机械设计基础-轴承分解

滑动轴承概述1轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。一、轴承应满足如下基本要求：二、轴承的分类根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承，完全液体润滑滑动轴承。第十章轴承标准件、专门轴承厂生产，成本低；只需选型、校核寿命和组合设计。§10—1滚动轴承的特点及结构根据滚动摩擦原理工作的，具有摩擦系数小、启动力矩小利于在负载下启动，效率高；旋转精度高。缺点是承受冲击载荷的能力差，高速运转时易产生噪声，使用寿命较低。一、构造核心元件：滑动→滚动使滚动体等距离分布，↓滚动体间的摩擦、磨损。滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针—线接触保持架内圈外圈滚动体球轴承：球—点接触§10-2滚动轴承的主要类型及其选择一、滚动轴承主要类型、性能及特点(一).滚动轴承的分类1.按滚动体分：球轴承－滚子轴承－承载能力不如滚子轴承，但价格相对便宜圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针2.按承受载荷分：向心轴承—主要承受径向载荷深沟球轴承(6);圆柱滚子轴承(N)；调心球轴承(1)推力轴承—只能承受轴向载荷推力球轴承(5)向心推力轴承—同时承受径向载荷和轴向载荷角接触球轴承(7);圆锥滚子轴承(3)向心轴承推力轴承向心推力轴承FrFa接触角α——滚动体与外圈滚道接触点(线)处的法线与轴承半径方向的夹角，称为滚动轴承的接触角。滚动轴承接触角—滚动体与外圈（或松圈）滚道接触点的法线与轴承径向平面的夹角，称为滚动轴承的公称接触角。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力越强。几种滚动轴承的公称接触角＝0°0°≤≤45°45°≤≤90°＝90°法线与轴承轴心线的交点称为压力中心；作用于轴承上的负荷和轴承的约束力都通过压力中心。支承轴的两个轴承的压力中心之间的距离称为轴的跨距。向心轴承向心推力轴承推力调心滚子轴承推力球轴承O3.最常用的几种滚动轴承用于承受径向载荷，一般不宜承受轴向载荷。外圈滚道为球面，具有自动调心性能，内外圈轴线相对偏斜≤2°～3°，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。（1）调心球轴承1类（2）圆锥滚子轴承3类能承受较大的径向载荷和轴向载荷。内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。适用于转速不太高、轴的刚性较好场合；α=100~180以及α=270~300（3）推力球轴承5类单向推力球轴承只能承受单向轴向载荷，两个套圈的内孔不一样大，内径较小的是紧圈，与轴配合，内孔较大的是松圈，与机座固定在一起。极限转速较低，适用于轴向力大而转速较低的场合。（4）深沟球轴承6类主要承受径向载荷，也可同时承受少量轴向载荷，工作时内外圈轴线允许偏斜8′～16′。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。但承受冲击载荷能力较差。适用于高速场合，在高速时，可能来代替推力球轴承。（5）角接触球轴承7类α能同时承受径向载荷与轴向载荷，公称接触角α有15°、25°、40°三种。α越大，轴向承载能力也越大。通常成对使用，对称安装。极限转速较高。适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。（6）圆柱滚子轴承N类只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力强，极限转速较高。有外圈无挡边、内圈无挡边以及内圈有单挡边三类1、滚动轴承选择的一般过程根据载荷性质选择轴承的类型和尺寸系列；按轴径确定轴承内径；有无严格要求：若有则校核承载能力；若无则不用校核。二、滚动轴承的类型选择2、滚动轴承选择应考虑的问题1)轴承的载荷载荷方向：向心轴承用于承受径向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力的联合作用；推力轴承用于承受轴向力。载荷大小：在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。一般：滚子轴承≈(1.5~3)球轴承所以，大载荷、有冲击采用滚子轴承。2)轴承转速温度升高润滑失效滚动体回火或胶合极限转速：滚动轴承在一定载荷与润滑条件下允许的最高转速。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；转速过高（2)推力轴承的极限转速很低。3)、轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：调心轴承。4)、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3类)。5)、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度↑——价↑↑；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等的特征。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。§10-3滚动轴承的代号(1)基本代号①内径代号•表示轴承公称内径的大小，内径代号用基本代号右起的第1、2两位数字表示。代号0001020304～99内径d10121517代号×5②尺寸系列代号尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。代号7890123456宽度系列－－特窄－－窄正常宽特宽直径系列超特轻超轻特轻轻中重－－－－－轴承的尺寸系列代号由基本代号右起第3、4位数字表示。注：调心滚子轴承和圆锥滚子轴承宽度系列代号为0时，不省略，其余的多数轴承在代号中不标出代号0.(2)后置代号①内部结构代号表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。圆锥滚子轴承α=10º~18°30000大锥角圆锥滚子轴承α=27º~30°30000B角接触球轴承α=15°70000Cα=25°70000ACα=40°70000B②公差等级代号轴承的公差等级分为6个级别，依次由高级到低级。–2级/P2–4级/P4–5级/P5–6级/P6–6x级/P6x仅适用于圆锥滚子轴承–0级/P0普通级，最常用，不标出③游隙代号轴承径向游隙系列分为6个组别，游隙依次由小到大。–1组/C1–2组/C2–0组常用的游隙组别，不标出–3组/C3–4组/C4–5组/C5公差等级代号与游隙代号同时表示时，可进行简化，取公差等级代号加上游隙组号组合表示，如/P63。(3)前置代号为轴承分部件代号，用字母表示。如：用L表示可分离轴承的可分离套圈；K表示轴承的滚动体与保持架组件等等。72206C/P52轴承内径d=6×5＝30mm直径系列代号，轻系列宽度系列代号，宽系列类型代号角接触球轴承内部结构代号α＝15°公差等级代号5级游隙代号第2组游隙C2（游隙与公差同时表示时，符号C省略）6308轴承内径d=8×5＝40mm直径系列代号，3（中）系列宽度系列代号，0（窄）系列，省略类型代号深沟球轴承公差等级代号，0级，省略游隙代号基本组游隙0组，省略注：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。§10-4滚动轴承的工作情况一、轴承工作时元件上的载荷分布–当轴承受纯径向载荷Fr作用时，通常只有半圈滚动体受载。-处于Fr作用线最下方位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的各滚动体，其承载就逐渐减小。上半圈滚动体不受力——非承载区下半圈滚动体受力——承载区-滚动体弹性变形使内圈下移。承载区内各滚动体的法向变形量δ各不相同，因而作用力相应也不同。二、轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化内圈或滚动体上某一点σH的变化规律。σHt外圈上某一点σH的变化规律。σHt均为脉动循环。三、失效形式及计算准则：①疲劳点蚀:是主要的失效形式。滚动轴承受载后，滚动体与套圈间产生脉动循环变化的接触应力。②塑性变形：对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因静负荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生不均匀塑性变形，形成不均匀的凹坑。从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声，以致轴承不能正常工作。③磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合）。设计准则：一般转速(n10r/min)轴承——疲劳寿命计算（针对点蚀）——重点、难点低速或摆动轴承——静强度计算高速轴承——疲劳寿命计算、校验其极限转速一、基本额定寿命轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。同型号轴承：离散性大(寿命相差数十倍)一批轴承：服从一定的概率分布规律。最低寿命：过于保守∴采用基本额定寿命。最长寿命：不安全计算时，若按1009080706050403020100151020未失效轴承数量／%轴承的寿命/（106r）§10-5滚动轴承的动载荷和寿命计算基本额定寿命：一批近于相同的轴承在同样工作条件下运转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数（L10），或一定工作转速下工作的小时数（L10h）。可靠度R=90%L10的物理意义：1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正：101LLn可靠性寿命修正系数注意：额定寿命随运转条件而变化。比如：外载荷增大，则额定寿命降低。因此：基本额定寿命并不能直接反应轴承的承载能力。二、基本额定动载荷C定义：L10=106r时，轴承所能承受的最大载荷。即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%。Cr：径向基本额定动载荷Ca：轴向基本额定动载荷：5类Ca—纯轴向载荷C1）C由试验得出，查手册；2）C↑—轴承抗疲劳承载能力↑；同类不同型号轴承，C不同。说明：对于向心推力轴承，指使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。X、Y－径向、轴向动载荷系数，查表ｆp－载荷系数，查表Fr、Fa－轴承承受的径向、轴向载荷三、当量动载荷Ｐ对于向心轴承，C指径向载荷(Cr);只能承受纯径向载荷的轴承（如N类）：P＝fpFr只能承受纯轴向载荷的轴承（如5类）：P＝fpFa当量动载荷：把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，用P表示。对于推力轴承，C指轴向载荷(Ca)。但实际轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa，为了与C在相同条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。P＝fp（XFr＋YFa）式中：ε——寿命指数球轴承ε＝３滚子轴承ε＝10/3)(6010610PCnLh（h）或：基本额定动载荷，查《机械零件设计手册》基本额定寿命当量动载荷，N轴承转速，r/min161060hLnPC预期寿命，查表基本额定动载荷计算值四、滚动轴承寿命的计算公式1、轴承在轴的受力分析中的简化表示和径向载荷Fr的计算Fa2Fr2Ft22Fr3Ft3Fa33五、向心推力轴承的载荷计算abcABFrvAFrvBFrhAFrhBFt2Ft3FrhAFrhBFrAFrB2222rhBrvBrBrhArvArAFFFFFFFrvAFrvB0BmcbacFrFrFcbFFraarrvA333222)(0AmcbabaFrFrFaFFraarrvB)(333222求FrvA和FrvBFt2Ft3FrhAFrhB0BmcbacFcbFFttrhA32)(0AmcbabaFaFFttrhB)(32求FrhA和FrhBFrAFrB2222rhBrvBrBrhArvArAFFFFFFFrvAFrvBFt2Ft3FrhAFrhBFr的计算见轴系受力分析，即而轴向载荷Fa=FA？2、轴向载荷Fa的计算Fa1径向载荷：22rVHFRR1)附加轴向力FSO—支反力作用点，即法线与轴线的交点轴承受径向外载荷,就产生附加轴向力FS，与轴向外载荷无关。FS