滚动轴承设计上课

1、各种滚动轴承产品第十四章 滚动轴承设计1轴减 速 器轴承轴承的作用支承轴和轴上零件2轴承分类滑动轴承滑动摩擦滚动轴承滚动摩擦，摩擦损失小。滑动轴承轴瓦轴颈轴承座滚动轴承齿 轮轴齿 轮轴滚动轴承3一、滚动轴承的组成滚动体保持架内圈滚动体的种类：总成外圈4缺点：抗冲击能力较差，高速时噪声大，工作寿命不及液 体摩擦的滑动轴承，径向尺寸比滑动轴承大。二. 滚动轴承的特点 摩擦系数小，启动力矩小，效率高； 轴向尺寸（宽度）较小； 某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因此 可使机器结构简化、紧凑； 径向间隙小，还可预紧方法消除间隙，因此运转 精度高； 润滑简单，耗油量少，维护保养简便； 标准件，易于互换

2、等优点，所以获得广泛应用。优点：53滚动轴承部件组合设计 型号（尺寸）选择轴承寿命计算 重点类型选择三. 本章的主要内容：2滚动轴 承选择难点：角接触轴承轴向载荷FA的确定1滚动轴承的类型及代号重点6一滚动轴承的尺寸及性能参数14-1 滚动轴承的主要类型及代号 轴承内径d轴承内圈孔径，它与轴颈直径相同，是轴承公称直径； Dd轴承宽度B 轴承两端面之间的轴向距离。 一）滚动轴承的主要尺寸轴承外径D 轴承外圈外径，它与轴承座孔直径相同；B7三）滚动轴承的主要性能参数 轴承的公称接触角 滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角。反映轴承承受轴向载荷的能力， 越大，轴承承受轴向载荷的能力越强

3、。轴承的极限转速nlim 轴承的工 作转速n8轴承内外圈轴线相对偏斜角反映轴承自动调心的能力。调心轴承简图调心球轴承9按轴承所能受的载荷方向或公称接触角的不同可分为以下几种 二滚动轴承分类轴承类型公称接触角向心轴承(主要承受径向负荷FR)推力轴承(主要承受轴向负荷FA)径向接触向心角接触推力角接触轴向接触= 0000450450 900= 900图例10三 滚动轴承的主要类型和特点类型代号：（10000）承载类型主承径向负荷FR也能承受少量的双向轴向负荷FA，FRFAFAFRFAFA1.调心球轴承承载类型主承径向负荷FR ，也能承受少量的双向轴向负荷FA特点具有调心性能， = 20302.调心

4、滚子轴承特点具有调心性能，=0.5020 类型代号：（20000）11承载类型能承受较大的径向负荷FR 和单向的轴向负荷FA。FRFA结构特点：内外圈可分离,公称接触角有 120，260,越大，承受轴向载 荷的能力就越大。3.推力调心滚子轴承类型代号：（29000）承载类型可承很大的轴向负荷FA 和一定径向负荷FR特点具有调心性能，=20304.圆锥滚子轴承使用要求：成对使用类型代号：（30000）FAFRFR12正装（面对面安装）圆锥滚子轴承安装形式一：正装简图13反装（背对背安装）圆锥滚子轴承安装形式二：反装简图14松圈松圈5.推力球轴承51000单向推力球轴承，只能受单向FA类型代号：

5、（50000）52000双向推力球轴承，能受双向FAFA5100052000紧圈结构特点：由紧圈（内孔较小，装在轴上）松圈（内孔较大，装在机座上）和滚动体组成，套圈与滚动体可分离。承载类型只能受轴向负荷FA松圈紧圈滚动体FAFA极限转速低156.深沟球轴承 承载类型能同时承受径向负 荷FR与单向轴向负荷FAFRFAFAFRFA承载类型主要承受径向负荷FR，也可同时承受少量双向轴向负荷FA类型代号： （60000）极限转速高7.角接触球轴承类型代号： （70000）结构特点：公称接触角有150，250，400 越大，承轴向载荷的能力就越大。使用要求：成对使用16正装（面对面安装）角接触轴承安装形

6、式一：正装简图17反装（背对背安装）角接触轴承安装形式二：反装简图188.圆柱滚子轴承FR（N0000）（NN0000）承载类型只能承受径向负荷FR， 不能承受轴向负荷。结构特点：内外圈可分离类型代号：外圈无挡边圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承FRN0000NN0000FRNA00009. 滚针轴承类型代号：（NA0000）结构特点：内外圈可分离，可以没有 保持架承载类型只能承受径向负荷FR， 不能承受轴向负荷。19一）轴承代号组成由基本代号、前置代号构成。三. 滚动轴承的代号轴承代号前置代号 后置代号 类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号结构形状、尺寸

7、公差技术要求 成套分轴承部件基本代号 20 类型代号尺寸系列代号内径代号向心轴承推力轴承直径系列代号宽度系列代号高度系列代号二. 基本代号 圆锥滚子轴承:3推力球轴承 :5深沟球轴承 :6角接触球轴承:7圆柱滚子轴承:N窄: 0正常: 1宽: 2特低：7低：9正常：1（单向）正常：2（双向）轻：2中：3重：4特宽：3特宽：4特宽：5特宽：6d 500 mm以上轴承代号：/内径毫米 表示特轻：0特轻：1调心球轴承 :1调心滚子轴承:2推力调心滚子轴承 :29滚针轴承 :NA21尺寸系列代号表示方法 直径系列代号尺 寸 系 列 代 号向心轴承宽度系列代号推力轴承高度系列代号0（窄）1（正常）2（宽

8、）7（特低）9（低）1（正常）2（正常）2（轻）3（中）4（重）021222031323041424729212227393132374941424向心轴承中直径系列正常宽度系列如尺寸系列代号为：13双向推力轴承轻直径系列正常高度系列如尺寸系列代号为：22221322d02031324DDDBBBB表示同一公称内径d的轴承，其外径D和宽度B的变化情况轴承尺寸系列的含义轻窄系列中窄系列中宽系列重宽系列23三）后置代号后 置 代 号12345678内部结构 密封与防尘套圈变型 保持架及材料 轴承材料 公差等级 游隙 配置其他C： 角接触球轴 承，=150 AC：角接触球轴 承，=250 B： 角接

9、触球轴 承，=400 B： 圆锥滚子轴 承，接触角 加大E： 加强型/P0：0级（省略不标）/P6： 6级/P6X：6X级/P5： 5级/P4： 4级/P2： 2级246（0）2 06 （/P0）3 32 15 E （/P0）公差等级为0级加强型轴承内径d =75 mm尺寸系列32,为特宽轻系列圆锥滚子轴承解答：轴承内径d=30mm 尺寸系列（0）2,为窄轻系列深沟球轴承公差等级为0级例14-1 试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的 含义。257（0）3 12 C（/P0）5 14 10 /P6公差等级为6级轴承内径d = 50 mm尺寸系列14,为正常高度、重

10、系列单向推力求轴承轴承内径d=60mm 尺寸系列（0）3,为窄中系列角接触球轴承公差等级为0级=15026 14-2 滚动轴承类型的选择承轻、中及较小波动载荷的场合选球轴承承重及较大波动的载荷的场合选滚子轴承一）根据轴承所受的载荷选载荷的大小、性质载荷的方向深沟轴承（6类）圆柱滚子轴承（N类）及滚针轴承（NA类）纯径向负荷可选用纯轴向负荷可选用推力轴承（5类）同时受径向负荷和轴向负荷时径向负荷为主可用深沟球轴承（6类）径向负荷，轴向负荷都很大角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）可用推力调心滚子轴承（29类）也可用圆柱滚子N类（或深沟球轴承6类）与推力轴承（5类）联合使用。轴向负荷很大径向负

11、荷较小27转速较高、负荷较小或要求旋转精度较高时宜选用球轴承转速较低、负荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承二）轴承 的转速 当两轴承座孔同心度难以保证，或轴受载后挠曲变形较大时，应选用调心球轴承或调心滚子轴承。三）调心性能的要求四）安装和拆卸方便 一般，球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度愈高，则价格愈高，选择轴承时，在满足工作要求的前提下，应使成本最低。 当轴承座不是剖分式而必须沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先选用内外圈可分离的轴承五）考虑经济性28 14-3 滚动轴承的工作情况分析、失效形式与计算准则 1. 载荷分析一、滚动轴承的工作情况分析向心轴承载荷的分布 当轴承承受径向载荷

12、Fr时，各滚动体所受的载荷不相等，位于上半圈的滚动体不受载，位于下半圈的滚动体受载，其大小取决于滚动体与套圈接触变形量的大小。 292轴承工作时轴承元件的应力分析各元件中应力变化情况 轴承工作时，由于滚动体受变载荷，所以轴承内、外圈滚道与滚动体接触表面接触点受到的都是脉动循环变化的接触应力。 30二、滚动轴承的失效形式与计算准则滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。疲劳点蚀 最主要的失效形式防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。低速轴承的塑性变形 主要失效形式原因是载荷过大或冲击载荷作用。磨损、胶合、保持架断裂等使用维护不当而引起的，属于非正常失效。1失

13、效形式312计算准则对一般转速（n 10 r/min）的轴承，疲劳点蚀是其主要的失效形式，轴承应进行寿命校核计算；对静止或极慢转速（n10 r/min）的轴承，轴承的承载能力取决于所允许的塑性变形，应进行静强度计算；对高速轴承，为防止由发热引起胶合，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。 对于磨粒磨损失效，目前尚无统一、有效的计算方法。 32 14-4 滚动轴承的寿命计算轴承的寿命是指轴承中任一滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前所经历的总转数或一定转速下工作的小时数。一. 轴承寿命的几个概念L /（ 106 r）05101550100破坏卛/%轴承的基本额定寿命指一批同型号的轴承，在相

14、同的条件下运转，90%的轴承不发生疲劳点蚀时运转的总转数定义为轴承的基本额定寿命，用 L 表示，单位为106转（或用一定转速下所能运转的总工作小时数 Lh表示，单位为小时）。 轴承的预期使用寿命设计时，根据具体工作要求规定的轴承寿命，通常取机器的中修或大修期限作为轴承的预期寿命，用Lh 表示。10L1033二. 轴承寿命计算的基本公式一) 滚动轴承的疲劳曲线,即:载荷寿命曲线（P-L曲线）P/NL /(106r)L1L2P1P21C滚动轴承的疲劳曲线曲线方程: P L10= C 106 = 常数 疲劳曲线是表征轴承负荷 P与基本额定寿命 L之间关系的载荷寿命曲线（ P-L曲线 ）.二)滚动轴承

15、寿命计算的基本公式由疲劳曲线方程可得寿命计算公式:C基本额定动负荷标准规定为：基本额定寿命为106转,可靠度为90%时轴承能承受的载荷值.34以总转数( r )为单位的寿命计算公式:实际计算时，用小时数表示轴承寿命:n _ 轴承的工作转速, r/min;式中: Lh _ 按小时数计算的轴承的基本额定寿命,h;P _ 轴承的当量动负荷,N;对向心轴承为基本径向额定动负荷，以Cr表示对推力轴承为基本轴向额定动负荷，以Ca表示C _ 轴承的基本额 定动负荷,NCr（或Ca）值根据轴承型号查机械设计手册ft _ 温度系数,是对轴承工作温度高于120时的基本额定动负荷 C值进行修正的系数，ft可查表14

16、-10。轴承工作温度温度系数ft12515017530035020022525012010.950.800.900.850.750.500.700.60-寿命指数球轴承 =3滚子轴承 =10/335预期计算寿命L1h _通常取机器的中修或大修期限作为轴承的预期寿命。预期寿命一般约为500020000h，间歇、短期工作时取小值，连续长期工作时取大值，表15-9的荐用值可供参考。 轴承正常工作的条件:或按CC从机械设计手册中选择轴承型号三. 滚动轴承的当量动载荷P当量动载荷：是使轴承寿命与实际复合作用下等寿命的假想载荷362. 对只能承受纯径向负荷FR的圆柱滚子轴承及滚针轴承，当量动负荷为一）当量

17、动负荷计算公式1.向心角接触轴承：在不变的径向和轴向负荷作用下，其径向当量动负荷为：P =fP (XFR + YFA)式中:FR轴承所承受的名义径向负荷；FA轴承所承受的名义轴向负荷；X径向动负荷系数，其值见表14-11；Y轴向动负荷系数，其值见表14-11；P = fP FRP = fP FA 3.对只能承受纯轴向负荷A的推力轴承，当量动负荷为fP 动载荷系数，考虑机械在工作中有冲击，振动等影响，使轴承寿 命降低而引入的对当量动载荷进行修正的系数，见表14-12 。 37二） 径向动负荷系数X和轴向动负荷系数Y的确定其值见表14-11；e 轴向负荷影响系数，其数值受接触角变化的影响FA/Co

18、r反映轴向负荷的相对大小，它通过接触角的 变化而影响e值。FA/FR轴向载荷与径向载荷的比值1. 表14-11中各符号的含义X= 1Y = 0当FA/FR e时，表示轴向负荷对轴承寿命的影响可以忽略不计深沟球轴承和=15角接触球轴承的e值，X和Y根据FA /Cor的值，查表14-11当FA/FR e时，表示轴向负荷对轴承的寿命影响较大，计算当量动负荷P时必须考虑A的影响=25，=40角接触球轴承的e值，X和Y值，直接查表14-11圆锥滚子轴承的e值，X和Y值，根据轴承型号查手册2. X和Y值确定方法38表14-11 当量动负荷的系数X、Y轴承类型iA/CoreFA/FR eFA/FR eXYX

19、Y-深沟球轴承0.0250.040.070.130.250.500.220.240.270.310.370.442.01.81.61.41.21.000.561010101.611.531.401.261.121.000.340.360.390.430.490.550.0250.040.070.130.250.50=150角接触球轴承0.45圆锥滚子根据型号查手册根据型号查手册=2500. 70.410.851100=4000.990.360.640.439三、角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向力FA的计算FRFS一）角接触球轴承与圆锥滚子轴承的结构特点： 角接触球轴承与圆锥滚子轴承由于在滚动体滚

20、道接触处存在着接触角二）角接触球轴承与圆锥滚子轴承的承载特点： 当轴承只承径向载荷FR时，由于滚动体的载荷方向与轴承径向平面成一接触角，故会派生出内部轴向力FS ，计算轴承轴向力FA时，必须将其内部轴向力FS 考虑进去。三）角接触球轴承与圆锥滚子轴承内部轴向力FS的大小和方向角接触球轴承与圆锥滚子轴承内部轴向力FS的大小角 接 触 球 轴 承轴承类型= 25= 15= 40圆锥滚子轴承FS0.5FR0.7FR1.1FRFR / 2YFS的方向:FS总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向。即：指向外圈的窄边40四）角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向力FA的计算方法承受径向负荷FR1、FR2时派生的内部

21、轴向力FS1、FS2大小及方向所有作用在轴上的轴向外负荷 Fa两轴承轴承的安装形式同一轴上两轴承的轴向负荷FA1和FA2取决于以圆锥滚子轴承正装为例FaFR1FS1FR2FS21241FaFR1FR2FS1FS2轴承轴向力FA的计算12FS2FS1Fa12FS2FS1Fa12（1）FS1+ Fa FS2F轴有向右移动的趋势，使轴承2“压紧”，轴承1“放松”。右端盖的通过外圈，给分离体一个附加轴向平衡力F。FS1+ Fa = FS2+ F分离体轴向受力的平衡条件为:FS1+ Fa FS2F =FS1+ Fa - FS2轴承1被“放松”，其轴向力为：轴承2被“压紧”,其轴向力为：42FS2FS1F

22、a12（2）FS1+ Fa e = 0.7，X = 0.41 ，Y = 0.85解（a）图FR1FR2FaFS1FS2FA2FS1Fa3450N（压紧端）因为：FS1+Fa245010003450NFS2=1260 N所以，FA1FS12450N（放松端）FA1FR1 =2450N3500 = 0.7 = e ，X = 1 ，Y = 0P1 = fP FR1 = 1.2 3500 = 4200 NP2 = fP (X FR2 + Y FA2) = 1.2 (0.411800 + 0.853450) = 4404.6 N 3）求两轴承的当量动载荷P1，P265解2：计算（b）方案轴向力FA1，F

23、A2FS10.7FR1=0.73500=2450NFS2=0.7FR2=0.71800=1260NFR1FR2解（b）图FaFS2FS11）求两轴承在径向载荷作用下产生的 内部轴向力2）求两轴承的轴向力FA1 FA2FA2=FS1Fa245010001450N （压紧端）所以，FA1FS12450N（放松端）因为：SF2Fa126010002260NFs12450N3）求两轴承的当量动载荷P1，P2P2 = fP (X FR2 + Y FA2) = 1.2 (0.411800 + 0.851450) = 2364.6 NP1 = fP FR1 = 1.2 3500 = 4200 NFA2FR2

24、 = 14501800 = 0.806 e ，X = 0.41 ，Y = 0.85FA1FR1 =2450N3500 = 0.7 = e ，X = 1 ，Y = 066例143 蜗轮轴上安装有一对30207轴承，轴承上的载荷分别为FR1 5000 N，FR22800 N，轴向载荷Fa1000 N，工作温度为125，载荷平稳，n720 r/min。试计算两轴承的寿命。解答： 对于30207轴承， 由设计手册查得 Cr = 51.5 KN，e = 0.37，Y = 1.61.计算轴承轴向载荷 67682.计算当量动载荷P1，P2693.计算两轴承的寿命Lh1，Lh270例144下图为双级斜齿圆柱齿

25、轮减速器输出轴的轴系结构图，齿轮用油润滑，轴承采用脂润滑。试分析轴系结构的错误，在有错误处标明序号，说明原因并提出改正方法。7172设置在同一方位上，且键顶部与轮毂键槽之间应有间隙,键应局部剖开730000类轴承“反装” （“背对背”安装），轴承外圈宽边及内圈外侧均未固定；8同3； 9轴承安装不要键连接1联轴器没有轴向定位，应设计一定位轴肩；2轴承盖与轴应有间隙，并设有密封件；3应加调整垫片，箱体加工面与非加工面应分开；4轴承端面距箱体内壁应有一定距离，30000类轴承“反装”（“背对背”安装），轴承外圈窄边不应固定,而外圈宽边应予固定；5齿轮没有固定，与齿轮配合的轴段的长度应比齿轮轮毂的宽度

26、短2-3mm，并要加轴套对齿轮进行轴向固定;6键槽应与联轴器处键槽应该开键槽，且此段轴过长，顶住了端盖；10轴肩过高，不便于轴承拆卸；11轴承没有轴向定位，可设轴套定位，且轴承内圈外侧未固定；12键过长，并且与齿轮处的键不在同一方位。73内圈装在轴颈上，随轴转动外 圈内 圈滚动体保持架球圆柱滚子滚 针常用的滚动体形状 球面滚子圆锥滚子一.滚动轴承的构造外圈装在轴承座孔内，一般不转动滚动体滚动轴承的核心元件保持架将滚动体均匀隔开，避免摩擦由四种元件组成74 14-3 滚动轴承的主要失效形式及计算准则 一滚动轴承的受力及应力分析（以深沟球轴承为例）FR 当深沟球轴承承受径向力FR时，由于各接触点存在着弹性变形