滚动轴承资料课件.ppt
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1、第13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,13-7滚动轴承与滑动轴承性能对照,13-8滚动轴承例题分析,潘存云教授研制,13-1概 述,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;,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,冲压制成高速轴承:有色金属或塑料。,滚动轴承的组成:外圈、内圈、滚动体、保持架。,内外圈上有滚道,当
2、内外圈相对旋转时,滚动体将沿着滚道滚动。,装在机座或零件轴孔内;,滚动副的材料要求:,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。,滚动轴承按其承受载荷的方向(接触角)和滚动体的形状分类。,接触角: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。,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,一、分类,向心推力轴承,潘存云教授研制,13-2 滚动轴承的主要类型和代号,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针
3、,球轴承,滚子轴承,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,一、分类,向心推力轴承,调心滚子轴承20000C,低,0.5 2 比10000小,能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大,具有调心性能。,圆锥滚子轴承30000,中,2,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线接触,承载能力大,内外圈可分离,装拆方便,称对使用。,推力球轴承50000,低,不允许,只能承受轴向载荷,且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时,因滚动体离心力大,球与保持架摩擦发热严重,寿命较低,可用于轴向载荷大、转速不高之处。,(a)单向,推力球轴承50000,低,不允许,只能承受轴向载
4、荷,且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时,因滚动体离心力大,球与保持架摩擦发热严重,寿命较低,可用于轴向载荷大、转速不高之处。,深沟球轴承60000,高,816,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线接触,承载能力大,内外圈可分离,装拆方便,称对使用。,角接触球轴承70000C(=15)70000AC(=25)70000B(=40),较高,210,能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。大,承载能力越大,有三种规格。称对使用。,潘存云教授研制,滚动轴承的类型很多,而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等,为便于组织生产和选用,规定了滚动轴承的代号,,二、滚动轴承的代号,宽
5、(高)度系列代号,直径系列代号,类型代号,尺寸系列代号,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。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,推力球轴承50000,滚针轴承(a)NA0000(b)RNA0000,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。,内径代号 基本代号左起第四、五位。,3.后置代号 用字母(或加数字)表示。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,注:公差等级中0级最低,向右依次增高,2级最高。,三、滚动轴承代号示例,6
6、 2 2 03,7(0)3 12 AC/P6,公差等级为0级;游隙组为0组;,游隙组为0组;,N 1 05/P5,游隙组为0组;,3 0 2 13,公差等级为0级;游隙组为0组;,潘存云教授研制,13-3滚动轴承的类型选择,滚动轴承是标准零件,要求设计者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,根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列,1)轴承的载荷,由于结构不同,各类轴承的使用性能也不相同,现说明如下。,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向,向心轴承用于受径向力,1 轴承的载荷,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向,向心轴承用于受径向
7、力,向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用,1 轴承的载荷,二、滚动轴承选择应考虑的问题,载荷方向,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周向力联合作用,载荷大小:,一般:滚子轴承(1.53)球轴承,当d 20 mm时,两者承载能力接近,宜采用球轴承。,因滚子轴承与角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷。,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 45,45 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。,2.轴承的转速,转速过高,温度
8、,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。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;内径相同时,外径越小,滚动体就越轻小,产生的离心惯性力也小,;,3.轴承的调心行性能,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,应尽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。,(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
9、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。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,13-4滚动轴承的工作情况,一、滚动体的受力分析,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。,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;,二、滚动体的应力变化情况,潘存云教授研制,派生轴向力,FNi=Fdi+Fri,Fd=Fdi=Fri tan,第i个滚动体,当
10、角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时,由于存在接触角,第i个滚动体所受力为FNi。可分解为两个轴向和径向两个分力:,所有滚动体轴向力之和,其中 Fdi=Fri tan,三、轴向载荷的计算,Fd将迫使内圈和轴径向右移动。可按下表来计算Fd,由于产生了派生轴向力,此时轴承所承受的实际轴向力不再等于外部轴向力,即:Fa Fae,假设作用在轴上的轴向外载荷为:Fae,潘存云教授研制,当多个滚动体受载时有,因为各Pi方向不同,它们的合力虽然与R平衡,但其代数和必然大于R,而派生力S=Si,是代数和,故有此结论。,2.当施加有外部轴向力Fae时,当只有一个滚动体受载时,Fa=Fd,Fa=Fd=Fr
11、i tan,=Fr tan,=Fr tan,Fr tan,轴承不会沿轴向窜动,实际轴向力应取决于Fd与Fae中较大的一个,即,Fa=max Fd Fae,1.假设没有外部轴向力Fae,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。,13-5滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承的载荷,动载荷,静载荷,失效形式不同。,疲劳破坏,永久变形,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,轴承元件破裂,维护保养不当而造成。,一、滚动轴承的
12、失效形式,失效形式,潘存云教授研制,对一组同一型号的轴承,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,有的甚至相差几十倍。因此,对一个具体的轴承,很难预知其确切的寿命。实验表明:寿命与可靠性有关。如图,定义: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称为,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
13、句话说寿命为1百万转时,可靠度为90%,寿命为5百万转时,可靠度只有50%。,轴承寿命,二、滚动轴承的寿命计算,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,定义:当一套轴承运转达到一百万(106)转时,轴 承所能承受的载荷C。.,向心轴承记为 Cr,可查表,推力轴承记为 Ca,基本额定动载荷,不同的轴承该值不一样,它表征了轴承的承载特性。是在大量试验的基础上,通过理论分析得到,需要时可从设计手册或轴承样本中查得。.,寿命计算公式,通过试验
14、得出如图所示6208轴承的载荷寿命曲线。,曲线上对应于 Lh=106 的载荷为 29.5 kN。,载荷寿命曲线的公式:,寿命指数,球轴承,滚子轴承,用小时表示,基本额定动载荷,P 动载荷,Lh 预期计算寿命,当 t 100 时,C,引进温度系数 ft 进行修正。,Ct=ft C,修正后的计算公式,最终计算公式,工作中冲击振动 C,引进载荷系数 fP 进行修正。,三、当量动载荷的计算,滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷;对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷,则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后,才能和基本额
15、定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷,称为当量载荷。,含义:当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响,经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷相当。,计算公式,P=X Fr+Y Fa,X 径向动载荷系数;,Y 轴向动载荷系数。见下页,向心轴承,P=Fr;,推力轴承,P=Fa,理由:基本额定动载荷是单向载荷(径向或轴向)试验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。很显然,单向载荷与双向载荷作用下,轴承的寿命是不一样的。,轴承类型 相对轴向载荷 Fa/Fr e Fa/Fr e,名 称 代 号 f 0Fa/C0r Fa/C0 X Y X Y 判断系数e,调心球轴承 1000
16、0 1(Y1)0.65(Y2),调心滚子轴承 20000 1(Y1)0.67(Y2),推力调心滚子轴承 29000 1 1.2 1 1.2,圆锥滚子轴承 30000 1 0 0.4(Y)(e),深沟球轴承 60000,角接触球轴承,0.025 2.0 0.220.040 1.8 0.240.070 1.6 0.270.130 1 0 0.56 1.4 0.310.250 1.2 0.370.500 1.0 0.44,0.015 1.47 0.380.029 1.40 0.400.058 1.30 0.430.087 1.23 0.460.120 1 0 0.44 1.19 0.470.170
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