第16章滚动轴承.ppt
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1、第16章 滚动轴承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,组成 内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4四个基本元件组成。关系 轴承的内圈装在轴颈上,外圈装在轴承座孔或其它零件的轴承孔内。,轴承内、外圈上都开有凹槽滚道,它起着降低接触应力及限制滚动体轴向移动的作用。滚动体是滚动轴承的核心元件,当内、外圈相对转动时,滚动体即在内、外圈滚道间滚动,它使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。滚动体的形状、大小及数量直接影响轴承的承载能力。,保持架的作用是把滚动体均匀地相互隔开,防止滚动体脱落,改善轴
2、承内部载荷分配及引导滚动体运动。保持架有冲压的和实体的(图16-1)两种。冲压保持架一般用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成,它与滚动体间有较大间隙。实体保持架常用铜合金、铝合金或工程塑料经切削加工而成,它具有良好的定心作用,适用于高速轴承。滚动轴承的性能和可靠性在很大程度上取决于内、外圈及滚动体的材料,它要求具有高的接触疲劳强度,良好的耐磨及耐腐蚀性。一般用含铬合金钢制造,经热处理后硬度可达6165HRC,工作表面须经磨削和抛光。滚动轴承已经标准化,并由轴承厂大批生产。设计人员的任务主要是熟悉标准、正确选用。,与滑动轴承相比,滚动轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点,所以
3、获得广泛应用。它的缺点是抗冲击能力较差,高速时出现噪声,工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。,滚动轴承通常按其承受载荷的方向(或接触角)和滚动体的形状分类。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称为公称接触角,简称接触角。接触角是滚动轴承的一个主要参数,轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。接触角越大,轴承承受轴向载荷的能力也越大。,16-1 滚动轴承的基本类型和特点,按照承受载荷的方向或公称接触角的不同,滚动轴承可分为:1)向心轴承、主要用于承受径向载荷,其公称接触角从0到45;2)推力轴承,主要用于承受轴向载荷,其公称接触角从大于45到90(表16-1)。,按照滚动体
4、形状,可分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为圆柱滚子(图16-2a),圆锥滚子(图b)、球面滚子(图c)和滚针(图a)等。,我国机械工业中常用滚动轴承的类型和特性,见表16-2。,1,3,由于结构的不同,各类轴承的使用性能也不相同。1.承载能力在同样外形尺寸下,滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.53倍。所以,在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴承内径d20mm时,滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多,而球轴承的价格一般低于滚子轴承,故可优先选用球轴承。角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。角接触向心轴承(045)以承受径向载荷为主;角接触推力轴承(4590)以承受轴向载荷为主。轴向接
5、触(=90)推力轴承只能承受轴向载荷。,径向接触(=0)向心轴承,当以滚子为滚动体时,只能承受径向载荷;当以球为滚动体时,因内外滚道为较深的沟槽,除主要承受径向载荷外,也能承受一定量的双向轴向载荷。深沟球轴承结构简单,价格便宜,应用最广泛。,2.极限转速 滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温,润滑失效,从而导致滚动体回火或胶合破坏。滚动轴承在一定载荷和润滑条件下,允许的最高转速称为极限转速,其具体数值见有关手册。各类轴承极限转速的比较,见表16-2。,如果轴承极限转速不能满足要求,可采取提高轴承精度、适当加大间隙、改善润滑和冷却条件、选用青铜保持架等措施。,3.角偏差轴承由于安装误差或轴的变形
6、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,见图16-3。角偏差较大时会影响轴承正常运转,故在这种场合应采用调心轴承。调心轴承(图16-3)的外圈滚道表面是球面,能自动补偿两滚道轴心线的角偏差,从而保证轴承正常工作。滚针轴承对轴线偏斜最为敏感,应尽可能避免在轴线有偏斜的情况下使用。各类轴承的允许角偏差见表16-2。,国家标准GB/T292-93中规定,轴承的代号用字母加数字表示,由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成,其排列顺序如表16-3。,16-2 滚动轴承的代号,其中基本代号是轴承代号的基础和核心,前置及后置代号都是对基本代号的补充,只有在对标准轴承的结构形状、尺寸、材料、
7、公差等级、技术要求等有改变时才使用,正常情况的可部分或全部省略。(1)基本代号 基本代号包括类型代号、尺寸系列代号和内径代号三部分,通常由5位数(字母)组成,分别表明轴承的内径、外径、宽度和类型,见表16-3。类型代号 代表轴承的类型,用基本代号左起的第一位数字或字母表示,代号的意义见表16-2第一栏。代号为“0”(双列角接触球轴承)则省略。,尺寸系列代号 为了满足不同承载能力的需要,把同一内径的轴承,做成不同的外径和宽度。这种内径相同而外径和宽度不同的变化系列称为尺寸系列。GB/T272-93规定轴承的尺寸系列代号由基本代号左起第二、三位数字表示。基本代号左起的第二位数字代表轴承的宽(高)度
8、系列,它表示的是内径和外径相同的(同类)轴承,在宽(高)度方面的变化。基本代号左起第三位数字代表轴承的直径系列,它表示的是内径相同的同类轴承,在外径和宽度方面的变化。图16-4所示为内径相同,而直径系列不同的四种轴承的对比,它们用于适应各种不同工况的要求。,向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号如表16-4所列。内径代号 表示轴承公称内径的大小,用基本代号左起的第四、五两位数字表示,按表16-5的规定标注。,对于内径小于10mm和大于500mm的轴承,内径表示方法另有规定,可参阅 GB/T292-93。,(2)前置代号轴承的前置代号表示成套轴承的分部件,用字母表示。如:L表示可分离轴承的可分离内
9、圈或外圈;K表示轴承的滚动体与保持架组件等。(3)后置代号轴承的后置代号表示轴承的内部结构、密封、材料、公差、游隙、配置及其它特性要求,用数字和字母表示。后置代号共分8组,排列顺序见表16-6。,内部结构代号 表示同一类型轴承不同的内部结构,用字母表示,紧跟在基本代号的后面。内部结构代号如表16-7所示。,公差等级代号 表示轴承的公差等级,用字母和数字表示。公差等级代号列于表16-8。,游隙代号 表示轴承径向游隙值的大小,用字母和数字表示。常用的轴承游隙由小至大分为1组、2组、0组、3组、4组和5组,其中0组游隙是常用的基本组游隙,在代号中可省略不写,其它的游隙组为辅助游隙组,在代号中分别用/
10、C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。公差等级代号与游隙代号同时表示时,可进行简化,取公差等级代号加上游隙组号组合表示,如/P63。,例16-1 试说明轴承代号61208、7315AC/P5、7206CJ/P63的含义。解:61208表示内径为40mm,轻直径系列,正常宽度结构的深沟球轴承,0 级公差,0组游隙;7315AC/P5表示内径为75mm,中系列角接触球轴承,接触角为250,5级公差,0组游隙。7206CJ/P63表示内径30mm 的轻窄系列角接触球轴承,=15,6级公差等级,3组径向游隙,J则表示酚醛胶布实体保持架。,滚动轴承的选用,首先是轴承类型的选择。正确地选择出合适的轴承
11、类型,首先必须熟悉各类轴承的特点,然后考虑机械设备对轴承的要求,包括工作载荷、转速、寿命、旋转性能等方面的要求,选择轴承类型总的原则是:选择轴承性能特点与要求相符合的类型。一、失效形式滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa作用下,可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷Fr作用时(图16-5),情况就不同了。,16-3 滚动轴承的选择计算,假设在Fr作用下,内外圈不变形,那么内圈沿Fr方向下移一距离,上半圈滚动体不承载,而下半圈各滚动体承受不同的载荷(由于各接触点上的弹性变形量不同)。处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大(Fmax),而远离作用线的各滚动体,其承载就
12、逐渐减小。对于=0的向心轴承,可以导出,式中z为轴承的滚动体的总数。滚动轴承的失效形式主要有:疲劳点蚀、永久变形、磨损 等。,(1)疲劳点蚀 滚动轴承工作过程中,滚动体相对内圈(或外圈)不断地转动,因此滚动体与滚道接触表面受变应力。如图所示,此变应力可近似看作载荷按脉动循环变化。由于脉动接触应力的反复作用,首先在滚动体或滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹,继而扩展到接触表面,形成疲劳点蚀,致使轴承不能正常工作。通常,疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。(2)永久变形 轴承在很大的静载荷或冲击载荷作用下,会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形(滚道表面形成变形凹坑),从而使轴承在运转中产生剧烈振动
13、和噪声,以致轴承不能正常工作。,(3)磨损 在滚动轴承内部,滚动体与套圈之间,以及保持架与滚动体或套间之间均存在着滑动,从而引起轴承磨损。在多尘或密封不好及润滑不良条件下,滚动轴承中易侵入磨料性物质,从而引起磨粒磨损,高速时还会因磨损引起表面发热,产生粘着磨损、胶合甚至使滚动体回火,结果造成轴承元件工作表面的表层质量恶化、旋转精度下降、振动和噪音增加。轴承的其他失效形式还有腐蚀、锈蚀和由于安装、使用、维护不当造成元件的破裂等。,二、轴承寿命轴承的一个套圈或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象前,一个套圈相对于另一个套圈的总转数,或在某一转速下的工作小时数,称为轴承的寿命。,对一组同一型号的轴承,
14、由于材料、热处理和工艺等很多随机因素的影响,即使在相同条件下运转,寿命也不一样,有的相差几十倍。因此对一个具体轴承,很难预知其确切的寿命。但大量的轴承寿命试验表明,轴承的可靠性与寿命之间有如图16-6所示的关系。可靠性常用可靠度R度量。,一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率,称为轴承寿命的可靠度。滚动轴承的寿命长短与要求的可靠度高低有关,要求的可靠度愈高,轴承的寿命愈短。如图所示,当寿命L为1106r(转)时,可靠度R为90;L为5106r时,可靠度R为50。一组同一型号轴承在同一条件下运转,其可靠度为90时,能达到或超过的寿命称为基本额定寿命,记作L(单位为百万转,即106 r)或Lh单
15、位为h(小时)。换言之,即90的轴承在发生疲劳点蚀前能达到或超过的寿命,称为基本额定寿命。对单个轴承来讲,能够达到或超过此寿命的概率为90。,轴承的寿命长短与其所受载荷大小有关。载荷愈大,引起的接触应力愈大,轴承发生点蚀破坏前所能经历的应力变化次数也就愈少,亦即轴承的寿命愈短。当一套轴承进入运转并且基本额定寿命为一百万转时,轴承所能承受的载荷,称之为基本额定动载荷,用C表示。在基本额定动载荷作用下,轴承可以运转106转而不发生点蚀破坏的可靠度为90。对于向心轴承,基本额定动载荷是在纯径向载荷下进行寿命试验的,所以称其为径向基本额定动载荷,记作Cr;对于推力轴承,基本额定动载荷是在纯中心轴向载荷
16、下进行试验的,故称之为轴向基本额定动载荷,记作Ca;,对于角接触轴承,基本额定动载荷指的是使轴承套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量。基本额定动载荷的大小表征了轴承承载能力的高低,基本额定动载荷大,意味着轴承抗点蚀破坏的能力较强。大量试验表明,滚动轴承的基本额定寿命L(106r)与基本额定动载荷C(N)、当量动载荷P(N)间的关系为,式中:为寿命指数,对于球轴承=3,对于滚子轴承=10/3。C为基本额定动载荷,对向心轴承为Cr,对推力轴承为Ca。,当量动载荷P是一假想载荷,在这一假想的当量动载荷P作用下,轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等。也可以说当量动载荷P是一个与实际载荷对轴承的疲劳影
17、响等效的假想载荷。实际计算时,用小时表示轴承寿命比较方便,若轴承的工作转速为n r/min,用小时数表示的轴承寿命为,说明:轴承样本中列出的基本额定动载荷数值是对一般轴承而言的,其工作温度一般不应超过120。当工作温度超过120时,基本额定动载荷C有所降低,故引进温度系数ft(ftl),对C值予以修正。ft可查表16-9。,考虑到工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低,为此又引进载荷系数fP。fP值可查表16-10。作了上述修正后,寿命计算式可写为,以上两式是设计计算时常用的轴承寿命计算式,由此可确定轴承的寿命或型号。各类机器中轴承预期寿命Lh的参考值列于表16-11中。,轴承的型号尺寸选择步骤已
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