机械设计基础(第六版)第16章高教版

1、zpofrp 2013-10-2316-0 概述概述16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点16-2 滚动轴承的代号滚动轴承的代号16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计第第16章章 滚动轴承滚动轴承zpofrp 2013-10-232134123416-0 概概 述述滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构 zpofrp 2013-10-23各零件的各零件的作用作用：外圈外圈：支撑零件或轴系；：支撑零件或轴系；保持架保持架: 将滚动体分开。将滚动体分开。内圈内圈：支撑轴；：支撑

2、轴；滚动体滚动体：滑动：滑动滚动；滚动；滚动副滚动副：硬度和接触疲劳强度硬度和接触疲劳强度 、耐磨性和冲击韧性、耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：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。工作表面需经磨削或抛光。保持架保持架：低碳钢、有色金属或塑料：低碳钢、有色金属或塑料（高速轴承）（高速轴承）。滚动轴承滚动轴承组成组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。：外圈、内圈、滚动体、保持架。材料要求材料要求：16-0 概概 述述zpofrp 2013-10-23优点优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、

3、 和易于互换等。和易于互换等。缺点缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承滚动轴承 标准化标准化; 并由专业厂大批量生产。 熟悉标准、正确选用熟悉标准、正确选用( (类型、尺寸）类型、尺寸） 处理好与周围零件的关系处理好与周围零件的关系( (组合设计）组合设计）设计人员的设计人员的主要任务主要任务是是: :16-0 概概 述述zpofrp 2013-10-23轴承轴承类型类型按载荷按载荷方向分方向分按滚动体按滚动体形状分形状分向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承圆柱滚子圆柱滚子圆锥滚子圆锥滚子球面滚子球面滚子滚针滚针球轴承球轴承滚子轴承滚子轴承一、滚动轴承的类型

4、一、滚动轴承的类型16-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点zpofrp 2013-10-2316-1 滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的基本类型和特点接触角接触角：滚动体：滚动体与与外圈触处的法线与垂至于轴承轴心线外圈触处的法线与垂至于轴承轴心线的平面之间的夹角的平面之间的夹角称为称为公称接触角公称接触角。 接触角接触角 轴向承载能力轴向承载能力 = 0 表表16-1 各类轴承的公称接触角各类轴承的公称接触角 轴承类型轴承类型公称接触角公称接触角向心轴承向心轴承主要承受径向载荷推力轴承推力轴承主要承受轴向载荷径向接触径向接触角接触角接触轴向接触轴向接触角接触角接触0 45=

5、90 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。45 90zpofrp 2013-10-231. 承载能力承载能力承受径向载荷为主；承受径向载荷为主；几点说明：几点说明：由于结构不同，各类轴承的使用性能也不相同，现说明如下。滚子轴承滚子轴承(1.53)球轴承球轴承 2. 极限转速极限转速当当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。0 45 45 100 时，时， C 引进温度系数引进温度系数 ft 进行修正。进行修正。310/3=一恒定径向(或轴向)载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命。表表16-9

6、温度系数温度系数 轴承工作轴承工作 温度温度 温度系数温度系数 ft 10025020015012530010.950.900.700.800.6016-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zpofrp 2013-10-23表表16-10 载荷系数载荷系数 载荷性质载荷性质 无冲击或轻微冲击无冲击或轻微冲击 中等冲击中等冲击 强烈强烈冲击冲击fP1.01.21.21.81.83.01/660N10Phtf PnCLf 610h60thPf CLnf P 修正结果：修正结果：工作中冲击振动工作中冲击振动 C 引进载荷系数引进载荷系数 fP 进行修正。进行修正。 2) 选型设计选型设计1) 寿

7、命计算寿命计算16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zpofrp 2013-10-23表表16-11 轴承预期寿命轴承预期寿命Lh的参考值的参考值 使使 用用 场场 合合 不经常使用的仪器和设备不经常使用的仪器和设备 500 Lh /h 短时间或间断使用，中断时不致引起严重后果短时间或间断使用，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间断使用，中断时会引起严重后果 800012000 每天每天8h工作的机械工作的机械 1200020000 每天每天24h连续工作的机械连续工作的机械 4000060000 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zp

8、ofrp 2013-10-23滚动轴承尺寸的选择4raPXFYF四、当量动载荷的计算四、当量动载荷的计算当量动载荷：当量动载荷：是将实际载荷（包含径向载荷与轴向载荷）是将实际载荷（包含径向载荷与轴向载荷）换算成与试验条件相当的换算成与试验条件相当的假想载荷假想载荷。其效果与某一个基。其效果与某一个基本额定动载荷本额定动载荷C相当。相当。计算公式：计算公式：X - 径向动载荷系数；径向动载荷系数； Y - 轴向动载荷系数轴向动载荷系数; 向心轴承：向心轴承：P = Fr推力轴承：推力轴承：P = Fa查表1612 P260 式式 中：中：Fr - 轴承径向载荷轴承径向载荷(N)； Fa-轴承轴向

9、载荷轴承轴向载荷(N). 对于向心轴承，当对于向心轴承，当Fa / Fr e时，可由表达时，可由表达16-11查查X、Y值；值； 当当Fa / Fr e时，轴向力影响可忽略。时，轴向力影响可忽略。e值列于轴承标准中，其值与轴承类型和值列于轴承标准中，其值与轴承类型和Fa / C0r比值有关。比值有关。说说 明：明：16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zpofrp 2013-10-23表表16-12 向心轴承当量载荷系数向心轴承当量载荷系数X、Y的值的值轴承类型轴承类型 深沟球轴承深沟球轴承0.014 0.19 2.30Fa C0r eFa / Fr eFa / Fr eXYXY0.0

10、28 0.22 1.990.056 0.26 1.710.084 0.28 1.550.11 0.30 0.56 1.45 1 0 0.015 0.38 1.470.029 0.40 1.400.056 0.23 1.300.087 0.46 1.23= 15 0.12 0.47 0.44 1.19 1 0 角角接接触触球球轴轴承承= 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0= 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承(单列单列) - 1.5tan 0.4 0.4cot 1 0 调心球轴承调心球轴承(双列双列) - 1.5tan 0.65 0.65cot

11、1 0 (单列单列)zpofrp 2013-10-23五、角接触向心轴承轴向载荷的计算五、角接触向心轴承轴向载荷的计算受力分析：受力分析：Fr由于的存在，即使在径向载荷的作用下，其接触力可分解为径向和轴向两个分量。Fi = Fsi +FriFsiFriFsFs= Fsi为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应为使内部轴向力平衡，以免轴窜动，这种轴承应: 成对使用，对称成对使用，对称安装。安装。下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析Fi表表16-13 角接触向心球轴承角接触向心球轴承 轴承类型轴承类型 角接触向心球轴承角接触向心球轴承Fs eFr 0.68Fr 1.14Fr 圆锥

12、滚子轴承圆锥滚子轴承= = 15 = = 25 = = 40Fr / (2Y)Y Y 是是 的轴向系数的轴向系数eFr Fa -内部轴向力内部轴向力Fs的近似值可按如下近似公式计算。 第i个滚动体16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zpofrp 2013-10-231. 若若 FA+ Fs2 Fs1压紧端：压紧端：Fa1 = FA+ +Fs2 放松端：放松端：Fa2 = Fs2 2. 若若 FA+ Fs2 Fs1 则有：则有： 压紧端：压紧端：Fa1 = FA+ +Fs2 放松端：放松端：Fa2 = Fs2 2. 若若 FA+ Fs2 P2，故应以轴承故应以轴承1的径向当量动载荷的径

13、向当量动载荷P1为计算依据。因受中为计算依据。因受中等冲击载荷，查表等冲击载荷，查表16-9得得fp=1.5；工作温度正常，查表；工作温度正常，查表16-8得得ft=1.所以所以 (4)由手册或本书附表查的轴承的径向基本额定动载荷由手册或本书附表查的轴承的径向基本额定动载荷Cr=35200N。因为。因为Cr1 Cr，故所选轴承满足要求。，故所选轴承满足要求。 1 31 3pr1h66t601.5239460 5000200030290N10110f PnCLf 16-3 滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择计算zpofrp 2013-10-23一、滚动轴承的润滑一、滚动轴承的润滑润滑剂润滑剂 润滑

14、目的润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。密封目的密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑脂润滑油润滑油固体润滑剂固体润滑剂 用于特殊场合用速度因素用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件值作为选择润滑剂的条件: : - 常用常用- - 高速、高温高速、高温当当dn (1.52) 105 mmr/min时，采用脂润滑，否则时，采用脂润滑，否则用油润滑。用油润滑。 脂润滑优点：脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一不容易流失、便于密封和维护，充填一 次，可运转较长时间。次，可运转较长

15、时间。油润滑优点：油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环 境下使用。境下使用。dn间接反映了轴颈的圆周速度。16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封浸油：油面不超过最低浸油：油面不超过最低 滚动体中心滚动体中心喷油或喷雾：高速轴承喷油或喷雾：高速轴承zpofrp 2013-10-23二、滚动承的密封二、滚动承的密封润滑油的选择：润滑油的选择：润滑油的粘度根据速度因素润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度和工作温度t来确定。来确定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20 0 204060

16、100 12080dn/(mmr/min)t / 润滑油粘度的选择润滑油粘度的选择5cSt(40时时)102065110250400滚动承的密封方式的选择与润滑的种滚动承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。周速度有关。分类分类接触式接触式非接触式非接触式组合式密封组合式密封毛毡圈密封毛毡圈密封密封圈密封密封圈密封间隙密封间隙密封迷宫式密封迷宫式密封-毛毡迷宫式密封毛毡迷宫式密封例如：例如： dn=100000，t=90 可用可用 110 号润滑油号润滑油 11016-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 20

17、13-10-23 润滑方式：润滑方式：脂润滑。脂润滑。 要求：要求：环境清洁，轴颈圆环境清洁，轴颈圆周速度周速度v不大于不大于45m/s，工，工作温度不超过作温度不超过900C。 工作原理：工作原理：矩形、梯形断矩形、梯形断面的毛毡圈面的毛毡圈1被安装在梯被安装在梯形槽内，它对轴产生一定形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。的压力而起到密封作用。u 毛毡圈密封：毛毡圈密封：16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 2013-10-23u 密密封封圈圈密密封封润滑方式：润滑方式：脂或油润滑。脂或油润滑。要求：要求：轴颈圆周速度轴颈圆周速度v 7m/s，工作温度范围为，

18、工作温度范围为-400C1000C。材质：材质：皮革、塑料或耐油橡胶。皮革、塑料或耐油橡胶。分类：分类：具有金属骨架，无金属骨架。具有金属骨架，无金属骨架。密封圈是标准件密封圈是标准件。说明：说明：图图a密封唇朝里，目的是防漏油；密封唇朝里，目的是防漏油； 图图b密封唇朝外，主要目的是防止灰尘、杂质进入。密封唇朝外，主要目的是防止灰尘、杂质进入。16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 2013-10-23润滑方式：润滑方式：脂润滑。脂润滑。环境要求：环境要求：干燥清洁。干燥清洁。工作原理：工作原理：靠轴与端盖间靠轴与端盖间的细小环形间隙密封。的细小环形间隙密封。间隙：间

19、隙：间隙愈小愈长，效间隙愈小愈长，效果越好。果越好。取取0.10.3mmu 间隙密封：间隙密封：16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 2013-10-23润滑方式：润滑方式：脂润滑或油润滑，这种密封效果可靠。脂润滑或油润滑，这种密封效果可靠。工作原理：工作原理：将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫( (曲路曲路) )形式，形式， 并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。u 迷宫式密封：迷宫式密封：16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 2013-10-23润滑方式：

20、润滑方式：脂润滑或脂润滑或油润滑。油润滑。工作原理：工作原理：这是组合这是组合密封的一种形式，毛密封的一种形式，毛毡密封加迷宫密封，毡密封加迷宫密封，可充分发挥各自的优可充分发挥各自的优点，提高密封效果。点，提高密封效果。 u 组合密封：组合密封：16-4 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封zpofrp 2013-10-2316-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 轴承的组合设计轴承的组合设计1. 处理好轴承与其周围零件之间的关系。处理好轴承与其周围零件之间的关系。2. 解决轴承的解决轴承的轴向位置固定轴向位置固定、轴承与其他零件的、轴承与其他零件的配合配合、间隙调整间隙调整、装拆

21、装拆和和润滑密封润滑密封等一系列问题。等一系列问题。 轴承类型的选择轴承类型的选择1. 无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；无轴向载荷时，宜用深沟球轴承；如直齿轮轴2. 径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或径向与轴向载荷联合作用时，宜用角接触球轴承或 圆锥滚子轴承；圆锥滚子轴承；如斜齿轮轴3. 纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。纯轴向载荷作用时，必须采用推力轴承。zpofrp 2013-10-23一、轴承的固定一、轴承的固定 1、两端固定、两端固定 适用于工作温度变化不大的短轴。适用于工作温度变化不大的短轴。 考虑到轴因受热而伸长，在轴承盖与外圈端面之间应留出考虑到轴因受热而伸长，在轴承盖

22、与外圈端面之间应留出 热补偿间隙热补偿间隙c，c=0.20.3mm(图图16-12b)。16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计zpofrp 2013-10-2316-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计zpofrp 2013-10-23 2、一端固定、一端游动式、一端固定、一端游动式 一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。 双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面 与轴承盖之间留有较大的间隙与轴承盖之间留有较大的间隙 ，以适应轴的伸缩量。，以适应轴的伸缩量。 适用于温度变化

23、较大的长轴。适用于温度变化较大的长轴。16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计zpofrp 2013-10-23zpofrp 2013-10-23二、轴承组合的调整二、轴承组合的调整 1、轴承间隙的调整、轴承间隙的调整调整方法：调整方法： 靠加减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整靠加减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整(16-14a)； 利用螺钉利用螺钉1通过轴承外圈压盖通过轴承外圈压盖3移动外圈位置进行调整，调整移动外圈位置进行调整，调整 之后，用螺母之后，用螺母2锁紧防松。锁紧防松。16-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计zpofrp 2013-10-2316-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计2. 轴承的预紧轴承的预紧对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。方法方法加金属垫片加金属垫片磨窄套圈磨窄套圈zpofrp 2013-10-2316-5 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计3、轴承组合位置的调整、轴承组合位置的调整目的：目的：是使轴上零件是