滚动轴承的选择与校核机械设计华中科技大学ppt课件

1、第八章第八章 滚动轴承设计滚动轴承设计一、概述一、概述1. 滚动轴承部件设计的主要内容滚动轴承部件设计的主要内容知条件知条件设计内容设计内容任务条件任务条件载荷大小及性质载荷大小及性质转速转速任务温度任务温度选择轴承的类型选择轴承的类型轴承的组合设计轴承的组合设计轴承的固定和调整轴承的固定和调整轴承的配合轴承的配合轴承的光滑和密封轴承的光滑和密封轴承尺寸的验算轴承尺寸的验算2. 滚动轴承的根本构造滚动轴承的根本构造内圈内圈 与轴配合与轴配合外圈外圈 与机座配合与机座配合滚动体滚动体 在滚道中产生滚动摩擦在滚道中产生滚动摩擦球球滚子滚子圆柱滚子圆柱滚子滚针滚针鼓形滚子鼓形滚子圆锥滚子圆锥滚子非对

2、称鼓形滚子非对称鼓形滚子螺旋滚子螺旋滚子坚持架坚持架 坚持滚动体位置坚持滚动体位置除滚动体外，其它元件可有可无除滚动体外，其它元件可有可无3. 滚动轴承的主要类型滚动轴承的主要类型向心轴承向心轴承径向接触轴承径向接触轴承向心角接触轴承向心角接触轴承00主要接受主要接受rF球轴承亦能接受较小球轴承亦能接受较小aF同时接受同时接受rFaF和和00450 ：滚动体同外圈滚道接：滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角轴心线的平面之间的夹角推力轴承推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承轴向接触轴承轴向接触轴承009045rF也接受较小也接受较小主要接受主要接受

3、aF090aF只能接受只能接受轴向承载才干轴向承载才干按公称接触角按公称接触角分类分类球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承按滚动体分类按滚动体分类4. 滚动轴承的代号滚动轴承的代号前置代号前置代号根本代号根本代号后置代号后置代号用字母和数字表示轴承的构造、用字母和数字表示轴承的构造、公差及资料的特殊要求等公差及资料的特殊要求等公差等级公差等级 2 4 5 6 6X 0标注标注 /P2 /P4 /P5 /P6 /P6X 不标不标 例如；例如；用字母表示轴承用字母表示轴承的分部件的分部件例如；例如； L表示分别轴承表示分别轴承 的可分别套圈的可分别套圈根本代号根本代号6 1 2 0 6内径代号内径代号 直

4、径系列代号直径系列代号 同一内径有不同的直径同一内径有不同的直径 宽度系列代号宽度系列代号 内外径一样时有不同的宽度内外径一样时有不同的宽度6 深沟深沟 球轴承球轴承类型代号类型代号7 角接触球轴承角接触球轴承3 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承5 推力球轴承推力球轴承5内径内径普通为：普通为：代号代号 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0、1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重二、滚动轴承的选择二、滚动轴承的选择1. 类型选择类型选择(1) 载荷的大小、方向和性质载荷的大小、方向和性质载荷大小载荷大小 小：小：球轴承球轴承 (点接触点接触)大：大：滚子

5、轴承滚子轴承 (线接触线接触)载荷方向载荷方向rF：深沟球轴承：深沟球轴承 (6类类) 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承aF：推力球轴承：推力球轴承 (5类类) 推力滚子轴承推力滚子轴承aFrF和和arFF raFF (6类类)(5类类) + ( 6类类)角接触球轴承角接触球轴承 (7类类)圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 (3类类)aFrF、载荷性质载荷性质 平稳：平稳：球轴承球轴承 冲击：冲击： 滚子轴承滚子轴承 (2) 转速和旋转精度转速和旋转精度球轴承球轴承 极限转速极限转速 和和 旋转精度旋转精度 比滚子轴承的高比滚子轴承的高推力轴承推力轴承 极限转速极限转速 低低 (离心力使滚动体与坚持架摩擦严重

6、离心力使滚动体与坚持架摩擦严重)整体坚持架整体坚持架 极限转速极限转速 比分别的高比分别的高球轴承球轴承 滚子轴承滚子轴承高速、轻载高速、轻载低速、重载低速、重载(3) 调心性能调心性能(4) 其它其它支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转装拆方便装拆方便价钱价钱球轴承比滚子轴承低球轴承比滚子轴承低精度低的价钱低精度低的价钱低 (普通公差等级选普通公差等级选 0 级级 )内外圈分别的轴承内外圈分别的轴承 (圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 )2. 尺寸选择尺寸选择轴承内径轴承内径 与轴颈直径相等与轴颈直径

7、相等 直径系列直径系列 载荷很小载荷很小 超轻或特轻系列超轻或特轻系列载荷很大载荷很大重系列重系列普通情况普通情况轻或中系列轻或中系列校核计算校核计算选择轴承选择轴承宽度系列宽度系列普通选正常系列普通选正常系列代号代号 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽代号代号 0、1 2 3 4 直径直径 特轻特轻 轻轻 中中 重重三、滚动轴承的组合设计三、滚动轴承的组合设计1. 轴承的轴向固定轴承的轴向固定(1) 轴承内圈的轴向固定轴承内圈的轴向固定轴肩轴肩轴肩轴肩 + 弹性挡圈弹性挡圈轴肩轴肩 + 圆螺母与圆螺母与 止退垫圈止退垫圈轴肩轴肩 + 轴端挡圈轴端挡圈 与螺栓与螺栓aF

8、0aF或或较小时较小时aF不大时不大时aF较大时较大时aF较大时较大时(2) 轴承外圈的轴向固定轴承外圈的轴向固定轴承端盖轴承端盖轴承座孔凸肩轴承座孔凸肩孔用弹性挡圈孔用弹性挡圈aF较大时较大时aF较大时较大时aF较小时较小时(1) 两端固定两端固定2. 轴承支承的构造方式轴承支承的构造方式轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼要求：要求：在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动轴受热伸长时，不致于影响轴承运转轴受热伸长时，不致于影响轴承运转每个支点限制轴的一个方向挪动，每个支点限制轴的一个方向挪动，合起

9、来限制轴的双向挪动合起来限制轴的双向挪动适用于短轴、温升不高的场所适用于短轴、温升不高的场所思索轴受热伸长在一端应留有思索轴受热伸长在一端应留有间隙间隙 C = 0.20.4mm由调整垫片保证间隙由调整垫片保证间隙间隙间隙 C(2) 一端固定、一端游动一端固定、一端游动轴承内部不能游动轴承内部不能游动轴承内部可以游动轴承内部可以游动一个支点限制轴的双向挪动，一个支点限制轴的双向挪动，一个支点可以轴向挪动一个支点可以轴向挪动适用于长轴、任务温度较高的场所适用于长轴、任务温度较高的场所(3) 两端游动两端游动由于左右螺旋角加工误差，由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动，人字齿轮轴会左右窜动

10、，自动轴设计为两端游动支承自动轴设计为两端游动支承从动轴设计为两端固定支承从动轴设计为两端固定支承3. 轴承支承设计的两个特殊问题轴承支承设计的两个特殊问题角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承的陈列的陈列 正装正装“面对面面对面 反装反装“背靠背背靠背必需成对运用必需成对运用悬臂受力悬臂受力调整间隙调整间隙变小变小变大变大变形小变形小变形大变形大方便方便不便不便正装正装反装反装跨距跨距典型支承构造典型支承构造 车床主轴的支承构造车床主轴的支承构造一端固定、一端游动一端固定、一端游动螺母调整轴承游隙螺母调整轴承游隙螺母予紧轴承螺母予紧轴承4. 轴承间隙的调整轴承间隙的调整(1) 轴承

11、内部游隙的调整轴承内部游隙的调整垫片调整垫片调整螺钉调整螺钉调整圆螺母调整圆螺母调整(2) 轴承组合位置的调整轴承组合位置的调整(3) 轴承的予紧轴承的予紧套杯构造套杯构造利用金属垫片利用金属垫片消除游隙、提高消除游隙、提高旋转精度和支承旋转精度和支承刚度刚度5. 轴承的配合轴承的配合配合配合内圈与轴内圈与轴外圈与座孔外圈与座孔内圈内圈(动圈动圈) 取紧一点取紧一点外圈外圈(不动圈不动圈) 取松一点取松一点防止滚道上某一防止滚道上某一接触点一直停留接触点一直停留在在 A 处处平稳平稳 取松一点取松一点变化变化 取紧一点取紧一点载荷性质载荷性质游动支承外圈游动支承外圈载荷方向不变时载荷方向不变时

12、取松一点取松一点6. 轴承的装拆轴承的装拆定位轴肩高度应低于内圈高度定位轴肩高度应低于内圈高度外圈应留装配高度或设计装配螺孔外圈应留装配高度或设计装配螺孔7. 轴承的光滑与密封轴承的光滑与密封(1) 轴承的光滑轴承的光滑减摩、降温减摩、降温光滑脂光滑脂光滑油光滑油重载、低速重载、低速 定期添加定期添加高速、精细件高速、精细件手工定期加油、飞溅、油泵手工定期加油、飞溅、油泵(2) 轴承的密封轴承的密封接触式接触式非接触式非接触式毡圈密封毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫密封迷宫密封防油流出、防尘进入防油流出、防尘进入间隙密封间隙密封迷宫密封迷宫密封密封圈密封密封圈密封毡圈密封毡圈密

13、封四、滚动轴承的受力分析及计算准那么四、滚动轴承的受力分析及计算准那么1. 受力分析受力分析(1) 载荷分布载荷分布上半周滚动体不受载上半周滚动体不受载下半周滚动体承载也不一样下半周滚动体承载也不一样zFQr5max滚动体个数滚动体个数(2) 应力分布应力分布滚动体上某点滚动体上某点 a 的接触应力的接触应力内圈上某点内圈上某点 b 的接触应力的接触应力外圈上某点外圈上某点 c 的接触应力的接触应力(以深沟球轴承以深沟球轴承 为例为例 )2. 失效方式及计算准那么失效方式及计算准那么控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷动载荷动载荷引起点蚀引起点蚀limHH静载荷静载荷引起塑性变形引起塑性变

14、形S失效方式失效方式计算准那么计算准那么控制动载荷控制动载荷控制静载荷控制静载荷疲劳寿命计算疲劳寿命计算静强度校核静强度校核五、滚动轴承的疲劳寿命计算五、滚动轴承的疲劳寿命计算1. 根本额定寿命根本额定寿命单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命根本额定寿命：一批一样轴承在实验条件下，根本额定寿命：一批一样轴承在实验条件下，10%的轴承发生的轴承发生 疲劳点蚀时所到达的寿命疲劳点蚀时所到达的寿命对单个轴承而言，能到达此寿命的可靠度为对单个轴承而言，能到达此寿命的可靠度为 90%rL610101用总转数用总转数表示表示10L2. 轴承的寿命计算式轴

15、承的寿命计算式(1) 载荷载荷-寿命曲线寿命曲线对一批轴承，在不同载荷下作对一批轴承，在不同载荷下作寿命实验所得曲线寿命实验所得曲线(2) 根本额定动载荷根本额定动载荷使滚动轴承的根本额定寿命为使滚动轴承的根本额定寿命为101L时，轴承所接受的载荷时，轴承所接受的载荷根本额定动载荷根本额定动载荷 C径向径向rC轴向轴向aC向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷推力轴承推力轴承 纯轴向载荷纯轴向载荷同类轴承：同类轴承：C轴承尺寸轴承尺寸承载才干承载才干(3) 寿命计算式寿命计算式外载为外载为 P 时轴承的寿命时轴承的寿命110CLPrPCL)(10610以小时表示以小时表示hPCnLh)(601

16、06思索到温度变化，引入温度系数思索到温度变化，引入温度系数tfhPCfnLth)(60106滚子轴承滚子轴承310球轴承球轴承361060hnLPC校核轴承寿命校核轴承寿命知知轴承型号轴承型号 ( 即即C )外载外载PhPCfnLth)(60106hL轴承寿命轴承寿命hL预期寿命预期寿命？选择轴承型号选择轴承型号 ( 即即C )知知外载外载PhL预期寿命预期寿命满足预期寿命时轴承的满足预期寿命时轴承的CC所选轴承的所选轴承的3. 轴承的当量动载荷轴承的当量动载荷根本额定动载荷根本额定动载荷 C 向心轴承向心轴承 纯径向载荷纯径向载荷 纯轴向载荷纯轴向载荷 推力轴承推力轴承rF)(arYFXF

17、 Pf实践任务中，轴承同时受实践任务中，轴承同时受复协作用复协作用rFaFaFPfPf纯载荷纯载荷 转化转化P当量动载荷当量动载荷假想载荷假想载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实践复合载荷作用一样在该载荷作用下，轴承的寿命与实践复合载荷作用一样PrF对只接受对只接受的向心轴承：的向心轴承：aF对只接受对只接受的推力轴承：的推力轴承：同时接受同时接受aFrF复合载荷的向心轴承：复合载荷的向心轴承：Pf思索实践工况，引入载荷系数思索实践工况，引入载荷系数径向载荷系数径向载荷系数 X 和轴向载荷系数和轴向载荷系数 Y 确实定确实定根本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分根本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分0CrC0aC00C轴承尺寸轴承尺寸4. 角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷的计算的计算aF作用于滚动体的法向反力作用于滚动体的法向反力iQ径向分力径向分力riQ轴向分力轴向分力aiQ由于存在接触角由于存在接触角(1) 派生轴向力派生轴向力S派生轴向力派生轴向力S接受径向载荷接受径向载荷rFaiQ对轴承对轴承 1：(2) 轴向载荷的计算轴向载荷的计算121SFSFAa212SFSFAa左端轴肩左端轴肩内圈内圈外圈外圈端盖端盖箱体箱体右端轴肩右端轴肩轴承轴承 2 的内圈的内圈外圈外圈端盖端盖箱体箱体AFS 2向左轴向力的向左轴向力的1S向右轴向