机械设计课件-滚动轴承

第十三章滚动轴承(10学时)

了解滚动轴承的组成，各组件的作用及材料要求；掌握滚动轴承的基本类型，代号及工作特点；了解滚动轴承的失效特点，预防或减轻失效影响的措施；掌握滚动轴承选型设计的基本步骤与基本要点，以及受力分析方法；理解滚动轴承当量载荷和其中各参数的含义，并能进行计算；掌握滚动轴承的基本定位方式，并能正确加以利用；能根据具体工作情况选用滚动轴承的润滑与密封方式。重点：正确选择轴承的类型；轴承疲劳寿命的计算，轴承的组合结构设计难点：向心推力轴承的轴向力的判断和求解，结构改错13.1

概述一、本章的讨论基本内容：二、滚动轴承的特点和基本结构：

轴承的选用（类型，尺寸）轴承承载能力的验算轴承装置设计（安装、调试、润滑、密封）套圈：内圈（轴圈），外圈（座圈）；材料为轴承钢（铬钢）

滚动体：球，滚子（圆柱、圆锥、鼓形），滚针等，材料轴承钢

保持架：切制（铜、铝等合金，塑料），冲压（低碳钢）优点：摩擦阻力小，功率消耗小，起动容易等缺点：抗冲击能力差，高速时有噪音，工作寿命短13.2滚动轴承的主要类型及代号一、按承受外载荷类型分类：

向心轴承：承受径向力Fr，其中有几类可承受不大的轴向力

推力轴承：只能承受轴向力FaFrFa座圈轴圈

向心推力轴承：同时承受径向力Fr，轴向力Fa接触角FaFr载荷角轴承实际所承受的径向载荷和轴向载荷的合力与半径方向的夹角向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点处的法线N-N与半径方向的夹角常用的各类轴承的性能和特点见表13-1二、滚动轴承的代号基本代号后置代号前置代号内径代号，其中：00~d=10mm01~d=12mm02~d=15mm03~d=17mm04~96:d=5*代号(mm)直径系列代号：指内径相同，外径与宽度不同，例：6110641063106210宽度系列代号正常系列为0，除调心滚子与圆锥滚子，其余可省略类型代号：常用：1：调心球2：调心滚子3：圆锥滚子5：推力球6：深沟球7：角接触球N：圆柱滚子后置代号用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等，其中常用代号有：内部结构代号：C:表示α=15°AC:表示α=25°B:表示α=40°公差代号，由高级到低级：/p2:2级/p4:4级/p5:5级/p6:6级/p6x:6x级/p0:普通级，可省略径向游隙代号，由小到大：1组:/c12组:/c20组：常用，可不标3组:/c34组:/c45组:/c5前置代号表示轴承的分部件，用字母表示。例：7211C/P5表示角接触球轴承；轻系列；内径为55mm；接触角α=15°；5级公差；0组游隙L表示可分离轴承的可分离轴套；K表示轴承的滚动体与保持架组件等13.3滚动轴承类型的选择一、考虑载荷特性载荷大小：大：滚子（线接触）；小：球（点接触）载荷方向：径向：圆柱滚子、滚针、深沟球；轴向：推力径向与不大的轴向：深沟球，α不大的角接触球与圆锥滚子；径向与较大的轴向：α较大的角接触球与圆锥滚子，或深沟球加推力。3.载荷特点：冲击载荷，或轴中心线与轴承座中心线不重合时应选调心球或调心滚子，决不能选圆柱滚子或滚针。二、考虑转速高低

高速：宜选球，轻系列，实体保持架，提高轴承公差等级，适当增大径向游隙三、考虑装拆问题若轴承座孔式整体结构，应考虑选内、或外圈可分离的轴承，如30000型，N0000型，或NA000013.4滚动轴承的工作情况一、载荷分布1、向心轴承FrFFN0Ni变形量的分布是中间最大，向两边逐渐减小接触载荷在Fr作用线上的接触点处最大，向两边逐渐减小各滚动体从开始受力到受力终止所对应的区域叫做承载区，小于180。2、向心推力轴承若只有一个滚动体若滚动体充满滚道派生轴向力承受径向载荷Fr平衡时：则有半数滚动体受载则全部滚动体受载1）角接触球轴承及圆锥滚子轴承：为使较多的滚动体同时受载，应使2）同一个轴承，在同样的径向载荷作用下，当轴向力又最小逐步增大时，同时受载的滚动体数目逐渐增多，与轴向力平衡的派生轴向力也随之增大。研究表明：二、应力变化滚动体与动圈固定套圈内圈上任意一点的脉动循环载荷与应力变化外圈上任意一点的载荷与应力变化（非周期性）13-5滚动轴承尺寸的选择失效形式及基本额定寿命

1主要失效形式（疲劳点蚀，塑性变形，磨损）滚动轴承运转时，滚动体和内外圈间产生变化的接触应力使滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏计算准则：一般转速的轴承(n>10r/min)，疲劳点蚀是主要失效形式，疲劳强度计算高速轴承，进行寿命计算，极限转速校核极慢转速轴承，主要失效形式是塑性变形，应进行静强度计算二．滚动轴承的基本额定动载荷就是使滚动轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所承受的载荷值，用C代表向心轴承：纯径向载荷，称为径向基本额定动载荷Cr；推力轴承：纯轴向载荷，称为轴向基本额定动载荷Ca；向心推力轴承：使圈套间产生纯径向位移的载荷的径向分量2基本额定寿命按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数或工作小时数作为轴承的寿命，以Lh表示。意味在此寿命之前发生失效的概率为0.1（即可靠度为R=0.9）。表13-3推荐的轴承预期计算寿命较高温度下工作的轴承基本额定动载荷，须考虑温度系数

基本额定动载荷为：ft见表13-4三．滚动轴承寿命的计算公式当P≠C时，轴承的寿命？滚动轴承（6207）寿命曲线为图13—12，可表示为：

四滚动轴承的当量动载荷

轴承在许多应用场合，常常同时承受径向载荷和轴向载荷。须把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷条件相一致的当量动载荷P。以承受径向载荷为主的轴承，称为径向当量动载荷Pr

以承受轴向载荷为主的轴承，称为轴向当量动载荷Pa

当量动载荷P的表达式：只能承受纯径向载荷的轴承（N，NA）

只能承受纯轴向载荷的轴承（5）

考虑附加载荷，轴承的当量动载荷为：

五．角接触球轴承和圆锥滚子轴承的Fr,Fa的计算产生派生轴向力，通常要成对使用；有两种安装方式：正装和反装反装：两外圈宽边相对。轴外伸端承受较重负荷，能缩小负荷到支承点的距离，增加支承刚性。可以用于跨距较长或温差较大的场合缺点：靠近齿轮的轴承，又要承受较大的径向载荷，且轴承游隙调整不便正装：两外圈窄边相对，轴承游隙调整方便，支承的实际跨距缩小角接触球轴承受力如图径向载荷：根据外界作用在轴上的径向力Fre和两支点位置来确定。以轴承的压力中心作为作用点。两支点间距离不是很小时，常以轴承宽度中点作为支点轴向载荷：不完全由外界的轴向作用力Fae产生，而根据整个轴上的轴向载荷的平衡条件求出取轴与轴承内圈为分离体相当于1被压缩，2被放松实际上轴必须处于平衡位置被放松的轴承2只受本身的派生轴向力计算轴向力的方法：1通过的计算和分析，判定被压缩或被放松的轴承2确定被放松轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力3被压缩轴承的轴向力为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力的代数和

七．滚子轴承的静载荷

1基本额定静载荷：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷，作为轴承静强度的界限，称为基本额定静载荷，用C0表示

2当量静载荷：轴承静载能力七．不同可靠度时滚子轴承尺寸的选择额定寿命为：基本额定动载荷为：修正额定寿命：额定寿命修正系数见表13-9不同的机械，对可靠度的要求不相同，须引入寿命修正系数见教材例13-1例1:深沟球轴承补充：例一齿轮减速器的输出轴，要求一端游动支撑，简图如图，传递功率7.5kW,转速n=970r/min，工作中有中等冲击，轴颈直径d=40mm。经过计算，该轴所承受的轴向载荷Fae=380N,选用深沟球轴承，轴承承受的径向载荷分别Fr1=2200N,Fr2=1800N,要求轴承寿命Lh‘=12000h。试选用合适的轴承。式中：分析：深沟球轴承：判断哪个轴承受轴向力？一端固定，一端游动：固定端轴承受轴向力；两端单向固定，轴向力指向那个轴承，那个轴承受轴向力。2）计算P(表13-6）解：1）计算轴向力只计算1轴承的当量动载荷按C值查手册，取轴承型号为：6208，其Cr=29.5kN见教材例13-13)验算寿命按6208查得：C0r=18.0kN结论：选用6208深沟球轴承合适3）求e和Y解：1）初选6208只计算1轴承的当量动载荷查6208，其Cr=29.5kN，C0r=18.0kN2）计算轴向力建议先选轴承结论：符合要求4）计算P(表13-6）5）计算C例2：一传动装置，根据工作条件决定采用一对正装角接触球轴承，7207AC。载荷情况如图所示，已知：Fr1=1000N,Fr2=2060N,Fa=880N,转速n=5000r/min,中等冲击，预期寿命Lh‘=2000h.验算轴承是否符合要求。Fr1Fr2Fa其中：Fd2Fd1先给轴承编号1）求两轴承派生轴向力(表13-7)FaFd2Fd1Fr2Fr12）确定轴承实际轴向力1轴承被压紧2轴承被放松解：3）确定系数X,Y值按表13-5计算因P1>P2,故用P1带入寿命公式计算结论：不符合要求例13-3(教材例13-2)13.6轴承装置设计一、支承部分的刚性与同心度1、刚性：指刚度大，不易变形具体：轴承座的跨距短，悬臂小；轴承座孔有足够的壁厚，加强肋2、同心度：同一根轴上两个支承要保持同心；具体：轴承两座孔一次镗出正确解决轴承的安装、配置、紧固、调节、润滑、密封等二、轴承配置1、双支点各单向固定深沟球角接触球在轴的两个支点中，每个支点各限制轴在一个方向的轴向移动，两个支点合起来限制轴的双向移动。适用工作温度变化不大、两支点间跨距小于300~350mm的短轴。轴承外圈与轴承端盖间留有很小的轴向间隙，以适当补偿轴受热伸长。调整轴承外圈或轴承内圈的轴向位置，使轴承达到理想的游隙。圆锥滚子正装圆锥滚子反装2、一支点双向固定，另一支点游动

固定端：深沟球角接触或圆锥滚子成对用向心和推力组合使用

游动端：深沟球，内圈固定，外圈游动，2～3mm

圆柱滚子，内外圈均固定，轴向游动在滚动体与外座圈间进行固定支承限制轴的两个方向的移动，而游动支承允许轴作因温度变化引起的热伸缩，即自由游动。主要用于工作温度变化大，且两支点间跨距大(350mm以上)的长轴。3、两端游动对于人字齿轮传动，通常大齿轮轴承部件采用两端固定支承，小齿轮轴承部件采用两端游动支承，便于小齿轮轴承部件沿轴向游动，以防止齿轮卡死或两侧轮齿受力不均。三、轴承的轴向紧固1、内圈紧固方法弹性挡圈与轴肩轴端挡圈与轴肩圆螺母加止动垫圈2、外圈紧固方法轴承端盖挡肩与孔用弹性挡圈外圈带止动槽的轴承四、轴承游隙及轴上零件位置的调整靠轴承端盖的垫片加减来调整靠圆螺母调整靠套杯调整圆锥齿轮与蜗杆的轴向位置五、轴承的配合1、内圈与轴的配合：基孔制，紧配合，常采用k62、外圈与座孔的配合：基轴制，可采用较松的配合，但不能在孔内转动，常采用H7。指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合

一般，当工作载荷的方向不变时，转动圈应比不动圈有更