滚动轴承设计计算

深沟球轴承推力轴承向心推力轴承向心轴承圆锥滚子轴承角接触球轴承滚子球球球推力球轴承α=0FrFR0＜α≤450FAFAFaFSα=900α接触角越大,派生Fs越大FrNαFRNFSFRαFr保持架双列球轴承调心轴承调心轴承按滚动体列数分：1、单列2、双列第六章滚动轴承§1.概述§2.滚动轴承的受力分析、失效和计算准则§3.滚动轴承的寿命计算§4.滚动轴承的组合结构设计一、功能轴轴上零件解决运动和支承问题2、以滚动摩擦代替滑动摩擦，以减少运动副间的摩擦,使之运转灵活，提高效率。1、支承转动或摆动的零件二、组成球短圆柱滚子锥形滚子鼓形滚子滚针不可缺少内圈转外圈不转--支承转轴；外圈转，内圈不转--支承轴上零件.1、滚动体2、内圈3、外圈4、保持架低碳钢；铜、铝、工程塑料轴承铬钢GCr15，硬度60~65HRC三、滚动轴承的分类:③按载荷分类:向心轴承、向心推力轴承、推力轴承①滚动体分类圆柱、滚针圆锥鼓形②滚动体列数分类:单列、双列承载能力：最大转速：小大小大调心轴承球、滚子四、滚动轴承的代号:前置代号基本代号后置代号五位数字表达部件代号结构特点前置代号、后置代号只有在对轴承有特殊要求时才使用。字母组成，表示轴承分部件代号8项内容(一)滚动轴承的基本代号内径代号直径系列宽度系列类型代号特轻—0，1轻—2中—3重—4正常0尺寸系列（二）后置代号内部结构密封及防尘保持架及其材料特殊轴承材料公差等级游隙代号多轴承配置其它1、内部结构：7类轴承，接触角有150、250、400三种，分别以C、AC和B表示。例：7000C（36000）、7000AC（46000）、7000B（66000）。2、公差等级：/P0、/P6X、/P6、/P5、/P4、/P2。/P0、普通级（G）不标出。/P2（B）、最高级。/P6X用于圆锥滚子轴承0、6、5、4、2=G、E、D、C、B例1：71224AC/P4----4级精度，内径为120mm，宽度系列为1的轻系列列角接触球轴承，接触角250。内径代号直径系列宽度系列类型代号特轻—0，1轻—2中—3重—4d=□□×5正常0尺寸系列例2：滚动轴承的基本代号6020662067311C角接触球轴承α=15°—Cα=25°—ACα=40°—B30310不标例3：下列轴承，哪个直径最大？哪些是球轴承？哪个是可调心的轴承?302106218N206513061205例4、滚动轴承30208型与7208比较承载能力—最大速度—例5、下列标记代表的意义：30310——7306AC——B—2240——08A—1x50——五、滚动轴承的选择（一）、常用轴承的主要特性球滚子承载能力：最大转速：小大小大类型选择1（二）滚动轴承的类型选择1、滚动轴承选择的一般过程如下：选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径对没有严格要求的轴承可不进行承载能力验算END进行承载能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承2、滚动轴承类型选择应考虑的问题1）承受载荷情况2）尺寸的限制方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用。大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。当对轴承的径向尺寸有较严格的限制时，可选用滚针轴承。5）安装要求3）转速的限制4）调心性要求一般情况下球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。是否需要内或外圈可分离。6）经济性要求精度越高价格越高，另外球轴承便宜，滚子轴承价格贵，有特殊结构的轴承价格高。7）游隙滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。径向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿径向从一极端位置移至另一极限位置的移动量。轴向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿轴向从一极端移至另一极限位置的移动量。3类型选择1、载荷大小、方向、性质2、转速要求3、尺寸限制4、安装要求5、经济性另外球轴承便宜，滚子轴承价格高，有特殊结构的轴承价格高。二、滚动轴承的应力分析三、滚动轴承的失效形式和计算准则一、滚动轴承的载荷分析§2滚动轴承的受力分析、失效和计算准则1）向心轴承：FR0max在径向力Fr的作用下深沟球60000圆柱滚子N0000半圈滚动体受载各滚动体受力不均受的最大力为FR0maxFr一、滚动轴承的载荷分析—2）推力轴承：承受纯轴向载荷Fa，各滚动体受力均匀单个滚子受载荷FA0=Fa/Z推力球轴承—50000。FaFA0FA03)向心推力轴承在承受径向载荷Fr时产生派生轴向力FS。它会使轴承产生内外圈分离，以致整个轴承只剩下一个滚子受载，此时FS=Frtanα。所以滚动轴承可以加轴向载荷Fa以平衡FS。FrFRiFSiαFRiFRi分析FS：1）FS是接触角α的函数，当α一定时，FS=eFr。系数e因轴承结构不同而不同。滚子轴承角接触球轴承7000C7000AC7000BFs=FR/(2Y）FS=eFRFS=0.68FRFS=1.14FRY和e查表2）FS使内外圈分开，减少承载滚子数目，使滚子受载增加，寿命下降。3）外载荷Fa不同时，对轴承的影响不同。1、取内圈上一点A。FrnABC2、外圈上一点B3、取滚子上一点C总的应力特征为：变应力，周期性。二、滚动轴承的应力分析—在交变应力下工作。变应力三、滚动轴承的失效形式和计算准则点蚀、塑性变形、其它非正常失效计算准则：1、n↑→点蚀失效为主→疲劳寿命计算→控制点蚀；n↑↑→粘着磨损或烧伤为主→疲劳寿命计算→再进行极限转速校核；2、n↓↓、间歇运动、重载→塑性变形为主→静强度计算3、其它非正常失效→轴承组合设计控制非….失效形式：§3.滚动轴承的寿命计算:一、几个概念：二、轴承的寿命计算：三、当量动载荷四、向心推力轴承的径向力Fr和轴向力Fa:（h）)(60106PCnLh)(ARpYFXFfPX=？Y=？e—α，α’FA1=？，FA2=？1.轴承寿命—一个轴承在载荷作用下，当其中任一元件首先出现点蚀时，所转过的总圈数，称为该轴承的疲劳寿命。一批轴承（相同型号、尺寸、材料和相同的制造工艺）在相同的工作条件下，失效概率为10%时，所能运转的总圈数，或在一定转速条件下所能工作的小时数，称为基本额定寿命。可靠度为90%，用L10或Lh表示。2.基本额定寿命—一、几个概念：寿命曲线可靠度寿命99%L10=105r90%L10=106r50%L10=5×106r1%L10=40×106r50%90%转数n载荷PL1L23.基本额定动载荷C—10%PLL=106CPL2L1寿命曲线方程CPLPL6221110C—实验条件·载荷平稳···常温＜100°c··可靠度90%····对向心、向心推力轴承是纯径向力；对推力轴承是纯轴向力。基本额定寿命为106(百万转)时,轴承所能够承受的最大纯径向或纯轴向载荷。二、轴承的寿命计算：（r）)(10610PCL球轴承ε=3滚子轴承ε=10/3且：载荷平稳;常温＜1000C可靠度90%;对向心、向心推力轴承是纯径向力；对推力轴承是纯轴向力。C—基本额定动载荷P—轴承所受动载荷指数ε：—当量动载荷工程上常用小时表示：（h）)(60106PCnLh当在高温（＞1000C）下工作,载荷有冲击时，引入—fT、fP：n—轴承的转速（h）)(60106PfCfnLPTh通式例66212轴承，承受径向力FR=5500N的平稳载荷，转速n=1250r/min，正常温度，试求寿命Lh。解：∵纯径载∴P=FR=5500Nh)()(60106PfCfnLPThC=47.8KN∵球轴承∴ε=3查手册：)h(5.8752)5.58.47(12506010)PC(n6010L366h∵正常温度平稳载荷∴fT=1；fP=1例7：轴径d=50mm,纯径向载荷FR=6000N,载荷平稳，常温下工作，转速n=1250r/min,预期寿命Lh=5000h.试选择此轴承.解：∵纯径载P=FR2,3,4？106C6210=27kNC6310=47.5kNC6410=71kNhPTLnPffC61060C≥C/=43.27（kN）∴选型号为6310轴承？∴60000或N0000，无特殊要求取60000查设计手册：KN27.43500010125060636∵正常温度平稳载荷∴fT=1；fP=1；球∴ε=3三、当量动载荷•1.当量动载荷•2.径向力影响系数X;轴向力影响系数Y•3.判断系数e值:)(ARpYFXFfP1、当量动载荷（寿命）KN①纯径向力FR,轴向力FA=0—(60000,N0000)②纯轴向力FA,径向力FR=0—(50000)径向力影响系数轴向力影响系数当轴承受载是:Y=1X=1RpFfPApFfP)(ARpYFXFfP③轴向力FA≠0,径向力FR≠0（60000，70000，30000）X=？Y=？)(ARpYFXFfP径向力影响系数——轴向力影响系数——3.判断系数e值:Fa≤FSX=1,Y=0Fa＞FSeFFRAeFFRAe反映轴向载荷对轴承寿命的影响RAFF以与e值进行比较。X＜1,Y＞0例8：某轴径d=20mm，采用向心推力圆锥滚子支承，轴承上作用轴向载荷FA=3.55KN，径载FR=4KN，工作寿命Lh=25000h，n=1250r/min，载荷平稳，试选择此轴承？解：试选30204，查手册（p117）e=0.35C=28.2kN=3.55/4=0.88e查手册X=0.4，Y=1.7。RAFF载荷平稳∴fP=1；常温∴fT=1；P=XFR+YFA=4×0.4+3.55×1.7=7.64kNCkNLnPffChTP5.31250001012506064.7106031066∴30204不适用再选30304查手册C=33kNC/=31.5KN,可以吗？不可以。∵此时e、x、Y、P值均发生了变化。选轴承30304查表：Cr=33kNX=0.4Y=2e=0.3P30304P=XFR+YFA=0.4×4000+2×3550=8700NhTPLnPffC61060C/=35.87＞Cr30304仍不能用。C/L1L=106CPL90%解决方法：3、降低寿命4、降低可靠度1、增大直径-----会有一系列的影响2、选用宽系列轴承（1）α角不变的轴承X＜1,Y＞0X=1,Y=0eFFRAeFFRAe值是定值30000型----每一个轴承有一个确定的接触角70000AC型70000B型—接触角α=40°；e=1.14—接触角α=25°；e=0.68每一个轴承有一个相应的e值。例9：已知，平稳载荷FA=6700N，FR=2500N，分别求6210，6310轴承的P=？取fp=1C06210=23.2kN，C06310=38kN)(ARpYFXFfP分析：e≤＞α’=2.68RAFF0CFARAFFe=0.21e=0.19e＞Y=2.0Y=2.35X=0.56P=0.56×FR＋2×FA=14800P=0.56×FR＋2.35×FA=17145RAFF=0.29=0.180CFA0CFA查表四、向心推力轴承的径向力FR和轴向力FA:FrFR1FR2①FR1,FR2—支反力:FA1=0FA2=Fa②FA1,FA2=?1.对于60000轴承—FrFaⅠⅡ由于结构的原因，在Fa作用下整个轴系右移只有轴承Ⅱ承受轴向载荷。2.对70000,30000轴承轴系受力FS1,FS2、FaFS1+Fa＞FS2轴系有向右移动趋势受压轴承Ⅱ—FA2=FS1+Fa放松轴承Ⅰ—FS1FS2S’S’FS2FS1FaⅡFrFaⅠⅡ假设：判断承载轴承—方向与FS2反向—方向与FS1反向FA1=FS1FA1,FA2=?FR1FR2FA1FA2Fs1Fs2S/Fa假设：FS1+Fa＜FS2S’FS2－Fa轴系向有左移动趋势受压轴承Ⅰ—FA1=FS2－Fa放松轴承Ⅱ—FA2=FS2判断承载轴承Ⅰ＋S’FS1FrFaⅠⅡFS1FS2FR