33滚动轴承

第12章滚动轴承基本要求：1．能正确地选择轴承的代号。2．能根据选定的轴承合理地设计出轴承装置。重点和难点：重点：1．滚动轴承的选择，滚动轴承的寿命计算。2．轴承组合结构设计。难点：滚动轴承的寿命计算。§12-1概述§12-2滚动轴承的类型与选择§12-3滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则§12-4滚动轴承的寿命计算§12-5滚动轴承的静载荷计算§12-6滚动轴承的组合设计§12-7滚动轴承的润滑和密封§12-8滚动轴承例题分析第12章滚动轴承类型和代号1滚动轴承的类型与选择一、滚动轴承的分类夹角α叫作轴承的接触角；夹角β叫作载荷角。◆按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承；◆按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承；◆按轴承的结构形式不同分类：类型和代号2滚动轴承的类型与选择在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列６类:深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承更多的滚动轴承虚拟现实中的滚动轴承类型和代号3二、滚动轴承的代号方法滚动轴承的类型与选择前置代号基本代号后置代号轴承的分部件代号内部结构代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号特殊轴承材料代号公差等级代号游隙代号多轴承配置代号其它代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号滚动轴承代号构成：代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。前置代号——表示轴承的分部件。基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。◆类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。类型和代号4◆内径代号：内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=5×08=40mm。◆公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级不标注。◆游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。滚动轴承的类型与选择高级低级游隙值：小大内径d10121517代号00010203特殊情况：◆尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。外径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。类型和代号5滚动轴承的类型与选择三、轴承代号示例6308：6─深沟球轴承，3─中系列，08─内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N105/P5：N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=15°；30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；6103：6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。类型代号表滚动轴承主要类型代号表6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型滚动轴承的类型与选择类型选择1滚动轴承的类型选择选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。一、滚动轴承选择的一般过程如下：对没有严格要求的轴承可不进行承载能力验算END进行承系能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承类型选择2滚动轴承的类型与选择三、滚动轴承类型选择应考虑的问题1．轴承的载荷3．轴承的调心性能方向：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周向力联合作用。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。调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。2．轴承的转速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。类型选择2滚动轴承的类型与选择三、滚动轴承类型选择应考虑的问题4．安装和拆卸当轴承座没有剖分面而且必须沿轴向安装和拆卸轴承时，可优先选用内外圈可分离的轴承（如N类、NA类、3类等）。当轴承安装在长轴上时，可以选用内圈孔为圆锥孔（用以安装在紧定衬套上）的轴承（图12-5），这样便于装拆。图12-5安装在圆锥紧定套上的轴承工作情况1一、轴承元件上的载荷分布与应力的变化滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜。如右图所示，径向载荷Fr通过轴颈作用于内圈，由下半圈的滚动体将此载荷传到外圈上（承载区）。此时，内圈将下沉一个距离δ0，不在Fr作用工作时，轴承各个元件上载荷及产生的应力是时时变化的，而固定套圈受载最大处的工作状态最为恶劣。详细分析滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则线上的其它各点，下沉有效变形量应是δi=δ0cos(iγ)，i=1，2，．．．即有效变形量在Fr作用线两侧对称分布，向两侧逐渐减小。接触载荷也是在Fr作用线上的最下面一个滚动体受力最大，向两侧逐渐减小。0r1NFFnii根据力的平衡原理，所有滚动体作用在内圈上的反力FNi的向量和必定与径向载荷Fr相平衡，即滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则二、轴向载荷对载荷分布的影响向心推力轴承实际承受的轴向力Fa取决于产生派生轴向力Fd和外加于轴承的轴向力Fae，其中，派生轴向力Fd是有径向载荷Fr作用时产生，如图所示。由于滚动体与滚道的接触线与轴承轴线之间夹一个接触角α，因而各滚动体与内、外圈的作用力并不指向半径方向，它可以分解为一个径向分力和一个轴向分力。。轴承的派生轴向力，NiFNiFdiFdFtanFNidiFdidFF派生轴向力Fd随着受载的滚动体数目增多而增大。在正常工作时，轴承内至少要有下半圈的滚动体受载。轴承的派生轴向力迫使轴颈（连同轴承内圈和滚动体）有向右移动的趋势，这应由轴向力Fa来与之平衡（图a）。a)轴面受力图b)端面受力图滚动轴承尺寸的选择2三、滚动轴承的失效形式套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。点蚀胶合断裂转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：磨损除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如：这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。更多的失效滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则四、滚动轴承的设计准则针对滚动轴承失效形式，迄今为止主要是通过寿命和强度计算以保证轴承可靠地工作。设计准则可按以下情况确定：（1）对于一般转动的轴承，主要是接触疲劳失效，故以疲劳强度计算为依据，称为轴承的寿命计算。（2）对工作转速很低(n≤10r/min)或只作低速摆动的轴承，主要失效形式是工作表面的塑性变形，故以静强度计算为依据，称为轴承的静强度计算。（3）对于工作转速较高的轴承，除了接触疲劳失效，主要失效形式是工作表面的烧伤，故除了寿命计算，还要验算极限转速。滚动轴承尺寸的选择1滚动轴承的寿命计算滚动轴承的载荷有动载荷与静载荷之分，不同的载荷对应着不同的失效形式。滚动轴承的寿命主要是指轴承的疲劳寿命，由于疲劳寿命与概率密切相关率，因此轴承的寿命必然与可靠性问题相关。本节从以下方面讲述滚动轴承寿命计算：滚动轴承的寿命计算滚动轴承的当量动载荷向心推力轴承的轴向力计算滚动轴承尺寸的选择3一、滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。基本额定寿命：具有90％可靠度时轴承的寿命，用L10表示。基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。基本额定寿命计算式。为轴承的工作转速　　　载荷；为轴承所承受的当量动　　　（滚子轴承）；（球轴承）；其中：min)/(3103rnP1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）)10(610rPCL　　)(60106hPCnLh　　　或滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸的选择4二、滚动轴承的当量动载荷在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。各类轴承的当量动载荷可按下式计算：arYFXFP式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数(查表）为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数fp。)(arPYFXFfP：　　即载荷性质载荷系数fp举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.2～1.8机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等强大冲击1.8～3.0碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸的选择5三、向心推力轴承的轴向力计算当Fae＋Fd2＞Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fae＋Fd2轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2当Fae＋Fd2＜Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fd1轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2－Fae滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸的选择6向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为：由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承；确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力；被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。滚动轴承的寿命计算滚动轴承尺寸的选择7滚动轴承静载荷计算对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限—基本额定静载荷，用C0表示。轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0即：P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，可由轴承手册查取。按轴承静承载能力选择轴承的公式为：000PSC式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取。滚动轴承尺寸的选择8滚动轴承的组合设计滚动轴承尺寸选择的过程由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa计算当量动载荷P=fP(XFr+YFa)明确轴承的工作转速n与预计寿命L10计算轴承应满足的基本额定动载荷PnLC/16101060由轴承样本（手册）查取合适的轴承轴承装置的设计1轴承的装置设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。一、滚动轴承的定位和紧固滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。具体的紧固方法