第14章-滚动轴承设计

第十四章滚动轴承设计重点内容会选择轴承类型，能进行寿命计算和静载荷计算重点掌握滚动轴承组合设计方法1保持架:将滚动体分开，沿滚道均匀分布。滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，使滚动体将沿着滚道滚动。通常内圈随轴颈转动，外圈固定。§14-1滚动轴承的结构、类型和代号1、基本结构22、滚动轴承的主要类型公称接触角：滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面(垂直于轴承轴心线)之间的夹角。按接触角分滚动体形状向心轴承-径向载荷推力轴承-轴向载荷圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承3接触角↑→轴向承载能力↑表14-1各类轴承的公称接触角=0˚向心轴承推力轴承径向接触向心角接触轴向接触推力角接触0˚<<45˚=90˚45˚<<90˚4径向载荷轴向载荷公称接触角向心轴承推力轴承径向接触向心角接触轴向接触推力角接触53、滚动轴承的代号代号=前置代号＋基本代号＋后置代号表14-3轴承基本代号五二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽、高系列直径代号四三61).基本代号类型代号尺寸系列代号内径代号表14-2直径宽度零不标表14-4表14-5调心滚子和圆锥滚子轴承例外73.后置代号内部结构2.前置代号成套轴承分部件表14-6前置、后置代号作用：表征轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等改变的情况。公差等级表14-7配置代号表14-983.后置代号内部结构2.前置代号成套轴承分部件表14-7前置、后置代号作用：表征轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等改变的情况。公差等级表14-8配置代号表14-99实例：说明滚动轴承7312AC/P6的含义7(0)312AC/P6公称接触角=25˚

轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列

宽度代号，0(窄)系列，不标出

角接触球轴承

公差等级6级

10§14-2滚动轴承类型的选择根据载荷情况、转速高低、空间位置、调心性能以及其他要求，确定滚动轴承的类型。1.原则1)球轴承承载能力较低，抗冲击能力较差，但旋转精度和极限转速高，适用于轻载、高速和旋转精度高的场合。2)滚子轴承承载能力较高，抗冲击能力较强，但旋转精度和极限转速低，适用于重载或有冲击载荷的场合。113)以径向载荷为主可采用深沟球轴承；轴向载荷和径向载荷都较大的可选用角接触或圆锥滚子轴承；轴向载荷比径向载荷大很多或要求变形小的可用圆柱滚子（或深沟球轴承）和推力轴承联合使用。4)一根轴的两个轴承孔的同心度难以保证，或轴受载后发生较大的挠曲变形，应选用调心轴承。5)考虑经济性。12§14-3滚动轴承的主要失效形式和设计准则一、主要失效形式1.疲劳点蚀设计：潘存云Fr径向载荷的分布Fmaxδ0受径向载荷Fr时，各接触点存在弹性变形，导致内圈沿Fr方向下移，上半圈滚动体不受力。内圈随轴滚动时，滚动体自转(绕自身轴心)和公转(轴承中心)。因此滚动体上所受的应力为变应力。132.塑性变形低速轴承：n<10r/min，受到静载荷或冲击载荷时，若轴承滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，会出现表面的塑性变形，导致破坏。二、设计准则1.寿命计算一般转速轴承-疲劳点蚀2.静强度计算低速轴承——塑性变形1415§14-4滚动轴承的寿命计算1.轴承寿命轴承中任一元件(滚动体、套圈)首次出现疲劳扩展迹象前的总转数L或一定转速下所工作小时数h。2.基本额定寿命一批同型号的轴承，在相同的条件下运转，其中90%不发生疲劳点蚀之前所转过的总圈数L或一定转速下所工作的小时数Lh。一.基本概念163.滚动轴承的可靠度在相同的条件下运转，一组相同的轴承期望达到或超过规定寿命的百分率。单个轴承的可靠度：其达到或超过规定寿命的概率。4.基本额定动载荷C一批滚动轴承理论上能够承受的载荷，在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命L为106转。17二、滚动轴承寿命计算的基本公式-寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3P-当量动载荷L-基本额定寿命PL=常数PL=常数轴承载荷寿命曲线在基本额定寿命L=1(106)，可靠度为90%时，轴承能承受的载荷。基本额定动载荷CPL=C×10618ft≤12012515017520022525030035010.950.900.850.800.750.700.600.50注意：温度超过120℃,Ct=C×ft温度系数ftPL=C×106基本额定动载荷C-可查手册向心轴承：Cr推力轴承：Ca给定转速下的小时数表示基本额定寿命

19三、滚动轴承的当量动载荷2.计算公式通式径向载荷轴向载荷fp动载荷系数，表14-13。X-径向动载荷系数，Y-轴向动载荷系数；见表14-12。1.目的：为计算的寿命可以与基本额定动载荷在相同的条件下比较，将实际的工作载荷转换成径向当量动载荷，简称当量动载荷。20轴承类型、型号→径向额定静载荷C0r轴向载荷影响系数e轴承类型深沟球轴承0.0250.220.562.0100.070.241.021轴承类型角接触球轴承0.0250.220.451.61100.040.241.530.070.271.400.130.311.260.250.341.0022三、角接触球及圆锥滚子轴承轴向载荷FAaFr可查轴承标准Fn1F1FS1FSO载荷作用中心23三、角接触球及圆锥滚子轴承轴向载荷FAaFR可查轴承标准Fn1F1FS1FSO载荷作用中心FS使滚动体脱离外圈的趋势。向心推力轴承：成对使用，对称安装。FS-内部轴向力，由于结构而产生的附加内部轴向力。24面对面安装(正装)-窄边相对背对背安装(反装)-宽边相对25ⅠⅡ正安装26正安装27总结角接触球轴承及圆锥滚子轴承轴向力的计算：1）判明轴上全部轴向力合力的指向，确定“压紧端”和“放松端”轴承；2）“压紧端”轴承的轴向力等于除本身的内部轴向力外其他所有轴向力的代数和；3）“放松端”轴承的轴向力等于它本身的内部轴向力。28轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承表14---14内部轴向力Fs的计算公式29已知：图为卷扬机的传动装置，一对轴承为圆锥滚子轴承30207，面对面安装，运转时承受中等冲击，FR1＝1000N，FR2＝2000N，FA=800N，轴承的转速n=1440r/min，预期寿命Lh=50000~60000h,合格否?例30解：1.求轴承的轴向载荷轴承2内部轴向力为：FS2=FR2/2Y=625N轴承1内部轴向力为：FS1=FR1/2Y=313N查手册：30207轴承，Cr=51500N,e=0.37,Y=1.631FS1＋FA>FS2,FA1=FS1=313N,FA2=FS1+FA=1113N2.求轴承的当量动载荷轴承1：FA1/FR1=313/1000=0.313<e查表14-13fp=1.5轴承2：FA2/FR2=0.5565>e查手册X=0.4，Y=1.63.轴承寿命校核合适32§14-6滚动轴承装置设计轴向固定、调整、配合、装拆、润滑和密封等。一、滚动轴承的轴向固定1、两端固定：工作温度变化不大的短轴332、一端固定、一端游动深沟球轴承34固定支点处轴向载荷较大：角接触轴承+深沟球轴承35固定支点处轴向载荷不大：深沟球轴承＋轴肩固定支点处轴向载荷较小：深沟球轴承＋弹性挡圈游动支点处：深沟球轴承游动支点处轴向力较大：圆柱滚子轴承36调整垫片二、滚动轴承装置的调整1、轴承间隙的调整调整垫片调节螺钉调整垫片设计：潘存云设计：潘存云螺钉调整372、轴承的预紧金属垫片磨窄套圈设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云383、轴系部件工作位置的调整目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。锥顶点不重合！设计：潘存云锥顶点重合！套杯+调整垫片39三、滚动轴承装置的配合与装拆1、轴承配合：内圈与轴径、外圈和轴承座间配合内圈与轴采用基孔制-过盈配合松→紧：js6，j6，k6，m6，n640松→紧：G7，H7，JS7，J7外圈与座孔采用基轴制-间隙配合轴承内孔的尺寸公差：上偏差为零，下偏差为负值。412、滚动轴承的装拆大尺寸轴承-热油加热轴承，干冰冷却轴颈中小型轴承软锤直接敲入或用管子压住内圈敲入安装轴肩高度应低于轴承内圈高度拆轴承专用的拆卸轴承的工具：三爪拉力器42四、滚动轴承装置的润滑与密封1、轴承的润滑润滑脂润滑油喷油、油雾润滑如果采用浸油润滑，油面不高于最下方滚动体的中心润滑目的-减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪密封目的-防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失432、轴承的密封1)接触式密封2）非接触式密封毡圈密封皮碗密封(密封圈密封)油沟式密封油环与油沟组合密封迷宫式密封脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间。油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。44毛毡圈密封(a)设计：潘存云(b)防漏油防灰尘密封圈密封密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质脂润滑，轴径圆周轴速度v<4~5m/s。脂或油润滑，轴径圆周轴速度v<7m/s。45适用场合：V<5～6m/s。=0.1~0.3mm油沟式密封设计：潘存云(a)(b)δδ46图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取δ=1.5~2mm。迷宫式封圈设计：潘存云(a)设计：潘存云(b)δδ=1.5~2mmδ473）组合式密封甩油环48作业14-6,14-11,14-1349正安装正安装50aFR可查轴承标准Fn1F1FS1FSO载荷作用中心△FS总是由轴承外圈指向“载荷作用中心”51反安装正安装拉紧52反安装拉紧正安装53指出图中错误1.轴端倒角尺寸不同

2.轴承安装方式错误3.两个键槽位置应位于同一母线4.轴承盖与轴间应有间隙5.联轴器没有可靠固定6.齿轮宽度应超出轴头54指出图中错误7.轴肩位置过高，超过了左侧轴承内圈的高度8.套筒位置过高，超过了右侧轴承内圈的高度9.蜗轮应相对于两端轴承对称布置10.毡圈处错误11.两端倒角不一样55指出图中错误改正图56FA=1000NFR1=500NFR2=2000N判断图示一对7000AC轴承的安装方式，并确定两个轴承所受到的轴向载荷Fa1、Fa2的大小。57解：为反安装。7000AC轴承的内部轴向力:FS=0.7FRFS1=0.7FR1=350N,FS2=0.7F