机械设计基础第16章 滚动轴承ppt课件.ppt

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6065 HRC,三、特点(与滑动轴承比较）:,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: a=0向心推力轴承： 0 a 90向心角接触轴承: 0 a45推力角接触轴承: 45 a 90 推力轴承: a=90,16-1 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 20 mm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 45（向心角接触轴承）:,45 90 （推力角接触轴承）：,承受轴向载荷为主；,= 0（向心轴承）：,= 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。,滚动轴承为标准件：GB/T 272-1993,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,0010mm，0112mm，0215mm，0317mm0496数字x 5 mm,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,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,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,代号为0可省略,代号为0可省略， 2、3类轴承除外,6305,60305,06305,（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：Ca=15、AC a=25、Ba=40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,内圈或滚动体上某一点H的变化规律。,外圈上某一点H的变化规律。,均为脉动循环。,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：( 106 r 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。,1 1.2 2 2.2 3 3.5 4 4.2 4.8 5 （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(0 a 45 )，C为纯径向载荷Cr对推力角接触轴承(45 a 90 ) ，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：,（e为寿命指数，球轴承 e =3，滚子轴承e =10/3）,或,当 t100时C，,引进温度系数 ft 进行修正：Ct= ft C,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= fP P,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。,X 径向载荷系数Y 轴向载荷系数 见表16-11,例：已知某轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷:Fr1=3500，Fa1=1606， Fr2=2500，Fa2=ft1,fP1。试求寿命。,分析：621160211 深沟球轴承、正常宽度、轻系列、内径55mm,求寿命，用寿命公式：,或,C查手册，P通过计算：,C0r查手册 Fa/ C0r e 根据Fa / Fr X,Y,解： 对6211： Cr=43200，C0r=29200,1）查e ：,2）求X、Y:,3）求:,Fa1/C0r =1606/29200 = 0.8085,线性插值： e1 = 0.27,Fa1/ Fr 1 = 1606/3500 = 0.459e,X1=0.56 , Y1=1.7,P1=X1R1+Y1Fa1=0.563500+1.71606=4690N,4)求L10:,例16-3：已知某深沟球轴承:d=35mm, n=2900r/min,Fr=2300，Fa=540,要求寿命Lh=5000h。选型号。,解法一分析：1）可根据已知条件定出型号6207,3）6207 的C查手册，P通过计算：,【深沟球轴承(6)、正常宽度(0)、轻系列(2)、内径35mm(07)】,如不满足，重新定型号：正常宽度(0)、中系列(3)：6307,解法二（书上）分析：,现在，型号未知 C0r未知 Fa/ C0r未知e未知X,Y未知,C0r查手册 Fa/ C0r e 根据Fa / Fr X,Y,办法：假设e【e假】X,Y,3）求出具体型号获得真实的e 【e真】 ,当e假e真重新假设, 如e假e真,即假设值大了，第二次就假设小一点，直到e假接近e真,4 、角接触 向心 轴承轴向载荷 的计算,Fr 、 Fa 是轴承的径向、轴向力 ，不是轴上的径向、轴向力。,现在的问题是：如何求出每个轴承的径向力、轴向力？,而通常，是知道轴上的径向力FR 、轴向力FA,每个轴承的轴向力 Fa较难求,每个轴承的径向力Fr好求 平面力系的平衡条件,包括FA，及因径向载荷Fr产生的内部轴向力FS（针对角接触向心轴承），具体值由平衡条件定出。,角接触向心轴承的内部轴向力FS： （角接触球轴承、圆锥滚子轴承）,受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向力 FS,显然：Fsi=Fs,Fs公式见表16-12,FS使得轴承轴向移动。,为使 FS得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,正装 ：面对面（轴承外圈窄边相对）正装时跨距短，轴刚度大,反装 背靠背（轴承外圈宽边相对）反装时跨距长，轴刚度小,a由手册查，为简化，支点在中点。,简化符号：,下面研究这类轴承的轴向力（以向心角接触球轴承为例）,轴承正装时：,若 FS1 + FA FS2轴有向右移动的趋势：2被压紧，1被放松,2被压紧：,1被放松：,若 FS1 + FA FS2轴有向左移动的趋势：1被压紧，2被放松,1被压紧：,2被放松：,轴承反装时：,若 FS2 + FA FS1轴有向右移动的趋势：1被压紧，2被放松,1被压紧：,2被放松：,若 FS2 + FA FS1轴有向左移动的趋势：2被压紧，1被放松,2被压紧：,1被放松：,五、滚动轴承静载荷校核,转速很低时，不会发生疲劳点蚀。未防止产生过大塑性变形，进行静强度校核。 基本额定静载荷C0 ：受载最大的滚动体与内外圈接触处的接触应力达到某一定值时的载荷（由手册查取） 当量静载荷P0: 既受径向力又受轴向力时，可将其折合成当量静载荷：,X0、 Y0 径向、轴向静载荷系数 S0 静强度安全系数,例16-4： 工程机械采用一对角接触球轴承（暂定7208AC，=25）。 已知: Fr1=1000， Fr2=2060，FA=880, n=5000r/min,中等冲击，要求寿命Lh=2000h。问所选轴承是否恰当？,分析：1）所选轴承是否恰当即判断：,3）求P1、 P2。以大者计算寿命并判断。,2）与前不同之处在于：要分别求出Fr1 、 Fa1 、 Fr2 、 Fa2,解：1）求Fa1 、 Fa2方向及大小,求Fs1 、 Fs2,FS2 + FA （1400+880=2280N） FS1 （680N） 轴有向右移动的趋势：1被压紧，2被放松,1被压紧：,2被放松：,2）计算P,7208AC（=25）表16-11，e=0.68,3）计算L1， L2,P1 P2 ,以1轴承计算。 表16-9 ：中等冲击fp=1.5；表16-8：工作温度正常ft=1。 7208AC：Cr=35200N,结论：？,16-4 滚动轴承的润滑和密封,润滑的目的 降低摩擦，减少磨损和发热量；,油润滑可以起冷却、吸振、降 噪、防锈等作用,密封目的 防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。,一、滚动轴承的润滑,滚动轴承润滑剂,润滑脂,润滑油,固体润滑剂,选择标准：用速度因素dn 值作为选择条件: dn(1.5-2)105mm r/min时， 采用润滑脂,- 一般情况使用,- 高速、高温、轴承附近有润滑油源时,脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。,油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环 境下使用。,d-滚动轴承的内径（mm）；n-轴承转速（r/min）。,-油脂使用范围之外,一、滚动轴承的润滑,润滑油粘度选择：图16-11,采用润滑脂时，应防止箱体内的润滑油稀释轴承处的润滑脂，要采取相应措施。,润滑方式：,浸油润滑：油面不超过滚动体中心,飞溅润滑：用油沟收集,喷油润滑：用于高速轴承,二、滚动轴承的密封1 、接触式密封,毡圈润滑脂,唇形密封圈润滑油及润滑脂,2、 非接触式密封,离心式密封（甩油密封）,缝隙密封：润滑脂,迷宫密封润滑脂及油,16-5 滚动轴承组合设计,为保证滚动轴承在机器中正常工作，应做到：,组合设计内容:,轴承的固定,轴承位置的调节,轴承的配合,轴承的装拆,1）合理选择滚动轴承的类型、尺寸,2）正确进行滚动轴承的组合设计,一、轴承的固定,作用： 实际上是对整个轴系的固定，以承受轴向力。但这种固定要考虑： 温升后卡死、轴承游隙的调整。,常用两种固定方法：1） 两端固定2） 一端固定一端游动,2 、一端固定一端游动,固定支承,游动支承,适合于工作温升高的长轴（跨距 L 400 mm）固定支点的轴承内外圈左右均固定，承担双向轴向力游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力,2. 轴承的预紧,对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。,方法,加金属垫片,磨窄套圈,3. 轴承组合位置的调整,目的：使零件之间具有准确的相对位置。,例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。,对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。,方法：套杯+调整垫片,三、 轴承组合的配合,内圈-轴,基孔制,外圈-轴承座,基轴制,配合是指内圈与轴颈、外圈与轴承座的配合。,滚动轴承作为一种通用的标准件，规定采用以下配合类型：,常用的轴公差：k6、m6（较紧的过渡配合）,常用的孔公差：H7、J7、Js7 （较松的过渡配合）,四、 轴承的装拆,作业：16-3， 16-6,