机械设计基础第16章-滚动轴承

第十六章滚动轴承概述§16-1滚动轴承的基本类型和特点§16-2滚动轴承的代号§16-3滚动轴承的选择计算§16-4滚动轴承的润滑和密封§16-5滚动轴承组合设计概述一、组成：内圈外圈滚动体保持架二、材料：保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损——低碳钢；铜、铝、工程塑料内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性——含铬轴承钢，硬度60~65HRC三、特点(与滑动轴承比较）:优点：1）起动力矩小，可在负载下起动；2）径向游隙较小，运动精度高；3）轴向宽度较小；4）可同时承受径向、轴向载荷,轴承组合较简单;5）便于密封、易于维护；6）不需有色金属，标准件，成本低。缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）振动、噪音较大；3）径向尺寸较大；4）有的场合无法使用；一、分类：（1）按受载方向分（2）按滚动体形状分(1)按受载方向（公称接触角）：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向心轴承:=0º向心推力轴承：0º90º向心角接触轴承:0º≤45º推力角接触轴承:45º90º推力轴承:=90º§16-1滚动轴承的基本类型和特点球轴承滚子轴承圆柱滚子轴承滚针轴承圆锥滚子轴承球面滚子轴承(2)按滚动体形状分：二、各类轴承的使用性能：1、承载能力：一般：滚子轴承≈(1.5~3)球轴承——但当d≤20mm时，宜采用球轴承（两者承载能力接近，球轴承便宜）——大载荷宜采用滚子轴承在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。承受径向载荷为主；0˚α45˚（向心角接触轴承）:45˚α90˚（推力角接触轴承）：承受轴向载荷为主；α=0˚（向心轴承）：α=90˚（推力轴承）：滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。只能承受轴向载荷。2、承载方向3、极限转速转速过高→温度↑→润滑失效→滚动体回火胶合破坏极限转速：滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速。具体可查阅设计手册或轴承样本。选用原则：1.球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承；2.在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承；3.保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更高一些的转速；4.推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时，若轴向载荷不是十分大，可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力；5.若工作转速超过了轴承样本，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选用循环冷却等方法。4、角偏差影响轴承正常运转。角偏差↑→可采用调心轴承。滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。θ表16-2滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2˚~3˚主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。圆锥滚子轴承30000中2’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。a)单向表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。b)双向深沟球轴承60000高8’~16’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。角接触球轴承70000C(α=15˚)70000AC(α=25˚)70000B(α=40˚)较高2’~10’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。α大，承载能力越大，有三种规格。称对使用。表16-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用表13-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承N0000较高2’~4’能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。不允许a)b)滚动轴承为标准件：GB/T272-1993前置代号基本代号后置代号尺寸系列代号分部件代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号内部结构代号密封与防尘代号保持架及材料代号公差等级代号字母2位数字1位数1位数1位数字母(+数字)§16-2滚动轴承的代号游隙代号基本代号1、内径代号——表示内径00—10mm，01——12mm，02—15mm，03——17mm04~96——数字x5mm对于内径(500mm，以及22mm、28mm、32mm的轴承，用公称内径数值直接表示，但在与尺寸系列代号之间用“/”分开尺寸系列代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号2、尺寸系列代号直径系列代号：指结构相同、内径相同的轴承，使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列宽度系列代号：表示同一内径和外径的轴承，可以有不同的宽度。0,1特轻2轻5轻宽3中6中宽4重尺寸系列代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号8特窄0窄1正常2宽3、4、5、6特宽可省，但2、3类轴承应标出2-调心滚子轴承3-圆锥滚子轴承3、类型代号用数字或字母表示代号为0，省略具体见表16-2尺寸系列代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号潘存云教授研制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代号为0可省略尺寸系列代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号代号为0可省略，2、3类轴承除外630560305深沟球轴承宽度系列为0(不标)内径d=25mm直径系列为3(中),06305双列角接触球轴承宽度系列为6(特宽)内径d=25mm直径系列为3(中),（正确）常用的几类滚动轴承，一般无前置代号前置代号用字母表示表示成套轴承分部件内部结构代号：如：C[=15º]、AC[=25º]、B[=40º]公差等级(精度)代号：表示成：/P0(可省)、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2(精度逐渐增高)轴承径向游隙系列代号：表示成：/C1、/C2、/C0(可省)、/C3、/C4、/C5(游隙由小到大)后置代号用字母（+数字）表示，空半个汉字距离，或用—，/分隔表示轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、公差等级、游隙代号（按此顺序）一、失效形式：受力状况：16-3滚动轴承的失效形式及选择计算σHt内圈或滚动体上某一点σH的变化规律。外圈上某一点σH的变化规律。σHt均为脉动循环。FrFNi失效形式：疲劳点蚀——最主要的失效形式，滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀过大塑性变形——低速轴承的主要失效形式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷)，元件表面出现较大塑性变形磨损、胶合、内外圈和保持架破损等——使用维护不当而引起的，属于非正常失效设计准则：一般转速的轴承—进行寿命(额定动载荷)计算，防止疲劳点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承—按静强度(额定静载荷)计算，防止塑性变形1、基本概念轴承寿命：(106r或h)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二、轴承寿命计算针对失效形式：疲劳点蚀基本额定寿命：用L10表示一批相同的轴承，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。11.222.233.544.24.85（106）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。对于具体轴承，C为定值，按手册查取对向心角接触轴承(0º45º)，C为纯径向载荷——Cr对推力角接触轴承(45º90º)，C为纯轴向载荷——Ca额定动载荷越大轴承的承载能力越大2、寿命计算实验表明：L10、C|、P（当量动载荷）的关系为：）（rPCL61010）（hPCnLh6010610（为寿命指数，球轴承3，滚子轴承=10/3）或当t100℃时→C↓，引进温度系数ft进行修正：Ct=ftC温度系数见表13-4工作中冲击振动→C↓，引进载荷系数fP进行修正：PP=fPP）（h60106PfCfnLPth）（r016PfCfLPth或3、当量动载荷P的计算轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa基本额定动载荷是在纯载荷作用下得出的：向心轴承为径向载荷Cr推力轴承为轴向载荷Ca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（P）：一假想载荷，与C同类型，与实际载荷对轴承的作用效果相等。FaFrX－径向载荷系数Y－轴向载荷系数见表16-11arYFXFP表16-11向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.1720.192.3FaC0reFa/FreFa/Fr≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15˚1.430.470.441.1910………………角接触球轴承α=25˚----0.680.410.8710α=40˚----1.140.350.5710圆锥滚子轴承(单列)----1.5tgα0.40.4ctgα10调心球轴承(双列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(单列)例１：已知某轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷:Fr1=3500Ｎ，Fa1=1606Ｎ，Fr2=2500Ｎ，Fa2=０ft＝1,fP＝1。试求寿命。分析：6211——60211深沟球轴承、正常宽度、轻系列、内径55mm求寿命，用寿命公式：Fa1Fr1Fa2Fr2）（h60106PfCfnLPth）（r016PfCfLPth或C查手册，P通过计算：arYFXFP表16-11向心轴承当量载荷系数X、Y的值轴承类型深沟球轴承0.1720.192.3FaC0reFa/FreFa/Fr≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………C0r查手册→Fa/C0r→e→根据Fa/Fr→X,Y解：对6211：Cr=43200Ｎ，C0r=29200Ｎ1）查e：2）求X、Y:3）求Ｐ:Fa1/C0r=1606/29200=0.8085线性插值：e1=0.27Fa1/Fr1=1606/3500=0.459＞eX1=0.56,Y1=1.7P1=X1R1+Y1Fa1=0.56×3500+1.7×1606=4690N4)求L10:）（r01779469043200631r1PfCfLPth例16-3：已知某深沟球轴承:d=35mm,n=2900r/min,Fr=2300Ｎ，Fa=540Ｎ,要求寿命[Lh