机械设计基础(第五版)讲义.ppt
16-0 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 滚动轴承的组合设计,第16章 滚动轴承,16-0 概 述,滚动轴承的基本结构,各零件的作用：,外圈：支撑零件或轴系；,保持架:将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,滚动副：硬度和接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：6165HRC。工作表面需经磨削或抛光。,保持架：低碳钢、有色金属或塑料（高速轴承）。,滚动轴承组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,材料要求：,16-0 概 述,优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。,缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。,熟悉标准、正确选用(类型、尺寸）处理好与周围零件的关系(组合设计）,设计人员的主要任务是:,16-0 概 述,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针,球轴承,滚子轴承,一、滚动轴承的类型,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,接触角：滚动体与外圈触处的法线与垂至于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角。,接触角,轴向承载能力,=0,它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。,1.承载能力,承受径向载荷为主；,几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。,滚子轴承(1.53)球轴承,2.极限转速,当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。,0 45,45 90,承受轴向载荷为主；,=0,=90,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。,转速过高,温度,润滑失效,滚动体回火或胶合破坏。,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,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,3.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。,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,二、滚动轴承的常用类型及性能特点,1.调心球轴承(类型代号1)：主要径向、不大双向轴向,2.调心滚子轴承(类型代号2)：很大径向和少量轴向,3.圆锥滚子轴承(类型代号3)：同时较大径向和单向轴向,4.推力球轴承(类型代号5)：只能承受单向轴向载荷,5.深沟球轴承(类型代号6)：主要径向、一定双向轴向,6.角接触球轴承(类型代号7)：同时较大径向和单向轴向,7.圆柱滚子轴承(类型代号N)：大的径向、不能轴向,8.滚针轴承(类型代号NA)：只能径向、适用转速低,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,类型代号,2.基本代号-表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,类型代号-左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。,是轴承代号的基础，有三项,成套轴承分部件代号,1.前置代号-成套轴承分部件代号。,16-2 滚动轴承的代号,16-2 滚动轴承的代号,推力球轴承50000,滚针轴承a)NA0000b)RNA0000,16-2 滚动轴承的代号,内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。,尺寸系列代号-左起 第二、三位。,宽(高)度系列代号,直径系列代号,尺寸系列代号,16-2 滚动轴承的代号,16-2 滚动轴承的代号,内径代号-基本代号左起第四、五位。,内径代号,16-2 滚动轴承的代号,3.后置代号-用字母（或加数字）表示。,游隙：C1、C2、C0、C3、C4、C5,16-2 滚动轴承的代号,注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。,实例：说明滚动轴承 62203 和 7312AC/P6 的含义,6 2 2 03,7(0)3 12 AC/P6,16-2 滚动轴承的代号,16-3 滚动轴承的选择计算,一、滚动体的受力分析,二、失效形式,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,下半圈各滚动体受力大小方向均不同。,可以导出：z为滚动体的总数。,疲劳破坏,永久变形,工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。,当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。,早期磨损,胶 合,内外圈和保持架破裂,维护保养不当而造成。,所有水平分力相互抵销，铅垂分力与外载荷平衡。,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,滚动轴承的失效形式主要：疲劳点蚀、塑性变形,16-3 滚动轴承的选择计算,三、轴承寿命,轴承寿命：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数。,可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比。,基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh)。,在到达额定寿命时，有90%的轴承没坏，只损坏了10%。,对于单个轴承而言，其损坏的可能性只有90%,单位为百万转106 r，或小时.换句话说,基本额定动载荷：当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承 受的载荷，记为C。,向心轴承记为：Cr，可查表,推力轴承记为：Ca,寿命为1百万转时.可靠度为90%，寿命为5百万转时.可靠度只有50%，,大量试验得如下关系：,-寿命指数,-球轴承,-滚子轴承,用小时表示：,P-当量动载荷,当 t100 时，C,引进温度系数 ft 进行修正。,一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。,16-3 滚动轴承的选择计算,修正结果：,工作中冲击振动 C,引进载荷系数 fP 进行修正。,2)选型设计,1)寿命计算,16-3 滚动轴承的选择计算,短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果 40008000,间断使用，中断时会引起严重后果 800012000,每天8h工作的机械 1200020000,每天24h连续工作的机械 4000060000,16-3 滚动轴承的选择计算,滚动轴承尺寸的选择4,四、当量动载荷的计算,当量动载荷：是将实际载荷（包含径向载荷与轴向载荷）换算成与试验条件相当的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷C相当。,计算公式：,X-径向动载荷系数；,Y-轴向动载荷系数;,向心轴承：,P=Fr,推力轴承：,P=Fa,查表1612 P260,式 中：,Fr-轴承径向载荷(N)；,Fa-轴承轴向载荷(N).,对于向心轴承，当Fa/Fr e时，可由表达16-11查X、Y值；当Fa/Fr e时，轴向力影响可忽略。e值列于轴承标准中，其值与轴承类型和Fa/C0r比值有关。,说 明：,16-3 滚动轴承的选择计算,五、角接触向心轴承轴向载荷的计算,受力分析：,由于的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。,Fi=Fsi+Fri,Fs=Fsi,为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应:成对使用，对称安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析,-内部轴向力,Fs的近似值可按如下近似公式计算。,第i个滚动体,16-3 滚动轴承的选择计算,1.若 FA+Fs2 Fs1,压紧端：Fa1=FA+Fs2,放松端：Fa2=Fs2,2.若 FA+Fs2 Fs1,放松端：Fa1=Fs1,压紧端：Fa2=Fs1-FA,外圈窄边相对安装(正装),结论：放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力,压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外,轴承2(放松端)承受的轴向载荷：,由于轴承1的右端已固定，轴不能向右移动，轴承1被压紧。由平衡条件得轴承1(压紧端)承受的轴向载荷：,则轴承2被压紧。由平衡条件得：,16-3 滚动轴承的选择计算,反装时选左边的轴承为1，右边的轴承为2。,结论与正装相同！,1.若 FA+Fs2 Fs1 则有：,压紧端：Fa1=FA+Fs2,放松端：Fa2=Fs2,2.若 FA+Fs2 Fs1,压紧端：Fa2=Fs1-FA,放松端：Fa1=Fs1,16-3 滚动轴承的选择计算,六、滚动轴承的静强度计算,X0、Y0 分别为径向静载荷系数、轴向静载荷系数。S0 静强度安全系数，对于旋转精度与平稳性要求高或 承受大冲击载荷时，取 S0=1.22.5，相反情况则取 0.50.8，一般情况取0.81.2。,原因：对于转速很低或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳点蚀，但为了防止滚动体和内、外圈产生过大的塑性变形，应进行静强度校核。基本额定静载荷C0：GB/T4662 1993规定，使受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷，其值可查机械设计手册。当量静载荷P0：当轴承既受径向力又受轴向力时，可将它们折算成假想载荷，应满足,16-3 滚动轴承的选择计算,例 一工程机械传动装置中的轴，根据工作条件决定采用一对角接触轴承支承，并暂定型号为70208AC。已知轴承载荷Fr1=1000N，Fr2=2060N，FA=880N，转速n=5000r/min，运转中受中等冲击，预期寿命Lh=2000h，试问所选轴承型号是否恰当。(注，AC表示=25),16-3 滚动轴承的选择计算,解：(1)计算轴承1、2的轴向力Fa1、Fa2由表16-12查的轴承的内部轴向力为：因为所以轴承1压紧，轴承2放松轴承1压紧端：轴承2放松端：,16-3 滚动轴承的选择计算,(2)计算轴承1、2的当量动载荷由表16-11查的e=0.68，而查表16-11可得X1=0.41，Y1=0.87，X2=0.1，Y2=0。故当量动载荷为,16-3 滚动轴承的选择计算,(3)计算所需的径向基本额定动载荷Cr因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今P1P2，故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因受中等冲击载荷，查表16-9得fp=1.5；工作温度正常，查表16-8得ft=1.所以(4)由手册或本书附表查的轴承的径向基本额定动载荷Cr=35200N。因为Cr1 Cr，故所选轴承满足要求。,16-3 滚动轴承的选择计算,一、滚动轴承的润滑,润滑剂,润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。,密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。,润滑脂,润滑油,固体润滑剂 用于特殊场合,用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件:,-常用,-高速、高温,当dn(1.52)105 mmr/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。,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。,dn间接反映了轴颈的圆周速度。,16-4 滚动轴承的润滑和密封,浸油：油面不超过最低 滚动体中心喷油或喷雾：高速轴承,二、滚动承的密封,润滑油的选择：,润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。,滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。,分类,接触式,非接触式,组合式密封,毛毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫式密封,-毛毡迷宫式密封,例如：dn=100000，t=90,可用 110 号润滑油,16-4 滚动轴承的润滑和密封,润滑方式：脂润滑。要求：环境清洁，轴颈圆周速度v不大于45m/s，工作温度不超过900C。工作原理：矩形、梯形断面的毛毡圈1被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。,毛毡圈密封：,16-4 滚动轴承的润滑和密封,密封圈密封,润滑方式：脂或油润滑。要求：轴颈圆周速度v 7m/s，工作温度范围为-400C1000C。材质：皮革、塑料或耐油橡胶。分类：具有金属骨架，无金属骨架。密封圈是标准件。说明：图a密封唇朝里，目的是防漏油；图b密封唇朝外，主要目的是防止灰尘、杂质进入。,16-4 滚动轴承的润滑和密封,润滑方式：脂润滑。环境要求：干燥清洁。工作原理：靠轴与端盖间的细小环形间隙密封。间隙：间隙愈小愈长，效果越好。取0.10.3mm,间隙密封：,16-4 滚动轴承的润滑和密封,润滑方式：脂润滑或油润滑，这种密封效果可靠。工作原理：将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫(曲路)形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。,迷宫式密封：,16-4 滚动轴承的润滑和密封,润滑方式：脂润滑或油润滑。工作原理：这是组合密封的一种形式，毛毡密封加迷宫密封，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。,组合密封：,16-4 滚动轴承的润滑和密封,16-5 滚动轴承的组合设计,轴承的组合设计1.处理好轴承与其周围零件之间的关系。2.解决轴承的轴向位置固定、轴承与其他零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。,轴承类型的选择,1.无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴,2.径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或 圆锥滚子轴承；如斜齿轮轴,3.纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。,一、轴承的固定 1、两端固定,适用于工作温度变化不大的短轴。考虑到轴因受热而伸长，在轴承盖与外圈端面之间应留出 热补偿间隙c，c=0.20.3mm(图16-12b)。,16-5 滚动轴承的组合设计,16-5 滚动轴承的组合设计,2、一端固定、一端游动式,一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面 与轴承盖之间留有较大的间隙，以适应轴的伸缩量。适用于温度变化较大的长轴。,16-5 滚动轴承的组合设计,二、轴承组合的调整 1、轴承间隙的调整,调整方法：靠加减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整(16-14a)；利用螺钉1通过轴承外圈压盖3移动外圈位置进行调整，调整 之后，用螺母2锁紧防松。,16-5 滚动轴承的组合设计,16-5 滚动轴承的组合设计,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,16-5 滚动轴承的组合设计,3、轴承组合位置的调整,目的：是使轴上零件(如齿轮、带轮等)具有准确的工作位置。例如：锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合，方能保证正确啮合。如图16-16为锥齿轮轴承组合位置的调整，套杯与机座间的垫片1用来调整锥齿轮的轴向位置，而垫片2用来调整轴承的游隙。,三、滚动轴承的配合,配合类型,内圈孔-轴,一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套 圈紧。,基孔制,外圈-轴承座孔,基轴制,轴公差：k6、m6,设计轴承组合时，应考虑有利于轴承的拆装，以便在拆卸过程中不损坏其他零件。,孔公差：H7、J7、Js7 游动支点：G7,内圈与轴采用具有过盈的过渡配合,较松的过渡配合 间隙配合,16-5 滚动轴承的组合设计,（1）轴承的安装,冷压法,热套法,（2）轴承的拆卸,采用中用工具或压力机拆卸轴承,为方便拆卸，轴上定位轴肩的高度应小于轴承内圈的高度。,四、轴承的拆装,16-5 滚动轴承的组合设计,应留出拆卸高度h1(图16-18a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔(图c),外圈拆卸,16-5 滚动轴承的组合设计,
