滚动轴承计算与选择.ppt

第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-1 概述,滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。,13-1 概述,滚动轴承组成：内圈、外圈、滚动体、保持架。,外圈：与轴承座相配；,保持架：防止滚动体直接接触。,内圈：与轴颈相配；,滚动体：将滑动摩擦转化为滚动摩擦；,常见的滚动体有六种形状：,13-1 概述,轴承材料,内圈、外圈和滚动体硬度和接触疲劳强度、耐磨性和冲击韧性。常用材料：GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等,工作表面：经磨削抛光,保持架较软材料，易成形，减摩常用：低碳钢、铜合金、铝合金、工程塑料等,附加特殊元件或特殊结构：无内圈或外圈、防尘密封、止动环等。,滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。,本章主要内容：滚动轴承的类型和代号（认识轴承）；滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）；滚动轴承的装置设计。,考虑轴承的装拆、固定、调试、润滑、密封等。,第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,一、滚动轴承的分类,按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承；,在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承；,夹角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角叫作轴承的接触角；夹角：即载荷角。,接触角,轴向承载能力,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,按轴承的结构形式不同分类：,在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列类:,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,更多的滚动轴承,二、滚动轴承的代号方法,滚动轴承代号构成：,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。,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,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的特征。,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,2.尺寸系列代号 表达相同内径但宽度和外径不同的轴承。,但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,外径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。,1.类型代号,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,3.内径代号,轴承内径,d/(mm),内径代号,示例,10,00,12,01,15,02,1017,17,03,深沟球轴承,6201,内径,d=12mm,20480,用内径除以5所得的商数表示。,深沟球轴承,6210,内径,d=50mm,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,4.内部结构代号,5.公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。,以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级不标注。,6.游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。,以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,三、轴承代号示例,6308：,6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,N105/P5：,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=25；,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；,6103：,6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,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。,N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；,第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-3 滚动轴承的类型选择,选择轴承的类型和直径系列,一、滚动轴承选择的一般过程,13-3 滚动轴承的类型选择,二、滚动轴承类型选择应考虑的问题,1承受载荷情况,2尺寸的限制,3转速的限制,4调心性要求,方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用。,大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。,当对轴承的径向尺寸有较严格限制时，可选用滚针轴承。,球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。,调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。,第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-4 滚动轴承的工作情况,一、工作时轴承元件上的载荷及应力的变化,向心轴承受径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,下半圈滚动体受力大小方向各不相同。,13-4 滚动轴承的工作情况,滚动体、运转的外圈或内圈上的某一点应力变化情况。,固定的外圈或内圈上在承载区内某一点应力变化情况。,13-4 滚动轴承的工作情况,二、向心推力轴承 轴向载荷对载荷分布的影响,向心推力滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜。,第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,一、滚动轴承的失效形式,滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：,更多的失效,13-5 滚动轴承尺寸的选择,一、滚动轴承的失效形式,滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：,13-5 滚动轴承尺寸的选择,疲劳点蚀：,塑性变形：,磨损：,13-5 滚动轴承尺寸的选择,套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据滚动轴承寿命计算。,转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。,除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如：,这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。,13-5 滚动轴承尺寸的选择,二、滚动轴承的寿命计算,基本额定寿命：具有90可靠度时轴承的寿命，用L10表示。,图中：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%,单个轴承的寿命轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。,材料相同、尺寸相同、同一批产品，寿命都相差非常大。零件数目多，精度有差异,13-5 滚动轴承尺寸的选择,基本额定寿命：具有90可靠度时轴承的寿命，用L10表示。,基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。,13-5 滚动轴承尺寸的选择,基本额定寿命计算式,ft,13-5 滚动轴承尺寸的选择,基本额定寿命计算式,验算公式,设计公式,13-5 滚动轴承尺寸的选择,三、滚动轴承的当量动载荷,在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。,式中：Fr与Fa轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷,X、Y轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数(查表）,为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p。,四、角接触轴承中的派生轴向力Fd,13-4 滚动轴承的工作情况,派生轴向力,派生轴向力使内外圈分离，故角接触轴承应同时承受径向载荷和轴向载荷。且为了能承受双向轴向载荷，最好成对配置（面对面或背对背）。,向心推力轴承在纯径向力Fr的作用下会产生派生轴向力,当约有半圈滚动体受载时，Fd计算如下：,四、角接触轴承中的派生轴向力Fd,13-4 滚动轴承的工作情况,派生轴向力,向心推力轴承在纯径向力Fr的作用下会产生派生轴向力,13-5 滚动轴承尺寸的选择,五、向心推力轴承的轴向力计算,轴向力的平衡：若轴向力正好平衡，应满足：Fd1=Fd2+Fae 但Fd1、Fd2查表由公式算出，不一定恰好满足上述关系式。,径向力的平衡：将轴视为简支梁，有：Fre=Fr1+Fr2(将在轴一章中解决),取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体：,五、向心推力轴承的轴向力计算,F1F2+FA 时，怎么办？,当FaeFd2Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”:,轴承1的轴向力：Fa1FaeFd2轴承2的轴向力：Fa2Fd2,当FaeFd2 Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”:,轴承2的轴向力：Fa2Fd1Fae轴承1的轴向力：Fa1Fd1,16-3 滚动轴承的选择计算,13-5 滚动轴承尺寸的选择,向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为：由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承；,确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力；,被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。,13-5 滚动轴承尺寸的选择,五、滚动轴承的静承载能力,摆动、转速极低及短期受冲击的轴承会产生塑性变形。针对失效形式应进行静载荷计算。,基本额定静载荷C0：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。,当量静载荷P0：,P0=X0Fr+Y0Fa,静载荷计算:,S0静强度安全系数，可由设计手册查取。,国标规定，如向心球轴承为4200MPa,在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限基本额定静载荷，用C0表示。,例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈d0=3035mm；齿轮分度圆直径d=45mm，Fte=3000N，Fre=1200N，Fae=900N；n=385rpm，中等冲击载荷；计算轴承寿命。,垂直平面 Rr1=Rr2=600 Ra1=Ra2=202.5 则 RVI=397.5，RV2=802.5,解：选取轴承型号30206 C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7,50,50,R1,R2,1.计算径向力Fr1、Fr2 水平平面 Rt1=Rt2=1500,轴承1放松：轴向力 Fa1=Fd1=456N 轴承2压紧：轴向力 Fa2=Fa1+Fd1=1356N,2.计算轴向力Fa1、Fa2（Fr1=1552N，Fr2=1701N）由手册 C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；查表13-7，对于圆锥滚子轴承，有Fd=Fr/(2Y),Fae+Fd1=1356NFd2=500N,3.计算当量动载荷,P1=fPFr1=1.51552=2328NP2=fP(X Fr2+Y Fa2)=1.5(0.4 1701+1.7 1356)=4478N,4.计算寿命,P=XFr+YFa,C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；,Fr1=1552N，Fr2=1701N,Fa1=456N，Fa2=1356N,轴颈转速 n=385rpm,图示某轴用一对30309轴承支承。轴上载荷F6000N，Fal000N，已知，L1100mm，L2200mm，轴的转速n960rmin，轴承受轻微冲击，载荷系数fp=1.2。30309轴承特性参数：C64800N；Co61200N，派生轴向力Fd=Fr/2Y，Y=2.1。试分析：(1)哪个轴承危险？(2)若预期寿命Lh15000h，该轴承能否合用？,一对轴承中当量动载荷大的那个轴承危险。求支反力Fr1、Fr2 Fr2F-Fr1=6000-4000=2000N计算轴承的轴向载荷Fa1、Fa2先计算内部轴向力：Fd=Fr/2YFd1=Fr1/2Y4000/22.1952NFd2=Fr2/2Y=200/22.1476NFd1+Fa=952+1000=1952N Fd2476N轴承2压紧，轴承1放松Fa1Fd1=952NFa2Fd1+Fa1952N计算当量动载荷 Fa1/Fr1952/40000.239e0.29，得：X=0.4，Y=2.1P2=fp(X Fr2+Y Fa2)=1.2(0.420002.11952)5879NP2 P1 轴承2危险。（2）合用。,第十三章 滚动轴承,13-1 概述,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,13-3 滚动轴承的类型选择,13-4 滚动轴承的工作情况,13-5 滚动轴承尺寸的选择,13-6 轴承装置的设计,13-6 轴承装置的设计,一、支承部分的刚性和同心度 1.保证轴和轴承座有足够的刚度,减速箱体,13-6 轴承装置的设计,一、支承部分的刚性和同心度 2.保证轴承座孔的同心度,二、轴承的配置,轴承的配置问题是指：对于一个轴系应采用几个轴承支承、如何支承、如何配置等问题。常用的轴承配置方案有以下三类：,13-6 轴承装置的设计,1.双支点各单向固定,13-6 轴承装置的设计,1.双支点各单向固定,13-6 轴承装置的设计,13-6 轴承装置的设计,一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。,适用于温度变化较大的长轴。,2.一支点双向固定，另一支点游动,13-6 轴承装置的设计,2.一支点双向固定，另一支点游动,13-6 轴承装置的设计,13-6 轴承装置的设计,3.两端游动支承,13-6 轴承装置的设计,三、滚动轴承的轴向紧固,滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。,四、轴承的装拆,13-6 轴承装置的设计,错误的施力,13-6 轴承装置的设计,内圈：,轴肩高度 内圈外经,四、轴承的装拆,13-6 轴承装置的设计,外圈：,应留拆卸高度，或留螺孔。,四、轴承的装拆,13-6 轴承装置的设计,游隙：滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。,径向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿径向从一极端位置移至另一极限位置的移动量。,轴向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿轴向从一极端移至另一极限位置的移动量。,五、轴承游隙及轴上零件位置的调整,1.轴承游隙的调整：,13-6 轴承装置的设计,加减垫片的厚度,螺钉调整,方法,13-6 轴承装置的设计,1.轴承游隙的调整,加减垫片的厚度,螺钉调整,方法,圆螺母调整,13-6 轴承装置的设计,目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。,例如：圆锥齿轮传动，蜗杆传动,2.轴上零件位置的调整,13-6 轴承装置的设计,方法：套杯+调整垫片,2.轴上零件位置的调整,13-6 轴承装置的设计,方法：套杯+调整垫片,2.轴上零件位置的调整,13-6 轴承装置的设计,2.轴上零件位置的调整,方法：套杯+调整垫片,六、滚动轴承的配合,内圈与轴：基孔制(g，h，js，k，m，n，p，r)外圈与孔：基轴制(H，J，JS，K，M，N，P),配合种类：过盈配合：转速高、载荷大、温度高、有振动、内圈与轴一起转动,过渡配合：经常拆卸、外圈静止、半圈受载,13-6 轴承装置的设计,13-6 轴承装置的设计,七、轴承的预紧,13-6 轴承装置的设计,八、滚动轴承的润滑与密封,1润滑的目的,降低摩擦：润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；,降温：轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；,降压：良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小；,防锈：轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。,选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。,2润滑方式的选择,轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。,3密封,作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。,密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。,13-6 轴承装置的设计,接触式密封：,毡圈密封,唇型密封圈,13-6 轴承装置的设计,非接触式密封：,