机械设计滚动轴承

滚动轴承RollingBearing本章要点本章要点11、滚动轴承的、滚动轴承的主要类型及代号；主要类型及代号；22、滚动轴承的、滚动轴承的工作情况分析；工作情况分析；33、滚动轴承的、滚动轴承的寿命计算；寿命计算；44、滚动轴承、滚动轴承装置的设计。装置的设计。§§11概述概述二、滚动轴承构造摩擦阻力小，起动容易，标准部件，互换性好一、滚动轴承特点内圈(innerring)：一般转动；外圈(outerring)：一般不动；滚动体(rollingelement)：材料：低碳钢、铜合金、铝合金、塑料保持架(cage)作用：材料：轴承铬钢三、滚动轴承材料四、滚动体形状1、类型向心轴承-径向载荷向心推力轴承（角接触轴承）径向+轴向载荷推力轴承-轴向载荷滚动体形状：球、柱、锥、滚针分类承载性质向心轴承：径向载荷推力轴承：轴向载荷向心推力轴承：径向＋轴向载荷五、滚动轴承的类型及其代号滚动轴承的类型代号（表13-1）：①调心球轴承代号：10000（1000）特点：自动调心载荷：径向、双向轴向力（不宜承受纯轴向力）调不平行调不同轴调挠曲调心球轴承代号：20000（3000）特点：自动调心载荷：较大径向力、双向轴向力②调心滚子轴承③推力调心滚子轴承代号：29000（39000）特点：自动调心载荷：较大轴向力、径向力④圆锥滚子轴承代号：30000（7000）特点：内外圈可分离成对使用载荷：较大径向力、单向轴向力⑤推力球轴承代号：51000（8000）载荷：单向轴向力⑥双向推力球轴承载荷：双向轴向力特点：高速离心力大，磨损、发热严重代号：52000（38000）⑦深沟球轴承代号：60000(0000)特点：内外圈不可分离载荷：径向力、少量双向轴向力⑧角接触球轴承代号：70000(6000)特点：成对使用载荷：径向力、单向轴向力特点：内外圈可分离载荷：径向力⑨圆柱滚子轴承——外圈无挡边代号：N0000（2000）圆柱滚子轴承——内圈无挡边NU0000（32000）圆柱滚子轴承——内圈有单挡边代号：NJ0000（42000）⑩滚针轴承代号：NA00002、滚动轴承代号(GB/T272-1993)1）内径代号—右起第1、2位数字2）直径系列代号—右起第3位数字代表滚动体直径大小，含义：0、1——特轻系列2——轻系列3——中系列4——重系列基本代号基本代号——00000（5位数字）00—d=10mm01—d=12mm02—d=15mm03—d=17mm内径d=(内径代号)×5（mm）3）宽度系列——右起第四位代号0——正常系列；可省略（调心滚子、圆锥滚子轴承不省）4）类型代号——右起第五位（表13-1）常用：6、7、3、5、N、1后置代号后置代号——轴承的结构、公差、材料的特殊要求等1）内部结构代号——接触角接触角α——接触点法线与半径的夹角。α↑→→轴向承载能力↑载荷角β——合力方向与半径方向的夹角向心轴承α=0°推力轴承α=90°向心推力轴承(角接触轴承)0°α90°ααα=0βFaFrF接触角载荷角角接触球轴承α15°25°40°代号CACB接触角2）公差等级级别：24566x0代号：/P2/P4/P5/P6/P6x/P03）径向游隙系列组别：120345代号：/C1/C2（/C0不标出）/C3/C4/C5——轴承的分部件（字母表示）L——可分离套圈高低省略大小前置代号前置代号6215深沟球轴承宽度系列代号：正常宽度系列直径系列代号：轻系列内径代号：d=15X5=75mm精度等级：0级游隙代号：0组内部结构代号：正常结构代号举例：例1：33106E圆锥滚子轴承宽度系列代号：特宽度系列直径系列代号：特轻系列内径代号：d=6×5=30mm精度等级：0级游隙代号：0组内部结构代号：加强代号举例：例2：同尺寸情况下，可归纳：承载能力：滚子＞球；多列＞单列极限转速及球＞滚子＞滚针（推力轴承除外）回转精度：6类最高，7、N类较高抗冲击性：滚子＞球自位性：调心轴承＞滚子＞球，1、2类最好六、滚动轴承的性能特点性能：取决于滚动体类型、接触形式！性能：取决于滚动体类型、接触形式！1、轴承的载荷七、滚动轴承的类型选择滚动轴承→→标准件→→→类型尺寸选型载荷大小滚子---载荷↑、球---载荷↓滚动体大---载荷↑、滚动体小---载荷↓——冲击载荷→→优选滚子轴承载荷性质载荷方向——径向力、轴向力纯径向力→→6类、N类（NU类、NJ类）纯轴向力→→5类径向力+小轴向力→→6类、3类、7类（小接触角）径向力+大轴向力→→（大接触角）7类、3类或向心轴承+推力轴承2、转速载荷方向滚动体形状：球优先；滚动体尺寸：高速时选超轻、特轻、轻；保持架：实体保持架；润滑方式：高速时油雾润滑。n工＜nlim要点：4、经济性3、特殊要求调心（自位）性抗冲击、振动装拆性：3、N类，内外环可分。影响因素滚动体：球滚子其它；精度：P0↓；直径系列：从轻型（2）开始。2、5类不能用于高速，只承受轴向力，高速时可用3、7类代替。必须成对使用！1、1、2类（调心）3、7类（角接触）§§22滚动轴承的工作情况滚动轴承的工作情况•滚动体、转动圈及固定圈的载荷及应力的变化；•派生轴向力的概念及方向判断；•轴向载荷对载荷分布的影响。一、轴承元件的载荷分布1、轴承承受轴向载荷—各滚动体受力相等2、轴承承受径向载荷力摆动力不动推力轴承承受轴向载荷向心轴承承受轴向载荷载荷均布承受径向载荷承载区非承载区载荷非均布载荷均布载荷→变形→上半圈：非承载区---不受力下半圈：承载区非承载区承载区二、载荷及应力的变化1、滚动体及转动圈应力变化运动内圈受力非承载区承载区滚动体：工作时，公转＋自转转动圈（内圈）：随轴一起转动，应力同滚动体固定圈（外圈）：静止不动2、固定圈上半圈：非承载区---不受力下半圈：承载区某一点受力最下点→→σmax→→固定三、轴向载荷对载荷分布的影响1、派生轴向力FriFdi3类和7类型轴承，α≠0，存在派生轴向力F’Ni派生轴向力：由径向力Fr产生的轴向分力。FrFrFNiFaFriFdiαFdFNiFNiFaFriFdiαFri＝FNicosαFr＝∑FriFdi＝FNisinα=FritgαFd＝∑FdiαααtgFtgFFrniniNidi∑∑====11dFαtgFFrdaF=n1轴向力与载荷分布受力滚动体数n=1Fa=Fd=FrtgαFNiFdiF’Niα2.轴向载荷对载荷分布的影响Fa=FrtgαFa=1.25FrtgαFa=1.7Frtgα要点1、轴承元件工作时承受变应力作用；2、因α≠0，Fr产生派生轴向力Fd；2、Fr相同的情况下,Fa越大，承载滚动体数越多,Fd越大；3、Fd的方向：迫使轴承内外圈分离的趋势；4、Fd的大小：表13-7；5、3类、7类型轴承应成对使用，原因是使两轴承的Fd相反，避免轴的窜动；6、3类、7类型轴承安装方式：正装、反装正装反装§3滚动轴承尺寸选择主要内容•基本额定寿命、基本额定动载荷的概念•滚动轴承的寿命计算•滚动轴承的当量动载荷计算•角接触、圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算•滚动轴承的静载荷计算一、失效形式及基本额定寿命1、失效形式——点蚀、磨损、烧伤塑性变形（低速n10rpm,重载）。滚动点蚀设计准则:疲劳寿命准则；静强度准则（低速轴承）。2、轴承寿命轴承寿命——单一轴承，点蚀前总的相对转数3、基本额定寿命一批同型号轴承，相同条件下运转，10%轴承发生点蚀前总的相对转数。对单个轴承，其达到基本额定寿命的概率为10％。转数——L10(106r)小时——Lh(小时）4、基本额定动载荷——C——当基本额定寿命为L10=1（106r）时，轴承承受的载荷值。→→轴承的承载能力径向基本额定动载荷——Cr轴向基本额定动载荷——Ca二、寿命计算目的：¾轴承承受的载荷P≠C时，计算轴承的寿命；¾载荷P，预期寿命Lh’时，找出满足要求的C，即选用轴承疲劳曲线方程：PεL10=Cε×1=常数L10=（C/P）ε（106转）hPCnLhε⎟⎠⎞⎜⎝⎛=60106Nσ(L10,P)载荷—寿命实验曲线(1,C)求解方法：疲劳曲线σ－N。ε——指数球:ε=3，滚子:ε=10/3C:由样本、手册可查。hPCfnLthε⎟⎠⎞⎜⎝⎛=601066'1060htnLfPCε=当温度t120℃时，硬度↓→C↓→→温度系数ft基本额定动载荷：公式的用途：1、计算轴承的寿命；2、已知预期寿命，选轴承的型号。轴承寿命：三、滚动轴承的当量动载荷1、承受纯径向载荷的轴承P=fPFrfp——载荷系数2、承受纯轴向载荷的轴承P=fPFafp——载荷系数3、承受径向、轴向载荷的轴承P=fP（XFr+YFa）X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数特定载荷及条件下，实验→C实际载荷——实验载荷实际载荷→→与C的载荷条件相一致的载荷当量动载荷不一致不一致不一致三、滚动轴承的当量动载荷特定载荷及条件下，实验→C实际载荷——实验载荷实际载荷→→与C的载荷条件相一致的载荷不一致四、角接触、圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算轴——受外载荷：Fre、Fae轴承：受径向力Fr；轴向力：Fa=FaeFreFaeFaFrFreFaeFaFr1Fr2轴承：受径向力Fr；轴向力：Fa=Fae2、Fd2+FaeFd1平衡：Fd2+Fae=Fd1+F’Ⅰ轴承压紧:Fa1=Fd1+F’=Fae+Fd2除Fd1各力代数和Ⅱ轴承放松:Fa2=Fd2自身派生轴向力1、Fd2+Fae=Fd1Fa1=Fae+Fd2=Fd1Fa2=Fd1－Fae=Fd2轴承：受径向力Fr；轴向力Fa：Fd1Fd2FaeF’3、Fd2+FaeFd1Ⅰ轴承放松Ⅱ轴承压紧平衡：Fd1=Fae+Fd2+F’Ⅰ放松:Fa1=Fd1自身派生轴向力Ⅱ压紧:Fa2=Fd2+F’=Fd1－Fae除Fd2各力代数和F’接触角α≠0（3类，7类轴承）时，计算轴向力Fa的方法:1）确定Fd1Fd2Fa的大小和方向，在图中标示；2）判断轴承的松紧端；3）松端：Fa——自身派生轴向力紧端：Fa——除自身派生轴向力外其余各轴向力的代数和要点Fd2Fd1FreFaeFr2Fr1FreFaeFaFrFreFaeFaFr1Fr2五、滚动轴承的静载荷1、基本额定静载荷——C02、当量静载荷P0=X0Fr+Y0FaX0——静载荷的径向载荷系数Y0——静载荷的轴向载荷系数滚动体与滚道接触中心处的接触应力达最大值时的载荷，称为基本额定静载荷。按静强度选择轴承：C0≥S0P0S0静强度安全系数表13-8塑变演示3.轴向紧固4.轴承游隙调整、零件位置调整5.预紧6.装拆7.润滑、密封8.配合双支点—单向固定单支点双向固定—一支点游动双支点游动2.结构配置设计内容§4滚动轴承的装置设计1.支承刚性一、支承部分的刚性用加强肋增强轴承座孔刚性使用钢衬筒的轴承座孔二、轴承的配置1、双支点单向固定双支点单向固定-1：圆锥滚子轴承——正装双支点单向固定-2：圆锥滚子轴承——反装LL1双支点单向固定-3：深沟球轴承双支点单向固定-3：深沟球轴承2、单支点双向固定单支点双向固定-1：游动端——结构上游动单支点双向固定-2：游动端——结构上游动单支点双向固定-3：游动端——结构上游动单支点双向固定：游动端——圆柱滚子轴承2、双支点游动圆柱滚子轴承三、滚动轴承的轴向紧固内圈紧固外圈紧固四、轴承游隙及轴上零件位置的调整垫片调整轴承游隙套杯+垫片调整锥齿轮轴向位置圆螺母调整轴承游隙套杯+垫片调整锥齿轮轴向位置套杯+垫片调整蜗杆轴向位置垫片+套杯调整蜗杆轴向位置五、滚动轴承的预紧预紧目的：消除轴承游隙，提高轴承旋转精度和支承刚度夹紧轴承外圈预紧弹簧预紧长度不等的套筒预紧轴承外圈磨窄预紧六、滚动轴承拆卸油浴润滑毡圈密封七、滚动轴承的润滑与密封唇形密封圈密封密封环密封隙缝密封用于脂润滑甩油密封径向曲路密封轴向曲路密封用于较脏及潮湿处八、滚动轴承的配合（自学）内圈与轴径—基孔制，过盈配合、过渡配合外圈与孔径—基轴制,过渡配合、小间隙配合作业：13-23，13-24（将原题的正装改为反装）；13-26例题：一轴