轴承的选择与设计概要

轴承的选择与设计§6滚动轴承类型的选择1.载荷条件轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型主要依据。如载荷小而平稳时，可选球轴承；载荷大又有冲击时，宜选滚子轴承；如轴承仅受径向载荷时，选径向接触球轴承或圆柱滚子轴承；只受轴向载荷时，宜选推力轴承；轴承同时受径向和轴向载荷时，选用角接触轴承。轴向载荷越大，应选择接触角越大的轴承，必要时也可选用径向轴承和推力轴承的组合结构。应该注意推力轴承不能承受径向载荷，圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷。2.轴承的转速若轴承的尺寸和精度相同，则球轴承的极限转速比滚子轴承高，所以当转速较高且旋转精度要求较高时，应选用球轴承.推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴向载荷不大时，可采用角接触球轴承或深沟球轴承。对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道的离心力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。一般应保证轴承在低于极限转速条件下工作。若工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承的公差等级、适当加大其径向游隙等措施来满足要求。3.调心性能轴承内、外圈轴线间的偏移角应控制在极限值之内，否则会增加轴承的附加载荷而降低其寿命。对于刚度差或安装精度差的轴系，轴承内、外圈轴线间的偏位角较大，宜选用调心类轴承。如调心球轴承（1类）、调心滚子轴承（2类）等。4.允许的空间当轴向尺寸受到限制时，宜选用窄或特窄的轴承。当径向尺寸受到限制时，宜选用滚动体较小的轴承。如要求径向尺寸小而径向载荷又很大时，可选用滚针轴承。6.经济性在满足使用要求的情况下应尽量选用价格低廉的轴承。一般情况下球轴承的价格低于滚子轴承。轴承的精度等级越高，其价格也越高。5.装调性能圆锥滚子轴承（3类）和圆柱滚子轴承（N类）的内外圈可分离，装拆比较方便。在同尺寸和同精度的轴承中深沟球轴承的价格最低。同型号、尺寸，不同公差等级的深沟球轴承的价格比约为P0∶P6∶P5∶P4∶P2≈1∶1.5∶2∶7∶10。如无特殊要求，应尽量选用普通级精度轴承，只有对旋转精度有较高要求时，才选用精度较高的轴承。除此之外，还可能有其他各种各样的要求，如轴承装置整体设计的要求等。因此设计时要全面分析比较，选出最合适的轴承。一、滚动轴承内、外圈的轴向定位§15—7滚动轴承的组合设计正确选用轴承类型和型号之后，为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。表15-9滚动轴承内圈的轴向固定方法表15-10滚动轴承外圈的轴向固定方法(a)弹性挡圈和轴肩(b)轴端端盖和轴肩(c)圆螺母和轴肩(d)圆螺母和止推垫圈1.滚动轴承内圈轴向紧固常用方法。(a)弹性挡圈紧固(b)止动环紧固2.滚动轴承外圈轴向紧固常用方法(c)端盖紧固(d)螺纹环紧固二、轴系的固定1、两端单向固定正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式有三种：轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动，这种固定方式称为两端单向固定。考虑到轴受热伸长，对于深沟球轴承可在轴承盖与外圈端面之间，留出热补偿间隙c＝0．2～0．3mm。间隙量的大小可用一组垫片来调整。这种支承结构简单，安装调整方便，它适用于工作温度变化不大的短轴。2、一端双向固定，一端游动一端支承的轴承，内、外圈双向固定，另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。3、两端游动两端游动支承结构的轴承，分别不对轴作精确的轴向定位。两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能作双向游动。两端采用圆柱滚子轴承支承，适用于人字齿轮主动轴。但与其啮合的另一轴系必须两端固定。1、滚动轴承与轴和座孔的配合轴承内圈与轴js6，j6，k6，m6，n6G7，H7，JS7，J7轴承外圈与轴承座孔DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带基孔制：松→紧基轴制：松→紧DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带滚动轴承配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。三、配合5）与空心轴配合的轴承应取较紧的配合。滚动轴承配合的选择原则：1）转动圈比不动圈配合松一些2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些3）旋转精度要求高时，配合应紧一些4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合四.滚动轴承的安装与拆卸轴承内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴承，一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在温度为80-100℃的热油中加热，使内孔胀大，然后用压力机装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便于拆卸，设计时轴肩高度不能大于内圈高度。滚动轴承的装拆要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上2）不允许通过滚动体传递装拆力3）要均匀施加装拆力§滚动轴承失效形式、寿命计算和静强度计算一、滚动轴承的失效形式及设计准则(1)疲劳破坏(点蚀)(2)塑性变形←疲劳接触应力→←ｎ极低、Ｆ较大→静强度计算(3)磨损润滑不良，杂质、灰尘的侵入→暂无公式寿命计算1.疲劳点蚀安装润滑和维护良好2.塑性变形转速很低或作间歇摆动3.磨损润滑不良、密封不严、多尘条件二、轴承的寿命计算轴承中任一元件出现疲劳点蚀前,一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数。指一批相同的轴承,在相同工作条件下，有90％的轴承没有发生疲劳点蚀前的转数或总工作小时数。1.轴承寿命：含义：⑴一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长；⑵一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率有90％，失效率为有10％2.基本额定寿命Ｌ10：（一）寿命计算中的基本概念额定动载荷：当轴承额定寿命为10６转时，轴承能承受的最大载荷，用C表示。3.滚动轴承的额定动载荷C=｛Cr——径向载荷或分量Ca——轴向载荷（二）滚动轴承寿命的计算公式轴承寿命曲线：常数LC常数CLPCC1234=25.6L10式中：n——转速r／minε——寿命指数（球轴承ε＝３;滚子轴承ε＝10/3）Ｐ——当量动载荷假定的载荷→与实际载荷相当高温下轴承C值将减小，引入温度系数ft表14—1361010)(PCL)(16667)(60106PCnPCnLh（转）(h)（三）当量动载荷Ｐ轴承寿命计算公式P＝fP（XFr＋YFa）X、Y－径向、轴向载荷系数查表(15-14)ｆP－载荷系数，查表(15-12)Fr、Fa－轴承的径向、轴向力（注意区别轴上载荷）①查判断系数e→┌深沟球轴承—按f0Fa/C0rf0=14.7查e└角接触球轴承—按Fa/C0查e(Ｃ０－轴承的额定静载荷）②判Fa/Fr与e的关系→定X、YFa/Fr≤e－轴向力较小,可忽略不计,只计Ｒ→Ｐ＝fPＲ即：X=1,Y=0－轴向力较大,要计即：X≠1,Y≠0Fa/Fr＞e只能承受纯径向载荷的轴承（N、NA类）：P＝fPFr设计轴承的基本方法：⑴由工作条件定轴承类型→×0000⑵由结构定轴承直径→×00××⑶初选型号→×××××→查C、C0⑷验算寿命：计算轴承载荷→查e、X、Y→计算P→计算Lh→分析轴承是否合格只能承受纯轴向载荷的轴承（5类）：P＝fPFa例１：已知齿轮轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷Ｒ1=3500Ｎ，Fa1=1606Ｎ，R2=2500Ｎ，Fa2=０fP＝1.2，试求P1、P2。解：查得：C0=29200Ｎ①查e：②求X、Y:f0Fa1/C0=14.7×1606/29200=0.8085→e1在0.26-0.28之间,插值得e1=0.27Fa1/R1=1606/3500=0.459＞eX1=0.56,Y1=1.7∵Fa2=0X2=1,Y2=08085.003.1689.003.126.028.028.01e③求Ｐ:P1=fP(X1R1+Y1Fa1)=1.2(0.56×3500+1.7×1606)=5628ＮP2=fPR2=1.2×2500=3000Ｎ∵P1＞P2∴１轴承危险，计算1的寿命三.轴承的轴向载荷Fa1.径向轴承－(6、1、2类)Fae1212FaeFd2.角接触轴承(3、7类)└一端固定、一端游动Fa1=Fae,Fa2=0Fae指向者受力Fa1=0,Fa2=Fae(1)派生轴向力Fd∵＞０，∴在Ｒ作用下→Fd→内外圈分离→∴成对使用Fd的大小→查表┌两端固定→→固定端受力(2)安装型式（成对使用）角接触轴承应成对使用→以抵消派生轴向力和避免轴产生轴向窜动①正安装（X型、面对面）→两轴承外圈的窄边相对→Ｆd面对面跨距减少②反安装（O型、背对背）→两轴承外圈的宽边相对→Ｆd背对背跨距增大Fd1Fd2Fd1Fd2说明：轴承支点（压力中心）偏移，但为方便计算，仍取轴承宽度中点为支点(3)角接触轴承的轴向载荷Fa1、Fa2轴向载荷┌轴上外载荷Fae→Fa＝？└轴承的派生轴向力Fd分析：Fd1+Fae与Fd2比较FaeFd1Fd2S2⑴当Fd1+Fae＞Fd2⑵当Fd1+Fae＜Fd2→┌Fa1=└Fa2=→右边压紧→S2→Fd1+Fae＝Fd2+S2Fd1Fd2＋S2＝Fd1＋Fae→Fd1+Fae＋S1＝Fd2左边压紧→S1∴┌Fa1＝└Fa2＝Fd1＋S1＝Fd2－FaeFd2S1FaeFd1Fd2FaeFd1Fd2⑴当Fd1+Fae＞Fd2⑵当Fd1+Fae＜Fd2右边压紧左边压紧计算轴向载荷的方法:①画安装简图→标明轴承的派生轴向力Fd方向②计算Fd1、Fd2③根据Fd1、Fae、Fd2三者的关系判断压紧、放松端压紧端=除本身的派生轴向力外其余轴向力之和放松端=本身的派生轴向力Fd2Fd1Fae21R2R1右边压紧左边压紧判断压紧、放松端时要注意正、反装例２:一对反装7312AC轴承,R1＝5000N,R2＝8000N，Fae＝2000N，由1轴承指向2轴承，求Fa1、Fa2。解：①画安装简图→Fd2与Fae同向求Fd1，Fd2②求Fa1，Fa2∵Fd2＋Fae＝5440＋2000＝7440N＞Fd1＝3400NFa1＝Fd2＋Fae＝7440NFa12＝Fd2＝5440NFd1＝0.68R1＝0.68×5000＝3400NFd2＝0.68R2＝0.68×8000＝5440NFd1Fd2Fae12R1R2轴承1被压紧轴承2被放松四.轴承寿命计算步骤求R1、R2例３:接上题,如果n＝960r/min,fP＝1.2,求轴承寿命。→求Fa1、Fa2→求P1、P2→求Lh(C′)解：查得7212AC轴承的C＝42800N，e＝0.68Fa1／R1＝7440／5000＝1.488＞eX1＝0.41，Y1＝0.87P1＝fP(X1R1＋Y1A1)＝1.2(0.41×5000＋0.87×7440)＝10227.36NFa2／R2＝5440／8000＝0.68=eP2＝fPR2＝1.2×8000＝9600NX2＝1,Y2＝0∵P1＞P2∴Ⅱ轴承危险Fa1＝7440NFa2＝5440NR1＝5000N,R2＝8000NhPCnLh127236.1022742800960166671666731五、滚动轴承的静载荷当量静载荷：P0=X0Fr+Y0Fa按轴承静载能力选择轴承C0≥S0P0S0查表15—8