滚动轴承设计

滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件，具有摩擦阻力小、起动容易、效率高等优点，因而在各种机械中得到广泛的应用。滚动轴承已标准化，在一般机械设计中，只需根据具体工作条件正确地选择轴承的类型和尺寸，并进行轴承组合设计。轴减速器轴承轴承的作用:支承轴和轴上零件轴颈轴颈滚动轴承滚动轴承轴承盖轴承盖型号（尺寸）选择——重点类型选择本章的主要内容：1．滚动轴承选择难点：角接触轴承轴向载荷FA的确定轴承寿命计算——重点2．滚动轴承部件组合设计包括轴承内外圈固定、间隙调整、轴承配合、轴承装拆、润滑与密封等——重点一、滚动轴承的基本结构滚动轴承(rollingbearing)的基本结构由外圈、内圈、滚动体(rollingelement)和保持架(cage)组成。外圈—装在轴承座孔内，一般不转动。内圈—装在轴颈上，随轴转动。滚动体—滚动轴承的核心元件。保持架—将滚动体均匀隔开，避免摩擦。§20-1概述球圆柱滚子滚针球面滚子圆锥滚子常用的滚动体形状轴承内径d——轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是轴承公称直径；轴承宽度B——轴承两端面间的轴向距离。轴承外径D——轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；滚动轴承的主要尺寸DdB接触角是滚动轴承的一个主要参数，滚动轴承的分类以及受力分析都与接触角有关。二、滚动轴承的主要类型轴承的公称接触角α: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，反映轴承承受轴向载荷的能力。公称接触角(nominalcontactangle)越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。α各类球轴承的接触角轴承类型向心轴承：主要承受径向负荷推力轴承：主要承受轴向负荷径向接触向心角接触推力角接触轴向接触公称接触角αα=0000α≤450450α900α=900图例ααα按轴承所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为：径向接触轴承，α=00。1．向心轴承：主要承受径向载荷向心角接触轴承00≤α≤450。2．推力轴承：主要承受轴向载荷轴向接触轴承α=900。推力角接触轴承450＜α＜900。向心轴承α推力轴承α滚动轴承的主要类型和特点1.调心球轴承——主承径向负荷FR，也能承受少量的双向轴向负荷FA，具有调心性能，θ=0.50~20。FRFAFAFRFAFA2.调心滚子轴承——主承径向负荷FR也能承受少量的双向轴向负荷FA，具有调心性能，θ=0.50~20类型代号：（10000）类型代号：（20000）FRFAFAFRFA结构特点：内外圈可分离；3.推力调心滚子轴承——可承很大的轴向负荷FA和一定径向负荷FR，具有调心性能，允许轴线偏20~30。使用要求：成对使用。类型代号：（30000）4.圆锥滚子轴承——能承受较大的径向负荷FR和单向的轴向负荷FA。类型代号：（29000）α正装（面对面安装）圆锥滚子轴承安装形式一：安装形式简图：反装（背对背安装）圆锥滚子轴承安装形式二：反装简图松圈松圈5.推力球轴承51000——单向推力球轴承，只能受单向FA类型代号：（50000）52000——双向推力球轴承，能受双向FAFA5100052000紧圈结构特点：由紧圈（内孔较小，装在轴上）松圈（内孔较大，装在机座上）和滚动体组成，套圈与滚动体可分离。承载类型——只能受轴向负荷FA松圈紧圈滚动体FAFA6.深沟球轴承承载类型——能同时承受径向负荷FR与单向轴向负荷FAFRFAFAFRFA承载类型——主要承受径向负荷FR，也可同时承受少量双向轴向负荷FA类型代号：（60000）7.角接触球轴承类型代号：（70000）使用要求：成对使用α正装（面对面安装）角接触轴承安装形式一：正装简图反装（背对背安装）角接触轴承安装形式二：反装简图8.圆柱滚子轴承FR承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。结构特点：内外圈可分离类型代号：外圈无挡边圆柱滚子轴承（N0000）双列圆柱滚子轴承（NN0000）FRN0000NN0000FRNA00009.滚针轴承类型代号：（NA0000）结构特点：内外圈可分离，可以没有保持架。承载类型——只能承受径向负荷FR，不能承受轴向负荷。轴承代号组成：由基本代号、前置代号、后置代号构成。三、滚动轴承的代号轴承代号前置代号后置代号×（数字或字母）×（数字）×（数字）××（数字）类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号结构形状尺寸公差技术要求成套轴承分部件基本代号1、基本代号调心球轴承——1（1）类型代号调心滚子轴承——2推力调心滚子轴承——2圆锥滚子轴承——3推力球轴承——5深沟球轴承——6角接触球轴承——7圆柱滚子轴承——N滚针轴承——NA（2）尺寸系列代号直径系列代号向心轴承推力轴承宽度系列代号高度系列代号0（窄）1（正常）2（宽）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）尺寸系列代号2（轻）021222729212223（中）031323739313234（重）04142474941424d02031324DDDBBBB同一公称内径d，不同尺寸系列轴承的外径D和宽度B变化情况（3）轴承公称内径代号d20mm的轴承d=10mm轴承——代号：00d=12mm轴承——代号：01d=15mm轴承——代号：02d=17mm轴承——代号：03d=20mm～480mm的轴承：的商轴承内径轴承代号为5：dd为：22、28、32及d500mm以上轴承代号：（/内径毫米）直接表示×（数字或字母）×（数字）×（数字）××（数字）类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号1、基本代号圆锥滚子轴承:3推力球轴承:5深沟球轴承:6角接触球轴承:7圆柱滚子轴承:N窄:0正常:1宽:2特低：7低：9正常：1（单向）正常：2（双向）轻：2中：3重：4特宽：3特宽：4特宽：5特宽：6d20mm的轴承d=10mm代号：00d=12mm代号：01d=15mm代号：02d=17mm代号：03d=20mm～480mm的轴承的商轴承内径代号5：dd为：22、28、32及d500mm以上轴承代号：/内径毫米表示特轻：0特轻：1调心球轴承:1调心滚子轴承:2推力调心滚子轴承:29滚针轴承:NA2、后置代号后置代号12345678内部结构密封与防尘套圈变型保持架及材料轴承材料公差等级游隙配置其他C：角接触球轴承，α=150AC：角接触球轴承，α=250B：角接触球轴承，α=400B：圆锥滚子轴承，接触角加大E：加强型/P0：0级（省略不标）/P6：6级/P6X：6X级/P5：5级/P4：4级/P2：2级6（0）206（/P0）33215E（/P0）公差等级为0级加强型轴承内径d=75mm尺寸系列3，2为特宽轻系列圆锥滚子轴承解答：轴承内径d=30mm尺寸系列（0）2,为窄轻系列深沟球轴承公差等级为0级例1：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。7（0）312C（/P0）51410/P6公差等级为6级轴承内径d=50mm尺寸系列14,为正常高度、重系列单向推力求轴承解答：轴承内径d=60mm尺寸系列（0）3,为窄中系列深沟球轴承公差等级为0级α=150例1：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义。四.滚动轴承类型的选择承轻、中及较小波动载荷的场合——选球轴承承重及较大波动的载荷的场合——选滚子轴承一）根据轴承所受的载荷选载荷的大小、性质载荷的方向深沟轴承（6类）圆柱滚子轴承（N类）及滚针轴承（NA类）纯径向负荷可选用纯轴向负荷——可选用推力轴承（5类）同时受径向负荷和轴向负荷时径向负荷为主——可用深沟球轴承（6类）径向负荷，轴向负荷都很大角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）可用推力调心滚子轴承（29类）也可用圆柱滚子N类（或深沟球轴承6类）与推力轴承（5类）联合使用。轴向负荷很大径向负荷较小转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时——宜选用球轴承转速较低、负荷较大或有冲击载荷时——宜选用滚子轴承二）轴承的转速当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用调心球轴承或调心滚子轴承。三）调心性能的要求四）安装和拆卸方便一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内外圈可分离的轴承五）考虑经济性调心轴承简图轴孔不平行调心轴承支承情况轴孔不平行普通轴承支承情况轴孔不同轴调心轴承支承情况轴孔不同轴普通轴承支承情况受载挠曲变形调心轴承支承情况受载挠曲变形普通轴承支承情况§20—2滚动轴承的载荷、应力、失效形式和设计准则一．滚动轴承的受力及应力分析（以深沟球轴承为例）FR当深沟球轴承承受径向力FR时，由于各接触点存在着弹性变形，使内圈沿FR方向下移一距离δ。只有下半圈滚动体受载，上半圈动体不受载。沿FR作用线上滚动体受载最大（FQ），而邻近的滚动体受载逐渐减小（FQFQ1FQ2)FQ2FQFQ1FQ1FQ2一）受力分析二）轴承工作时元件上应力的变化滚动体——当滚动体进入承载区后，所受负荷就由零逐渐增大到最大，然后，再逐渐减小到直至零。因此，对滚动体某一点而言，它的应力是周期性不稳定变化的。转动的内圈——其上各点的受载情况类似于滚动体。因此，旋转圈上任一点的应力是周期性不稳定变化的。固定的外圈——各点所受应力随位置不同而大小不同，对位于承载区内的任一点，当每个滚动体滚过一次便受载一次，而所受负荷和应力的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环应力。滚动轴承工作时，一般是内圈转动，外圈固定。Ht0Ht0Ht0通过承载区时间通过非承载区时间通过承载区时间通过非承载区时间滚动体应力的变化内圈应力的变化外圈应力的变化1．疲劳点蚀滚动轴承工作时，由于它的内圈、外圈和滚动体上任意点的接触应力都是变化的，工作一定时间后，其接触表面就可能发生疲劳点蚀。点蚀发生后，噪声和振动加剧，发热严重，致使轴承失效。一般在安装、润滑和密封正常的情况下，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。二.滚动轴承的失效形式及计算准则一）失效形式2．塑性变形转速很低或间歇往复摆动的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，但在很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，以致表面出现塑性变形（凹坑），运转精度降低，并会出现振动和噪声而不能正常工作3．磨损在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作时易发生磨损。转速愈高，磨损愈严重。轴承磨损后会降低旋转精度，甚至失效。对一般工作条件下的回转滚动轴承——经常发生点蚀，主要进行寿命计算，必要时进行静强度校核；对于不转动、摆动或转速低（n≦10r/min）的轴承，要求控制塑性变形，只需进行静强度计算；对于高速轴承——由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常常是突出的矛盾，除进行寿命计算外，还需校验极限转速。二）计算准则基本额定寿命(basicratinglife)：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转过的总转数，用L10表示，或用一定转速下运转的总小时效Lh表示。§20—3滚动轴承的寿命计算目的：防止轴承在预期工作时间内产生疲劳点蚀破坏。寿命：指轴承中任一滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所工作的工作小时数。一、滚动轴承寿命计算的基本公式P—当量动载荷，N；L10—基本额定寿命，(r)；ε—寿命指数，球轴承ε＝3，滚子袖承ε＝10／3。标准规定，在基本额定寿命L＝(106r)，轴承能承受的载荷值称为基本额定动载荷，用C表示。则公式可写成PεL10＝Cε×106，故得：PεL10=常数n—轴承的工作转速，r／min；L10—基本额定寿命，r；C—基本额定动载荷，N。当t≤1200时，C值可查有关手册；当t120℃时，需引入温度系数ft来修正C值，则Ct＝C×ft，ft可查表20—8。L10=106)(PC或二、滚动轴承的当量动载荷滚动轴承可能同时承受径向和轴向复合载荷，为了计算