零系列时，除调心轴承和圆锥滚子轴承外，其余的均可不标出，个别类型轴承规定宽度系列代号“1”和“2”可以省略不标。多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章17.1.2后置代号用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等。多媒体CAI课件设计基础第一章1）内部结构代号表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。•注意：无特殊要求省略不标。•标注：多媒体CAI课件设计基础第一章2）轴承的公差等级2级、4级、5级、6级、6x级和0级，共6个级别，公差等级依次由高级到低级。•注意：6x级仅适用于圆锥滚子轴承；0级为普通级，在轴承代号中不标出。多媒体CAI课件设计基础第一章3）轴承径向游隙系列1组、2组、0组、3组、4组、和5组，共6个组别，径向游隙依次由小到大。•标注：/C1，/C2，/C3，/C4，/C5•注意：0组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出。与公差等级连标时“/C”不标。4）配置代号①面对面安装多媒体CAI课件设计基础第一章②背对背安装③串联安装多媒体CAI课件设计基础第一章•标注：3.前置代号前置代号用字母表示轴承的分部件。如用L表示可分离轴承的可分离套圈等。多媒体CAI课件设计基础第一章问题：请说出代号62212，6212，7314AC/P62的意义？多媒体CAI课件设计基础第一章17.3滚动轴承的工作情况分析17.3.1滚动轴承受载分析1.载荷分布1）纯轴向载荷：均载2）纯径向载荷：变载多媒体CAI课件设计基础第一章17.3.2载荷及应力变化多媒体CAI课件设计基础第一章17.3.3失效形式及设计准则1.失效形式1）疲劳点蚀：安装、维护、润滑正常的情况下，滚动轴承在工作过程中，滚动体与滚道接触表面产生变接触应力，导致疲劳裂纹，其扩展到接触表面，形成疲劳点蚀，使轴承不能正常工作，出现较强烈的振动、噪声和发热现象。多媒体CAI课件设计基础第一章2）永久变形：多媒体CAI课件设计基础第一章3）磨损：多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章注意：轴承的主要失效形式是疲劳点蚀。4）套圈、保持架破裂：多媒体CAI课件设计基础第一章2.设计准则1）不转动、摆动或转速很低的轴承：静强度计算2）转动的滚动轴承：接触疲劳寿命，同时进行静强度的计算00CC00CCCC且3）高速轴承:极限转速计算，同时进行接触疲劳寿命maxnNCC且多媒体CAI课件设计基础第一章17.4滚动轴承类型的选择1）转速较高，载荷平稳且不大选用深沟球轴承（60000型）；2）载荷较大且有冲击时选用滚子轴承（30000型或N0000型）；3）径向载荷和轴向载荷都比较大时若转速不高，选用圆锥滚子轴承（30000型）；若转速较高时，选用角接触轴承（70000C，70000AC或70000B型）；多媒体CAI课件设计基础第一章4）轴向载荷比径向载荷大得多时可将两种类型轴承组合使用，如将单向推力轴承（51000型）或双向推力轴承（52000型）与60000型或N0000型组合；多媒体CAI课件设计基础第一章6）工作前后有较大温差时⑴轴向力不大时常用圆柱滚子（N或NA型），也可用外圈不做轴向固定、且外圈与孔配合较松的其他轴承；5）径向力较大或支撑跨度较长或轴的刚度较差，或两个轴孔很难同轴时采用自动调心轴承（1000、2000型等）；多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章7）特轻系列轴承适于高速下工作；重系列用于低速、重载，轻系列达不到要求时，采用宽系列轴承；⑵轴向力较大时多媒体CAI课件设计基础第一章17.5.1滚动轴承的寿命计算•轴承的寿命：单个滚动轴承中任一套圈或滚动体材料首次出现疲劳点蚀之前，一套圈相对另一套圈转过的转数或在一定转速下的工作小时数。•基本额定寿命：一批同一型号轴承，在同一条件下运转，其中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承未发生点蚀破坏前所转过的总转数或在一定转速下所能运转的总工作时数。表示小时）为单位以或（百万转）为单位以用](h[]10[h610LL17.5滚动轴承尺寸的选择多媒体CAI课件设计基础第一章•基本额定动载荷：轴承的寿命恰好为一百万转时，轴承所承受的最大载荷。用C表示，对于向心轴承、角接触轴承用Cr；对于推力轴承用Ca表示。CLP110常数r610PCL式中ε为寿命指数，对于球轴承ε=3，对于滚子轴承ε=10/3。C为基本额定动载荷。P为当量动载荷。多媒体CAI课件设计基础第一章•实际计算公式：PCnLh60106式中n代表轴的转速，单位为rpm。引进温度系数ft、载荷系数fpPfCfnLpth60106•设计公式：161060htpLnfPfCC式中Lh代表轴承的预期计算寿命，单位为h。多媒体CAI课件设计基础第一章表17.8温度系数ft轴承工作温度（ºC）100125150200250300温度系数ft10.950.900.800.700.60表17.11载荷系数fp载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击载荷系数fp1.0~1.21.2~1.81.8~3.0表17.9各类机器中轴承预期寿命的参考值Lh使用场合Lh（h）不经常使用的仪器和设备短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果间断使用，中断会引起严重后果每天8小时工作的机械24小时连续工作的机械5004000~80008000~1200012000~2000040000~60000多媒体CAI课件设计基础第一章17.5.2滚动轴承的当量动载荷1）向心轴承仅承受纯径向载荷R（N，NA）：P=R2）推力轴承仅承受纯轴向载荷A（5类轴承）：P=A3）同时承受径向载荷R和轴向载荷A的轴承（6、7、3等类型轴承）：YAXRP式中X、Y分别为径向动载荷系数及轴向动载荷系数。•当量动载荷P：使轴承在该载荷作用下的寿命与实际联合载荷作用下的寿命相等，是一假想的载荷。多媒体CAI课件设计基础第一章17.5.3径向载荷R与轴向载荷A的计算表20.10派生轴向力S的计算公式角接触球轴承圆锥滚子轴承70000C（α=15º）70000AC（α=25º）70000B(α=40º)S=eRS=0.68RS=1.14RS=R/(2Y)•派生轴向力S：角接触球轴承和圆锥滚子轴承的结构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角。当它承受径向载荷为R时，要产生派生的轴向力S。多媒体CAI课件设计基础第一章•支反力作用点多媒体CAI课件设计基础第一章•轴承的配置：为了保证这类轴承正常工作，防止轴串动，通常是成对使用的。1.径向载荷R的计算径向载荷R可由外界作用到轴上的径向力Fr，根据平面一般力系的平衡方程求得。niiniiniiFmYX1o110)(00多媒体CAI课件设计基础第一章2.轴向载荷A的计算如达到轴向平衡时，应满足12aSSF否则，会出现下面两种情况：（1）若12aSSF轴承1（压紧端）承受的轴向载荷：2a1SFA轴承2（放松端）承受的轴向载荷：22SA多媒体CAI课件设计基础第一章（2）若12aSSF轴承1（放松端）承受的轴向载荷：11SA轴承2（压紧端）承受的轴向载荷：a12FSA•结论：计算角接触轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力的方法可以归结为：先通过附加轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判定被“放松”或被“压紧”的轴承；然后确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身附加的轴向力，被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身附加轴向力后其余各轴向力的代数和。多媒体CAI课件设计基础第一章17.5.4滚动轴承的静载荷计算•静载荷：当轴承套圈间相对转速为零、低速或摆动时，作用在轴承上的载荷。•基本额定静载荷C0：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值（4000~4600MPa）的载荷。用C0（C0r或C0a）表示，作为轴承静强度的界限。•当量静载荷P0：在当量静载荷作用下轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力与实际联合载荷条件下相同。用P0（P0r或P0a）表示多媒体CAI课件设计基础第一章1.深沟球轴承、角接触轴承和圆锥滚子轴承的静载荷计算RAYRXP00r0Max2.圆柱滚子轴承、滚针轴承的静载荷计算RP=r03.推力轴承的静载荷计算AP=0a•静强度条件：00≤CP多媒体CAI课件设计基础第一章•滚动轴承寿命计算框图多媒体CAI课件设计基础第一章17.6滚动轴承的组合设计•实质：解决轴承的轴向位置固定、轴承的润滑与密封、轴承与其他零件的配合、间隙调整和轴承的装拆等一系列问题。17.6.1轴承的固定方式1.两端单向固定（双支点单向固定）多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章2.一端固定、一端游动（单支点双向固定）多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章多媒体CAI课件设计基础第一章3.两端游动（全游式）多媒体CAI课件设计基础第一章20.5.2轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑•目的：为了减少摩擦和减轻磨损、吸振、冷却、防锈。此外还能减少工作时的噪声。•润滑剂：润滑脂、润滑油或固体润滑剂。•选取原则：当dn(2~3)×100000mm·