机械设计基础滚动轴承.ppt

滚动轴承,滚动轴承的组成、类型及应用。滚动轴承的代号。滚动轴承的类型选择原则滚动轴承的失效形式滚动轴承的选择计算。,按摩擦性质的不同分为：,滑动轴承,滚动轴承,一、滚动轴承的组成和类型,1.滚动轴承的组成,装在轴上,装在轴承座孔中,在两套圈之间滚动并传递载荷,将滚动体均匀隔开,滚动体分为：,球,滚子：圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等,摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、,旋转精度高、润滑简单、更换方便,承载能力大、回转精度高、高速性能好，但启动摩擦阻力大，维护复杂。,构造和类型2,2.滚动轴承材料,内、外套圈和滚动体：,用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn）制造。淬火后表面硬度可达5866HRC。,保持架：,用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。,3、滚动轴承的类型,运转灵活，但承载能力低,承载能力高，但运转不如球轴承灵活,允许内外圈偏转角很小的轴承。,允许内外圈偏转角较大的轴承。,内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承,滚动体力作用线与轴承径向平面间的夹角。,按承受载荷的方向或公称接触角,向心轴承,径向接触轴承：公称接触角=0，主要承受径向载荷，可承受较小的轴向载荷。,角接触向心轴承：公称接触角=045，同时承受径向载荷和轴向载荷。,推力轴承,角接触推力轴承：公称接触角=4590，主要承受轴向载荷，可承受较小的轴向载荷。,轴向接触轴承：公称接触角=90，只能承受轴向载荷。,接触角：,向心轴承,推力轴承,按结构形式不同，滚动轴承分为10类，最常用的有六类:,深沟球轴承（6）,圆柱滚子轴承（N、NU）,角接触球轴承（7）,圆锥滚子轴承（3）,调心球轴承（1）,调心滚子轴承（2）,滚针轴承（NA),角接触轴承,径向接触轴承,推力滚子轴承（8）,轴向接触轴承,推力球轴承（5）,13-2 滚动轴承的代号,二、滚动轴承的代号,1、基本代号,用代号表明轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。,内径代号：,前置代号和后置代号只有在轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时使用,GB/T 2721993,代号2,类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N等类型,公差等级代号：,分为/P0、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2 共五级。,游隙分为：/C1、/C2、0、/C3、/C4、/C5 共六个组别。,尺寸系列代号：,直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,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）。,2、后置代号,游隙代号：,游隙：指一个套圈相对于另一个套圈，沿径向或沿轴向，从一个 极限位置到另一个极限位置的移动量。,宽度系列代号：窄(0)、正常(1)、宽(2)。,6308：,深沟球轴承，3中系列，内径d=40mm，公差为0级，游隙为0组；,N105/P53：,圆柱滚子轴承，1特轻系列，内径d=20mm，公差为5级，游隙为3组；,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，内径d=70mm，公差为4级，游隙为0组，公称接触角=15；,30213：,圆锥滚子轴承，2轻系列，内径d=65mm，公差为0级，游隙为0组；,注：遇到看不懂的代号时，查阅GB/T272-93。,内部结构代号：,配置代号：,三、滚动轴承类型的选择,1）载荷方向,当FA很大时，选 6（N）5（8）组合使用。,当FA较小时，可选 6类。,滚动轴承工作时，在 FR 作用下通常只有半圈滚动体受载。,工作时，轴承中各个元件所受载荷及应力是变化的。,四、滚动轴承的失效形式和计算准则,1、主要失效形式有：,1）疲劳点蚀：是最常见的失效形式。,2）塑性变形：,对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因过大的载荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。,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）。,磨损,胶合,2、计算准则,1.转速较高的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计算。,2.转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，计算静强度。,3.高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，需校核极限转速。,1、基本概念,1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚动 体或套圈首次出现点蚀之前，两套圈的相对总转数或在一定 转速下的运转小时数。,2）基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用 L10 或 Lh10表示。,轴承的寿命/（106r）,L10 的可靠度 R90。,五、滚动轴承的寿命计算,3）基本额定动载荷：指L10恰为 106 转时，轴承所能承受的 载荷，用 C 表示。,径向接触轴承的 C 是径向载荷，用 Cr表示。,轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用 Ca表示。,角接触向心轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。,2、轴承寿命计算,寿命指数，球轴承：3；滚子轴承：10/3,式中：P当量动载荷,（106 r）,3、当量动载荷,当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同的假想载荷，用 P 表示。,寿命指数，球轴承：3；滚子轴承：10/3。,式中：P当量动载荷；,n轴承的转速（r/min）；,常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。,（h）,（h）,温度系数ft 表12-9,载荷系数fp 表12-10,(1)对只能承受径向载荷R的轴承（N和NA类轴承）,P=R,(3)同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承(6、7和1、2、3类轴承),(2)对只能承受轴向载荷A的轴承（5和8类轴承）,P=A,P=X R+Y A,X径向载荷系数Y轴向载荷系数,表12-12,例：已知齿轮轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷1=3500，A1=1606，R2=2500，A2=试求P1、P2,解：查手册得：C0r=29200,查e：,求X、Y:,求:,A/C0r=1606/29200=0.055,在0.0280.056之间,插值,A1/R1=1606/3500=0.459e,Y1=1.7,Y2=0,P1=X1R1+Y1A1=0.563500+1.71606=4690,P2=R2=2500,P1P2 轴承危险，计算轴承1的寿命,得 e1=0.259,X1=0.56,A2=0,X2=1,四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷A的计算,1）派生轴向力大小方向,a)正装（面对面）,适合于传动零件位于两支承之间,b)反装（背靠背）,适合于传动零件处于外伸端,角接触球轴承和圆锥滚子轴承的结构特点：在滚动体和滚道接触处存在接触角，当其承径向载荷R时，会产生派生轴向力S,结论：,1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。,2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。,3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力,派生轴向力的大小与接触角有关 表12-13,实际轴向力Fa的计算方法,例:一对反装7312AC轴承,R15000N,R28000N，Fa2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。,解：画安装简图 S2 与 Fa同向,求 S1，S2,判断放松压紧,S2Fa544020007440N S13400N,A1 S2Fa 7440N,A2S25440N,S10.68R10.6850003400NS20.68R20.6880005440N,轴承1被压紧,求A1，A2,轴承2被放松,例:一对正装7312AC轴承,R15000N,R28000N，Fa2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。,解：画安装简图 S2 与 Fa同向,求 S1，S2,判断放松压紧,S1Fa340020005400N S25440N,A1 S2-Fa 3440N,A2S25440N,S10.68R10.6850003400NS20.68R20.6880005440N,轴承1被压紧,求A1，A2,轴承2被放松,例:一对正装7312B轴承,R16500N,R28000N，Fa2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。,解：画安装简图 S2 与 Fa同向,求 S1，S2,判断放松压紧,S1Fa741020009410N S29120N,A1 S17410N,A2S1 Fa 9410N,S11.14R11.1465007410NS21.14R21.1480009120N,轴承2被压紧,求A1，A2,轴承1被放松,由前例题求得派生轴向力S和轴向载荷A由A/Cor-e依A/R与e求得X、Y求当量动载荷P,解：,这对轴承工作温度120有中等冲击,拟四年小修，八年大修。转速n=460转/分，8小时工作，年工作日246天。问所选轴承是否恰当？,作业,滚动轴承的组成、各部分的作用。滚动轴承的代号。滚动轴承的类型选择原则滚动轴承的失效形式滚动轴承的选择计算。,轴承的组合设计合理的使用轴承。组合设计中主要是解决安装、固定、配合、调整、润滑、密封问题。,1、滚动轴承轴系的固定,通过轴承与轴和轴承座之间的联接固定，使轴系在机器中有确定的位置。,五、滚动轴承的组合设计,要求：1）使轴上的载荷能可靠的传到机架上去，防止轴沿轴向串动。,2）受热膨胀时，轴能自由伸缩。,典型的轴系固定方法主要有三种：,1）.两端固定支承,一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动，另一端轴承的固定限制另一方向的串动，两端轴承的固定共同限制轴的双向串动。,对于深沟球轴承，应留热补偿间隙 0.250.4mm,特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。,2）.一端固定一端游动支承,一端轴承的固定即限制轴的双向串动；另一端轴承不固定，为游动支承。,特点：轴的位置准确，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。,3）.两端游动支承,两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动，均为游动支承。,例如：人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承。但大齿 轮的轴向位置必须固定。,2、滚动轴承组合结构的调整,1）.轴系轴向位置的调整,目的：使轴上零件有准确的位置。,例如：蜗轮的中间平面应通过蜗杆轴线；两个锥齿轮的锥顶要重合。,2）.轴承游隙的调整,游隙的大小直接影响轴的旋转精度、轴承的载荷分布以及轴承的寿命等。,径向接触轴承的游隙是在制造时保证的；圆锥滚子轴承的游隙是在安装时保证的。,3、滚动轴承的预紧,预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙。,目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动。,方法：,1）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。,2）采用衬垫。,3）内、外圈加长度不同的间隔套或用垫片预紧。,4）加弹簧。,4、滚动轴承的配合,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,内圈孔与轴的配合为基孔制，外圈与轴承座孔的配合为基轴制。,转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。,转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；游动套圈配合应松。,5、滚动轴承的安装与拆卸,装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。,错误的施力,正确的施力,配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；,配合过盈量大的轴承常用温差法装配。,6、滚动轴承的润滑,1)润滑的主要作用,降低摩擦，减少磨损；,油润滑可以到起散热、冷却作用；,滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用；,轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用。,通常根据 dn 值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见,2)润滑方式的选择,可根据载荷、速度和温度确定所需润滑油的运动粘度。,3)滚动轴承的密封,作用：1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承；,密封方法：,2）防止润滑剂流失。,1）接触式密封,2）非接触式密封,有：毡圈式密封、密封圈式密封,有：间隙密封、迷宫式密封、挡油环密封,3）组合密封：,挡油环,（封油盘）,将各种密封方法组合使用。,防尘,防漏,轴承装置的设计,对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采 用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；,正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔 在工作时发生相对转动；,在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则 将使轴承损坏；,对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减 小机器工作时轴的振动。,在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：,应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞 而使轴承提前损坏；,滚动轴承主要类型代号表,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸选择的过程,滚动轴承的类型选择,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。,一、滚动轴承选择的一般过程如下：,四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算,1）派生轴向力大小方向,a)正装（面对面）,适合于传动零件位于两支承之间,b)反装（背靠背）,适合于传动零件处于外伸端,作业,滚动轴承的组成、类型及应用。滚动轴承的代号。滚动轴承的类型选择原则滚动轴承的失效形式滚动轴承的选择计算。,滚动轴承的极限转速,极限转速：在一定载荷和润滑条件下，轴承所允许的最高转速。,轴承样本和手册中，列出了特定条件下的极限转速 nlim。,实际工作条件下的极限转速：nmax f1 f2 nlim,式中：f1载荷系数，用于考虑载荷大小对极限转速的影响。,f2载荷分布系数，用于考虑轴承中载荷分布情况对极限转速的影响,五、滚动轴承的静强度计算,对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承的静强度。,当量静载荷 FP0,FP0=X0FR+Y0FA,式中：X0、Y0为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表1314。,基本额定静载荷 C0使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值 的载荷（球轴承：4200MPa；调心轴承：4600MPa；滚子轴承：4000MPa）。,径向接触轴承的 C0 是径向载荷。,向心角接触轴承的 C0 是所受载荷的径向分量。,轴向接触轴承的 C0 是中心轴向载荷。,注：如计算的 FP0FR，取FP0FR。,静强度条件为：,式中：S0静强度安全系数，,FP0,四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算,1）派生轴向力大小方向,a)正装（面对面）,适合于传动零件位于两支承之间,b)反装（背靠背）,适合于传动零件处于外伸端,