机械设计第十章滚动轴承.ppt

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1、1、概述2、滚动轴承的代号3、滚动轴承的类型和选择4、滚动轴承的力分析、失效和计算准则5、滚动轴承的动载荷和寿命计算6、静载荷计算（自学）7、极限转速（自学）8、成对安装角接触轴承的计算特点9、滚动轴承组合设计,第十章 滚动轴承,1、概述,标准件、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。,一、构造,核心元件：滑动滚动,使滚动体等距离分布，滚动体间的摩擦、磨损。,滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针线接触,保持架,外圈,滚动体,二、材料,内外圈、滚动体：强度高、耐磨的铬锰高碳钢。,保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。,三、特点：与滑动轴承比较,优点：,1）起动力矩小，可在负载下起动；,2）径向

2、游隙较小，运动精度高；,3）轴向宽度较小；,4）可同时承受径向、轴向载荷,轴承组合较简单;,5）便于密封、易于维护；,6）不需有色金属，标准件，成本低。,缺点：,1）承受冲击载荷能力差；,2）振动、噪音较大；,3）径向尺寸较大；,4）有的场合无法使用；,数字或字母表示不同类型的轴承,表示结构、内径相同的轴承在外径和宽度（高度）方面的变化系列,表示轴承公称直径的大小20480mm 代号5=内径mm,有特殊要求时使用,表示轴承结构、形状、材料、公差等级等,2、滚动轴承的代号（GB/T27293）,代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品代号。,第五、六位,第二、三位,第一位,但对

3、圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,第三位 直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,第二位宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。,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。,内径代号特殊情况：,后置代号,内部结构代号：具体见手册，主要掌握：,1）圆锥滚子轴承：30000(=1018)30000B(=2730大锥角),2）角接触球轴承：70000C（=15）、70000AC（=25）、70000B（=40）。,3）E：加强型,N207E,举例：,7306A

4、C/P4,角接触球轴承，=25，d=30mm，精度为4级,6 2 1 2,N 2 2 0 8,3 3 3 1 5 E,3、滚动轴承的类型和选择,一、滚动轴承的主要类型,主要掌握：,双向：双向Fa,1、60000型:深沟球轴承,4、N0000型:圆柱滚子轴承:内外圈间可自由移动,3、30000型:圆锥滚子轴承,按载荷方向、的不用分为：,承受轴向载荷能力,向心轴承=0 45，主要径向载荷。,推力轴承=4590，主要轴向载荷；,推力角接触轴承：,公称接触角：套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线间夹角。,二、类型的选择,1、球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。,承载能力：球轴承滚子轴承,耐冲击：球

5、轴承滚子轴承,nlim：球轴承滚子轴承,载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高时选球轴承。,2、载荷性质,同时Fa、Fr：角接触球轴承或圆锥滚子轴承；,Fr大、Fa小：深沟球轴承；,Fa大、Fr 小：推力角接触轴承；,3、轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：调心轴承。,举例：,4、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3、QJ类)。,5、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度价；,4、滚动轴承的力分析、失效和计算准则,一、向心轴承中作用力的分布,由于内部游隙，最多只有半圈滚动体受载，且受载大小不同。,线接触轴承：,0Fr作用线下滚动体变形量。,由于：i 0,F2F1F0,1、载荷分布

6、,内圈或滚动体上某一点H的变化规律。,外圈上某一点H的变化规律。,均为脉动循环。,2、应力变化规律,二、角接触轴承中的附加轴向力Fs,由于“公称接触角”存在：,Fr作用,滚动体法向反力Fi,（附加轴向力）,各种角接触轴承附加轴向力：,e 判断系数 P374 表18.7Y 轴向动载系数 P374 表18.7,Fs存在 30000型、70000型轴承成对使用，使Fs与Fs方向相反，使轴受力合理。,Fs方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上,附加轴向力Fs是由于角接触轴承承受径向力Fr引起的。,即“接触线箭头”方向。,3类：,6类：,=,简化画法,三、滚动轴承的失效,2、塑性变形：静载荷

7、、冲击作用下,3、磨损：磨粒磨损、粘着磨损；,1、疲劳点蚀：回转轴承上，各元件受脉动接触应力。,4、其它：电腐蚀、锈蚀、元件破裂等；,四、滚动轴承计算准则,1、一般条件下的回转滚动轴承：,接触疲劳寿命计算,、静强度计算。,三个基本性能参数：,C0r、C0a 基本额定静载荷：静强度,N0 极限转速：控制磨损,5、滚动轴承的动载荷和寿命计算,一、基本额定动载荷和基本额定寿命,1、轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。,同型号轴承：离散性大、寿命相差数十倍。,一批轴承：服从一定的概率分布规律。,采用基本额定寿命。,2、基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运

8、转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数（L10），或一定工作转速下工作的小时数（L10h）。,L10的物理意义：,2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。,3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正：,3、基本额定动载荷C：,L10=106r时，轴承所能承受的最大恒定载荷。,即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%,Cr：径向基本额定动载荷,对角接触轴承（3、7）：Cr载荷的径向分量,Ca：轴向基本额定动载荷：5类 Ca纯轴向载荷,1）C由试验得出，查手册；,2）C 轴承抗疲劳承载能力；同类不同型号轴承，C不同。,3）设计时需满足：一定工况下的轴

9、承所需的CC,说明：,材质、工作温度、零件硬度变化：对C修正,二、当量动载荷,实际工作时，轴承可能同时受Fa、Fr,将Fr、Fa转化为与C性质相同的载荷当量动载荷P,X径向动载系数，Fr对寿命影响效应的大小；,Y轴向动载系数，Fa对寿命影响效应的大小；,将Fr、Fa折合为Cr或Ca,为了与C在相同条件下比较,式中：,向心轴承：P=Fr；推力轴承：P=Fa,由表18.7知，X、Y受e轴向载荷“判断系数”影响,考虑机器冲击振动，P的公式为：,fd冲击载荷系数（表18.8）,三、基本额定寿命,时，,PL曲线,球轴承：=3,滚子轴承：=10/3,工程中常用小时数表示寿命：,n轴承转速r/min,注意：

10、L10h与n有关，L10与n无关。,设计时，应：,查手册，选型号，使,例18.1：P376,轴承预期使用寿命,四、角接触轴承的载荷计算,1、作用于轴上的外载荷,轴上有外载荷：FR和FA,Fr作用点为“载荷作用中心”：位置用a表示。,a：载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）,由前知：Fr1、Fr2,2、轴向载荷计算,右端轴承“压紧”左端轴承“放松”,左端“压紧”右端“放松”,正安装：合力指向端为“压紧端”,反安装：合力指向端为“放松端”,1）根据轴承安装方式和 FA、Fs1、Fs2合力指向，判定“压紧端”和“放松端”。,2）放松端：Fa等于本身Fs。,3）压紧端：Fa等于除本身Fs外，其它轴

11、向力的代数和。,角接触滚动轴承寿命计算小结：,1、求支反力（力平衡、力矩平衡）Fr1、Fr2；,3、根据轴承安装方式及合力的指向判定“压紧”、“放松”端，求出Fa1、Fa2；,4、根据,？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,，,取,5、校核式：,设计选择式：,深沟球轴承：无Fs，FA由压紧端承受，即：Fa压紧=FA，Fa放松=0,球轴承：=3滚子轴承：=10/3,6、静载荷计算（自学）,7、极限转速（自学）,8、成对安装角接触轴承的计算特点（自学）,9、滚动轴承组合设计,组合设计内容：正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、轴系刚度、精度问题。组

12、合设计要求：固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。,轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合。,6类,一、滚动轴承轴系的固定,在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有“左移”、“右移”趋势，防止轴向窜动，三种固定结构：,1、两端单向固定（双支点单向固定）,3类和7类,安装时，轴承外圈与端盖间隙：0.250.4mm,允许轴少量热膨胀，用垫片或调整螺钉调节。,用于,t不高,每个轴承承受一个方向的轴向力。,组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力FA。,轴承类型,2、一端双向固定、一端游动（单支点双向固定）：,用于,t较高,6类,6

13、类,N类,6类,N类,一对7类,一对3类,6类,向心推力组合,3、两端游动,与其相啮合的齿轮轴系：两端单向固定（保证两轴都得到轴向定位）,用于需左、右双向游动的轴，如人字齿轮的小齿轮轴。,二、轴承的轴向固定及装拆,1、轴承内、外圈的轴向固定,根据轴向载荷大小选用不同结构，如轴端挡圈、圆螺母、套筒、弹性挡圈、端盖等。,2、装拆,温差法（大尺寸轴承）：热油8090加热轴承或干冰冷却轴颈。,压入法（大批量）：中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入。,轴肩高度低于内圈高度的3/4。,拆：专用拆卸器。,三、滚动轴承的安装方式及调整,1、安装方式,正、反安装将影响轴系刚度。,2、轴承（轴系）调整,1

14、）轴承间隙的调整,2）轴系位置的调整,锥齿轮传动：要求两齿轮锥顶重合。,蜗杆传动：要求蜗轮中间平面通过蜗杆轴线。,四、滚动轴承的配合,游隙受载滚动体承载,游隙合适，其大、小受配合影响。,标准件：内圈基孔制 外圈基轴制（不标注）,原则：,1、尺寸大、载荷大、振动大、转速高，工作温度高：选紧一点的配合。,2、经常拆卸、游动套圈：采用较松的配合。,3、与轴承相配合的轴与孔：较高的加工精度，形位 公差要求。P391、表18.15,五、提高轴系刚度的措施,刚度 旋转精度、噪音、振动,1、选用合理轴承类型,滚子轴承刚度球轴承,选用双列轴承、滚子轴承、四点接触轴承。,2、选择合理的轴承安装方式,3、轴承预紧

15、,可以轴承刚度、旋转精度、轴承寿命。,两轴承间：正安装时，刚度,加金属垫片 磨窄套圈 内外套筒宽度,预紧方法,4、机架上安装轴承处加筋或增加厚度。,5、一根轴上，两个轴承尽量取同一型号；若型号不同，则在小外径轴承外加一套圈，保证相同孔径，以便一次镗出，保证同心度。,六、润滑与密封,1、润滑,目的：1.摩擦阻力、磨损；2.吸振、冷却、防锈、密封等。,方式：,高速 油润滑低速 脂润滑高温、真空 固体润滑,脂润滑：装填量轴承空间得1/31/2,否则,摩擦发热,润滑剂：取决于速度、载荷、温度等。载荷大、工作温度高时高粘度油，易形成油膜；dn大或喷雾润滑低粘度油，搅油损失小、冷却好。,2、密封,目的：1.防止润滑剂从轴承中流失；2.防止灰尘、水分浸入。,分类：接触式 线速度较低时用,静止件与运动件不能直接接触，轴与端盖间应有间隙。,密封圈密封，油润滑v412m/s,非接触式不受速度限制,总 结,1、重点掌握滚动轴承组成、各大类型性能特点、基本代号的位数意义及类型选择；2、重点掌握滚动轴承失效型式、寿命计算及有关概念、公式（额定动载荷、基本额定寿命、可靠度、当量动载荷等）；3、重点掌握角接触滚动轴承内部轴向力计算；4、一般掌握滚动轴承装拆、组合设计；了解滚动轴承润滑、密封。,