滚动轴承的特点及类型

§11-4滚动轴承的特点及类型滚动轴承的主要特点：滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。故学习本章的目的主要解决三个问题：1、如何选择滚动轴承的类型；2、滚动轴承的寿命计算；3、滚动轴承组合设计；●摩擦阻尼小，启动灵活；●可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；●径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高；●互换性好，易于维护。缺点：●抗冲击能力较差；●高速时噪声大，寿命较低；●径向尺寸大。滚动轴承的主要类型：1、按承载方向和公称接触角分为：滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角，称为公称接触角。向心轴承：0°≤α≤45°，主要承受径向载荷；径向接触轴承——α＝0°的向心轴承；向心角接触轴承——0°α≤45°的向心轴承；径向接触轴承向心角接触轴承推力轴承：45°α≤90°，主要承受轴向载荷；轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承推力角接触轴承——45°α90°的推力轴承2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承滚动轴承代号：前置代号基本代号后置代号类型代号尺寸系列代号内径代号用数字或字母表示1—调心球轴承3—圆锥滚子轴承5—推力球轴承6—深沟球轴承7—角接触球轴承N—圆柱滚子轴承由轴承的宽度系列和直径系列代号（2位数字）组成。宽度系列：直径系列：0—窄；0—特轻；1—正常；1—特轻；2—宽；2—轻；3、4—特宽；3—中；5、6—特宽。4—重。内径尺寸代号100012011502170320~500d/522、28、32及500以上/内径后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求，用字母或数字表示；如：接触角为150、250和400的角接触球轴承，分别用C、AC和B表示内部结构的不同。又如：轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、6级（6x）和0级，共5个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6（/P6x）和/P0。3,滚动轴承类型的选择(1)、根据载荷的大小及性质载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）；径向、轴向载荷－角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3)轴向载荷不大时，可用深沟球轴承载荷小或冲击小－选球轴承（点接触）；(2)、根据载荷的方向纯径向载荷－选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N)纯轴向载荷－选推力轴承（5或8）(3)、根据转速的高低转速高－选球轴承；转速低－选滚子轴承；(4)、根据回转精度精度要求高－选球轴承；(5)、根据调心性能轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承——选调心轴承（“1”类或“2”类）；§11-5滚动轴承的寿命计算一、滚动轴承的载荷分析各滚动体上的受力情况如何？FaQiQj当轴承仅受到纯轴向力Fa作用时：载荷由各滚动体平均分担，即：Qi＝Qj当轴承仅受到纯径向力Fr作用时：接触点产生弹性变形，内圈下沉δ，FrδQ2QmaxQ1Q2Q1最多只有半圈滚动体受载。承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。rFzQ5max对于点接触轴承：rFzQ6.4max对于线接触轴承：滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，因此：可看成脉动循环变应力。全部滚动体个数滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。二、滚动轴承的失效形式1、疲劳点蚀——最主要的失效形式防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。2、塑性变形——低速轴承的主要失效形式原因是载荷过大或冲击载荷作用。3、磨损、胶合、保持架断裂等使用维护不当而引起的，属于非正常失效。三、设计准则一般转速的轴承转速极低或仅作缓慢摆动的轴承—进行寿命计算，防止点蚀破坏—按静强度计算，防止塑性变形四,滚动轴承的寿命计算公式(一)、基本概念●轴承寿命轴承中任一元件出现疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数。●基本额定寿命一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中90％的轴承不发生疲劳点蚀前所经历的总转数或总工作小时数。90％10％用L10表示。完好按基本额定寿命选用轴承，可靠性为90％注意：额定寿命随运转条件而变化。比如：外载增大，额定寿命降低。因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。●基本额定动载荷规定轴承在基本额定寿命L10为106转时，所能承受的最大载荷，用C表示。即：在C的作用下，运转106转时，有10％的轴承出现点蚀，90％的轴承完好。额定动载荷越大轴承的承载能力越大对于具体轴承，C为定值，按手册查取。(二)、寿命计算目的—根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸。L10106rPCP11L1轴承的疲劳曲线L2P2载荷与额定寿命的关系曲线：常数10LP式中：P为当量动载荷；L10为P作用下的额定寿命。ε为寿命指数，球轴承ε＝3，滚子轴承ε＝10/3。Cr－向心轴承的基本额定动载荷，称为径向基本额定动载荷。Ca－推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向基本额定动载荷。所以：rPCL61010实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：hPCnLh60106轴承的转速或：NnLPCh61060－已知轴承的C，计算额定寿命－根据预期寿命Lh′，计算所需的C′当工作温度高于120℃时，C值会下降，用温度系数ft修正：hPCfnLth60106预期寿命61010CLP当载荷为额定动载荷C时：所需额定动载荷或：NnLfPCht61060寿命计算时，应满足：(三)、当量动载荷P的计算hhLL计算寿命预期寿命或：CC所选轴承的额定动载荷所需的额定动载荷对于向心轴承，C为径向载荷；对于推力轴承，C为轴向载荷。但轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa。FaFr为了与C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。当量动载荷：一假想载荷，与C同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用P表示。计算式：arYFXFPX－径向系数Y－轴向系数查表11－10X、Y的作用是将Fr、Fa折合成当量动载荷。实际工作条件下，需引入载荷系数fp修正P：aFPX、Y取决于：Fa/Fr和参数e。若：Fa/Fr＞eX≠0、Y≠0若：Fa/Fr≤eX＝1、Y＝0参数e根据Fa/C0确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。基本额定静载荷对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：rFP对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：)(arpYFXFfP或：rpFfPapFfP(四)、向心角接触轴承轴向载荷Fa的计算1、角接触轴承的派生轴向力SSFrQiRiSi径向载荷Fr的计算见轴系受力分析，即：22VHrRRFRV1RV2RH1RH2FRFAFT?AaFF而：向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分力S。OO－支反力作用点，即法线与轴线的交点。αtg25.1rFS表11－12给出了S的近似计算方法。角接触球轴承派生轴向力：注意S的方向2、角接触轴承的排列方法为使S得到平衡，角接触轴承必须成对使用。一般有两种安装形式：●正装－面对面安装两轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对。●反装－背靠背安装两轴承外圈的宽边相对，即派生轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；反装时跨距长，轴刚度小；问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。FAS1S2FAS1S23、角接触轴承的轴向载荷Fa当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷Fa＝？要同时考虑轴向外载FA和派生轴向力S。Fr2Fr1S2和S2′都是右轴承所受的力，故：①轴承正装时：●若S1+FAS2S1S2FAS2′圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：12轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，使得221SSFSA222SSFa使轴向力平衡，故：右轴承被压紧，会产生反力S2′，而左轴承被放松，11SFaFr1Fr2即：Fa1=S1（放松端）Fa2=S1＋FA（压紧端）合力AFS1●若S1+FAS2S1S2FAS1′12轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，211SSFSAS1和S1′都是左轴承所受的力，故：111SSFa使轴向力平衡：故：左轴承被压紧，会产生反力S1′，而右轴承被放松，22SFa即：AaFSF2122SFa（压紧端）（放松端）合力AFS2FAS1′S1S212②轴承反装时：●若S2+FAS1轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力S1′，使轴向力平衡：AFSSS211∴AaFSF2122SFa（压紧端）（放松端）FAS2′S1S212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右轴承被压紧，会产生反力S2′，使轴向力平衡：221SFSSA●若S2+FAS1，11SFaAaFSF12（放松端）（压紧端）∴归纳如下：根据排列方式判明派生轴向力S1、S2的方向；判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和。对于能够承受少量轴向力而α＝0的向心轴承：（如深沟球轴承）FAFr1Fr2因为：α＝0,S1＝0，S2＝0所以：Fa＝FA图中：Fa1＝0Fa2＝FA§11-6滚动轴承的静强度计算目的—防止轴承元件发生塑性变形针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承基本额定静载荷C0：限制塑性变形的极限载荷值对向心轴承为C0r－径向基本额定静载荷对推力轴承为C0a－轴向基本额定静载荷静强度条件：000SPCP0－当量静载荷S0－静强度安全系数，见表11－13arFYFXP000径向系数轴向系数X0、Y0－查表11－14§11-7滚动轴承的组合设计组合设计的内容包括：①固定实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，②调整③配合与装拆④润滑与密封一、滚动轴承的轴向固定组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。重点：轴承的固定方法和调整。防止轴系发生轴向蹿动。常用三种固定方法：两端固定一端固定、一端游动两端游动1、两端固定这是最常见的固定方式。两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。适合于工作温升不高的短轴（跨距L≤400mm）考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙C。mm4.0~2.0C对于深沟球轴承：2、一端固定、一端游动对于向心角接触轴承：其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多。图上可省略不画。适合于工作温升高的长轴（跨距L＞400mm）固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。固定支点Fa不大→深沟球轴承（6）Fa较大→一对角接触轴承（3、7）Fa和Fr均大→推力轴承与向心轴承组合游动支点深沟球轴承（6）－内圈轴向需固定圆柱滚子轴承（N）－内、外圈轴向均需固定注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。为什么？为什么“N”类轴承作游动支点时外圈亦需轴向固定？为什么在“两端固定”结构中，内圈不需作轴向固定？一根轴上的两个轴承都不进行轴向固定。3、两端游动主要用于人字齿轮传动中的小齿轮轴。因为人字齿轮的左、右螺旋角不可能绝对相等，为使啮合传动时轮齿受载均匀，故应允许小齿轮轴系能做少量的轴向移动。此时，大齿轮轴进行了两端固定。而小齿轮轴系，其轴向位置的约束靠人字齿的形锁合来保证。垫片调整1、间隙的调整与控制二、滚动轴承组合的调整为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。通过增、减垫片厚度来调整间隙。如何调整至规定间隙？螺钉调整用于轴向力不是太大的轴承组合。2、轴系部件位置的调整使轴上零件处于准确的工作位置。通常用垫片调整3、角接触轴承的预紧预紧－安装时对轴承施加一轴向力（预紧力）目的－提高回转精度和支承刚度方法－金属垫片、磨窄套圈等——同一支点成对安装预紧结构内圈与轴颈1、滚动轴承的配合三、滚动轴承的配合及装拆采用基孔制，孔的配合代号不用标注