内蒙古工业大学机械设计课件第十三章

第十三章滚动轴承滚动轴承代号表示方法滚动轴承的工作能力分析滚动轴承的选用（类型、尺寸、组合）轴及滚动轴承轴系结构设计本章要解决的问题§13-1概述一、滚动轴承的组成外圈内圈保持架滚动体保持架作用：均匀隔开滚动体，避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。滚动体的形状冲压保持架保持架的类型实体保持架1、摩擦系数小；2、起动阻力小；3、已经标准化、易于互换；4、选用、润滑、维护方便；5、效率高。材料：内、外圈及滚动体采用轴承铬钢；硬度：热处理后不低于60HRC；滚动轴承的材料1、抗冲击能力差；2、高速时出现噪声；3、工作寿命短。二、滚动轴承的特点优点：缺点：§13－2滚动轴承的主要类型及其代号一、滚动轴承的主要类型、性能与特点1、滚动轴承的分类1）按承受载荷方向分向心轴承：主要承受径向载荷Fr的轴承；推力轴承：只能承受轴向载荷Fa的轴承；向心推力轴承：既能承受径向载荷Fr又能承受轴向载荷Fa的轴承。FrFrFaFaβ座圈轴圈接触角α载荷角(d)(c)(b)(a)=90°45°90°0≤45°=0向心轴承径向力向心角接触轴承推力角接触轴承推力轴承径向力（主要）轴向力径向力轴向力（主要）轴向力2）按接触角分3）按滚动体形状分球轴承滚子轴承2、常用滚动轴承的类型、主要性能和特点见表13-1∣内部结构代号二、滚动轴承的代号前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号(字母+数字)五四三二一∣轴承分部件代号∣内径代号∣宽度系列代号∣直径系列代号∣类型代号∣其他代号∣公差等级代号∣特殊轴承材料代号∣保持架及材料代号∣密封与防尘代号∣游隙代号代号组成：基本代号前置代号后置代号1、基本代号1）轴承的内径——基本代号右起一二位数字表示a）d=10，12，15，17mm时代号00010203表示b）d=20~480mm时d=代号×5(mm)2）尺寸系列——基本代号右起三、四位数字表示直径系列有7、8、9、0（特轻）、1（特轻）、2（轻）、3（中）、4（重）、5a）直径系列代号——右起第三位数字表示d直径系列指结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化。2）宽度系列代号——右起第四位数字表示宽度系列为0系列时，在多数轴承中不标出0，但对调心滚子轴承和圆锥滚子轴承，宽度系列代号0应标出。宽度系列指结构、内径和直径系列相同的轴承在宽度方面的变化。向心轴承推力轴承宽度系列代号高度系列代号（0）1212窄正常宽正常直径系列和宽度系列代号统称为尺寸系列代号3）轴承类型代号13567N—深沟球轴承—圆锥滚子轴承—角接触球轴承—调心球轴承—圆柱滚子轴承—推力球轴承基本代号右起第五位，用字母或数字表示。2、后置代号1）内部结构代号：如对角接触球轴承，后置代号C、AC、B表示接触角分别为15°、25°、40°；2）公差等级代号：分别用符号/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6、/P0，从高级到低级分别表示2级、4级、5级、6x级、6级、0级，6x级仅使用于圆锥滚子轴承，0级为普通级，不标出；3）游隙代号：分别用符号/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示轴承径向游隙组别为1组、2组、3组、4组、5组，游隙依次从小到大，常用游隙组为0组，不标出。3、前置代号表示轴承的分部件，用字母表示L：可分离轴承的可分离套圈K：滚动体与保持架组件轴承代号举例∣接触角α为40°7302B/P4∣内径尺寸15mm∣尺寸系列03∣角接触球轴承∣4级公差6210∣正常结构∣尺寸系列02∣内径为50mm∣深沟球轴承∣0级公差∣0组游隙∣0组游隙§13－3滚动轴承类型的选择——角接触球轴承7类（n较高时）同时受Fr和Fa均较大时——圆锥滚子轴承3类（n较低时）Fr较大，Fa较小时Fa较大，Fr较小时——深沟球轴承——深沟球轴承+推力球轴承推力角接触轴承影响因素：工作载荷、转速、支承刚性、安装1、n高，载荷小，旋转精度高→球轴承n低，载荷大，或冲击载荷→滚子轴承2、主要受Fr→向心轴承主要受Fa，n不高时→推力轴承3、要求nnlim——极限转速6、7、N——nlim较高5——nlim较低4、轴的刚性较差，轴与轴承孔不同心——调心轴承5、便于装拆和间隙调整——内、外圈不分离的轴承6、3、7两类轴承应成对使用，对称安装7、旋转精度较高时——较高的公差等级和较小的游隙8、优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承§13－3滚动轴承类型的选择（续）§13－4滚动轴承的工作情况研究对象：向心轴承、角接触轴承和圆锥轴承工作时，元件上的载荷分布和变化情况。一、轴承工作时轴承元件上的载荷分布1、受轴向载荷Fa各滚动体平均分担2、受径向载荷Fr承载区：各滚动体从开始受力到受力终止所对应的区域FN1FN1FN2FN2FN0Frn上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力二、轴承工作时轴承元件上的载荷及应力变化滚动体——不稳定脉动循环变应力固定套圈——稳定的脉动循环变应力tFNi,H进入承载区进入非承载区FNi,Ht三、轴向载荷对载荷分布的影响FdFaOFNi'FNiFdi角接触轴承Fr角接触轴承的派生轴向力FdFd方向——有使内、外圈分离的趋势。∴要成对使用、对称安装①当只有最下面一个滚动体受载时tanrdaFFF②受载滚动体增多时在同样Fr作用下，派生轴向力Fd↑tantanr1Ni1didFFFFninitanrdaFFF结论tanraFF1、角接触轴承及圆锥滚子轴承必须在Fr和Fa的联合作用下工作，或成对使用对称安装。2、为使更多的滚动体受载应使：3、Fr不变时，Fa由最小值（一个滚动体受载）逐渐增大（即载荷角增大），则受载滚动体数↑4、实际工作时，至少达到下半圈滚动体受载。∴安装3和7类轴承不能有较大的轴向窜动量。当，下半圈滚动体受载；tan25.1raFF当，滚动体全部受载。tan7.1raFF§13－5滚动轴承尺寸的选择1）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一、滚动轴承的失效形式及基本额定寿命1、失效形式3）磨损：润滑不良、密封不严、多尘条件寿命计算静载荷计算润滑，散热，限制最高转速对策2、轴承的寿命：单个轴承，其中一个套圈或滚动体材料首次出现疲劳扩展之前，一套圈相对于另一套圈的转数称为轴承寿命。3、轴承的基本额定寿命：按一组轴承中10％的轴承发生点蚀破坏，而90％的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以106为单位）或小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命称为基本额定寿命（L10）。二、滚动轴承的基本额定动载荷基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命等于106次时，轴承所能承受的载荷值，用符号C表示。向心轴承：径向基本额定动载荷Cr推力轴承：轴向基本额定动载荷Ca角接触轴承或圆锥滚子轴承：使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。三、滚动轴承寿命的计算公式轴承寿命计算考虑的问题：1、P=C，其基本额定寿命为106，P≠C，轴承的寿命？2、轴承承受的载荷为P，要求轴承的寿命具有预期寿命L'h，C＝？)(10PCL)(60106hPCnLε－指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3预期寿命L'h取定，所需轴承应具有的基本额定动载荷为：6h10'60nLPC轴承的寿命曲线工作温度较高，轴承基本额定动载荷C有所降低，须乘以温度系数ft)(t10PCfL)(6010t6hPCfnL6ht10'60nLfPC四、滚动轴承的当量动载荷向心轴承：径向当量动载荷Pr=Fr推力轴承：轴向当量动载荷Pa＝Fa一般轴承：当量动载荷P＝XFr+YFaX，Y径向动载荷系数和轴向动载荷系数，见表13-5P＝fP（XFr+YFa）Pa＝fPFaPr=fPFr引入载荷系数fP，见表13-6。FrFaFrFa)(6010t6hPCfnL6ht10'60nLfPC五、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr和轴向载荷Fa的计算1、轴承的安装方式a)正装（面对面）适合于传动零件位于两支承之间b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2Fd112FaeFd2Fd2Fd1Fr1Fr2FreFaeFd1Fd2FaeFre21Fd1Fd2FaeFr1Fr2d1d2aeFFFd1d2aeFFF轴承有向左窜动趋势，1被“压紧”，2被“放松”d2aea1FFFd2a2FF轴承有向右窜动趋势，2被“压紧”，1被“放松”d1a1FFaed1a2FFFd1d2aeFFF2、轴向载荷的确定结论：实际轴向力Fa的计算方法1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力。七、滚动轴承的静载荷当量静载荷：P0＝X0Fr+Y0FaX0，Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数基本额定静载荷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的载荷（C0r或C0a）。轴承静载荷计算公式：C0≥S0P0八、不同可靠度时滚动轴承寿命的选择为计算不同可靠度时轴承的寿命，引入寿命修正系数a1，见表13-9101LaLn)(601016nPCnaL611060anLPCn例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈d0=30～35mm；齿轮分度圆直径d=45mm，Ft=3000N，Fr=1200N，Fa=900N；n=600rpm，中等冲击载荷；计算轴承寿命。垂直平面Rr1=Rr2=6005050NFr15525.3971500221NFr17015.8021500222Fr1Fr2FaRr1Rr2Ra1Ra2FrRt1Rt2Ft1、计算径向力C=43.2kN，e=0.37，Y=1.6水平平面Rt1=Rt2=1500Ra1=Ra2=202.5则RV1=397.5，RV2=802.5解：选取轴承型号“30206”轴承1放松：轴向力Fa1=Fd1=485N轴承2压紧：轴向力Fa2=Fae+Fd1=1385N3、计算当量动载荷Fr1Fr2FA=900NFd1Fd2NYFF4856.12155221r1dNYFF5326.12170122r2d21P2=fP(XFr2+YFa2)=1.5(0.41701+1.61385)=4345N2、计算轴向力0131.015524851r1aYXeFF6.14.081.0170113852r2aYXeFFP1=fPFr1=1.51552=2328N由手册C=43.2kN，e=0.37，Y=1.6Fae+Fd1=1385Fd2=532N4、计算寿命hPCnL469939)232843200(60016667)(60103/10161hPCnL58706)434543200(60016667)(60103/10262§13－6轴承装置的组合设计要想保证轴承顺利工作，除了正确选择轴承类型和尺寸外、还应正确设计轴承装置。轴承装置的设计主要是正确解决轴承的安装、配置、紧固、调节、润滑、密封等问题。一、支承部分的刚性和同心度提高支承刚度的措施：1）增加轴承座孔的壁厚2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂支点悬臂大减小悬臂加筋板3）采用加强筋加强支承部位的刚性保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法1）整体