第8章滚动轴承的选择与校核_机械设计(华中科技大学)

第八章滚动轴承设计一、概述1.滚动轴承部件设计的主要内容已知条件设计内容工作条件载荷大小及性质转速工作温度选择轴承的类型轴承的组合设计轴承的固定和调整轴承的配合轴承的润滑和密封轴承尺寸的验算2.滚动轴承的基本结构内圈与轴配合外圈与机座配合滚动体在滚道中产生滚动摩擦球滚子圆柱滚子滚针鼓形滚子圆锥滚子非对称鼓形滚子螺旋滚子保持架保持滚动体位置除滚动体外，其它元件可有可无3.滚动轴承的主要类型向心轴承径向接触轴承向心角接触轴承00主要承受rF球轴承亦能承受较小aF同时承受rFaF和00450：滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角推力轴承推力角接触轴承轴向接触轴承009045rF也承受较小主要承受aF090aF只能承受轴向承载能力按公称接触角分类球轴承滚子轴承按滚动体分类4.滚动轴承的代号前置代号基本代号后置代号用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等公差等级24566X0标注/P2/P4/P5/P6/P6X不标例如；用字母表示轴承的分部件例如；L表示分离轴承的可分离套圈基本代号61206内径代号直径系列代号同一内径有不同的直径宽度系列代号内外径相同时有不同的宽度6深沟球轴承类型代号7角接触球轴承3圆锥滚子轴承5推力球轴承5内径一般为：代号0123~6宽度窄正常宽特宽代号0、1234直径特轻轻中重二、滚动轴承的选择1.类型选择(1)载荷的大小、方向和性质载荷大小小：球轴承(点接触)大：滚子轴承(线接触)载荷方向rF：深沟球轴承(6类)圆柱滚子轴承aF：推力球轴承(5类)推力滚子轴承aFrF和arFFraFF(6类)(5类)+(6类)角接触球轴承(7类)圆锥滚子轴承(3类)aFrF、载荷性质平稳：球轴承冲击：滚子轴承(2)转速和旋转精度球轴承极限转速和旋转精度比滚子轴承的高推力轴承极限转速低(离心力使滚动体与保持架摩擦严重)整体保持架极限转速比分离的高球轴承滚子轴承高速、轻载低速、重载(3)调心性能(4)其它支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转装拆方便价格球轴承比滚子轴承低精度低的价格低(一般公差等级选0级)内外圈分离的轴承(圆锥滚子轴承)2.尺寸选择轴承内径与轴颈直径相等直径系列载荷很小超轻或特轻系列载荷很大重系列一般情况轻或中系列校核计算选择轴承宽度系列一般选正常系列代号0123~6宽度窄正常宽特宽代号0、1234直径特轻轻中重三、滚动轴承的组合设计1.轴承的轴向固定(1)轴承内圈的轴向固定轴肩轴肩+弹性挡圈轴肩+圆螺母与止退垫圈轴肩+轴端挡圈与螺栓aF0aF或较小时aF不大时aF较大时aF较大时(2)轴承外圈的轴向固定轴承端盖轴承座孔凸肩孔用弹性挡圈aF较大时aF较大时aF较小时(1)两端固定2.轴承支承的结构形式轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼要求：在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动轴受热伸长时，不致于影响轴承运转每个支点限制轴的一个方向移动，合起来限制轴的双向移动适用于短轴、温升不高的场合考虑轴受热伸长在一端应留有间隙C=0.2~0.4mm由调整垫片保证间隙间隙C(2)一端固定、一端游动轴承内部不能游动轴承内部可以游动一个支点限制轴的双向移动，一个支点可以轴向移动适用于长轴、工作温度较高的场合(3)两端游动由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动，主动轴设计为两端游动支承从动轴设计为两端固定支承3.轴承支承设计的两个特殊问题角接触球轴承圆锥滚子轴承的排列正装“面对面”反装“背靠背”必须成对使用悬臂受力调整间隙变小变大变形小变形大方便不便正装反装跨距典型支承结构车床主轴的支承结构一端固定、一端游动螺母调整轴承游隙螺母予紧轴承4.轴承间隙的调整(1)轴承内部游隙的调整垫片调整螺钉调整圆螺母调整(2)轴承组合位置的调整(3)轴承的予紧套杯结构利用金属垫片消除游隙、提高旋转精度和支承刚度5.轴承的配合配合内圈与轴外圈与座孔内圈(动圈)取紧一点外圈(不动圈)取松一点避免滚道上某一接触点始终停留在A处平稳取松一点变化取紧一点载荷性质游动支承外圈载荷方向不变时取松一点6.轴承的装拆定位轴肩高度应低于内圈高度外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔7.轴承的润滑与密封(1)轴承的润滑减摩、降温润滑脂润滑油重载、低速定期添加高速、精密件手工定期加油、飞溅、油泵(2)轴承的密封接触式非接触式毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫密封防油流出、防尘进入间隙密封迷宫密封密封圈密封毡圈密封四、滚动轴承的受力分析及计算准则1.受力分析(1)载荷分布上半周滚动体不受载下半周滚动体承载也不相同zFQr5max滚动体个数(2)应力分布滚动体上某点a的接触应力内圈上某点b的接触应力外圈上某点c的接触应力(以深沟球轴承为例)2.失效形式及计算准则控制动载荷控制静载荷动载荷引起点蚀limHH静载荷引起塑性变形S失效形式计算准则控制动载荷控制静载荷疲劳寿命计算静强度校核五、滚动轴承的疲劳寿命计算1.基本额定寿命单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生疲劳点蚀时所达到的寿命对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为90%rL610101用总转数表示10L2.轴承的寿命计算式(1)载荷-寿命曲线对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线(2)基本额定动载荷使滚动轴承的基本额定寿命为101L时，轴承所承受的载荷基本额定动载荷C径向rC轴向aC向心轴承纯径向载荷推力轴承纯轴向载荷同类轴承：C轴承尺寸承载能力(3)寿命计算式外载为P时轴承的寿命110CLPrPCL)(10610以小时表示hPCnLh)(60106考虑到温度变化，引入温度系数tfhPCfnLth)(60106滚子轴承310球轴承36''1060hnLPC校核轴承寿命已知轴承型号(即C)外载PhPCfnLth)(60106hL轴承寿命'hL预期寿命？？选择轴承型号(即C)已知外载P'hL预期寿命满足预期寿命时轴承的'CC所选轴承的3.轴承的当量动载荷基本额定动载荷C向心轴承纯径向载荷纯轴向载荷推力轴承rF)(arYFXFPf实际工作中，轴承同时受复合作用rFaFaFPfPf纯载荷转化P当量动载荷假想载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同PrF对只承受的向心轴承：aF对只承受的推力轴承：同时承受aFrF复合载荷的向心轴承：Pf考虑实际工况，引入载荷系数径向载荷系数X和轴向载荷系数Y的确定基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分0CrC0aC00C轴承尺寸4.角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷的计算aF作用于滚动体的法向反力iQ径向分力riQ轴向分力aiQ由于存在接触角(1)派生轴向力S派生轴向力S承受径向载荷rFaiQ对轴承1：(2)轴向载荷的计算121SFSFAa212SFSFAa左端轴肩内圈外圈端盖箱体右端轴肩轴承2的内圈外圈端盖箱体AFS2向左轴向力的1S向右轴向力的两者取较大值对轴承2：两者取较大值轴承1轴承2轴承寿命计算步骤派生轴向力S轴向载荷aF当量动载荷)(arYFXFPfP校核选择计算hL计算'C六、滚动轴承的静强度和极限转速校核1.静强度校核2.极限转速校核000SPClim21maxnffn静强度安全系数当量静载荷最大工作转速载荷系数载荷分布系数轴承的极限转速