轴承选型计算

第十章滚动轴承一.主要内容滚动轴承是各类机械中普遍使用的重要支撑标准件，并由专业厂大批量生产。本章是本课程的重点章节之一，由于滚动轴承的类型，尺寸以及精度等级等已有国家标准，因此，在机械设计中需要解决的问题主要有：（1）根据工作条件合理选择滚动轴承的类型；（2）滚动轴承的承载能力计算；（3）滚动轴承部件的组合设计。滚动轴承类型的选择选择滚动轴承的类型时，首先应熟悉轴承的结构，特点，并与十一章滑动轴承的特点比较，借以区别良种轴承的适用场合。此外，还应熟悉表征滚动轴承工作性能的三要素，即游隙，接触角，偏位角，以及它们的含义和对轴承工作性能的影响。还应掌握滚动轴承的分类，特点及代号表示法，以及滚动轴承的选择原则。按轴承内部结构和所承受的载荷方向不同，滚动轴承可分为三大类：（1）向心轴承——主要承受径向载荷；（2）向心推力轴承——可同时承受较大的径向及轴向载荷；（3）推力轴承——只能承受轴向载荷；推力向心轴承——可在承受轴向载荷的同时，还可承受较小的径向载荷。国家标准规定我国生产的滚动轴承分为十个标准类型，其中常用的标准类型有：单列向心轴承（0000系列），双列向心球面球轴承（1000系列），单列向心短圆柱滚子轴承（2000系列），单列向心推力球轴承（6000系列），单列圆锥滚子（7000系列）和单向推力球轴承（8000系列）。滚动轴承的代号表示法，是为了便于选择和使用而规定的。学习时特别是上述几种轴承的代号中段从右数四位数字和精度等级的表示方法要熟悉。应能根据给出的轴承代号，正确判断出轴承的精度等级，类型，直径系列和内径尺寸，并能指出该轴承的结构，特点及应用场合。通常在机械设计中，滚动轴承类型的选择，要根据轴承所承受的载荷大小，方向，性质，工作转速的高低，轴颈的偏转情况等要求，并结合不同轴承的类型特点进行。选择轴承时的参考原则见教科书。滚动轴承的计算根据轴承工作条件确定轴承类型后，需要进行轴承的承载能力计算。这一部分是本章的核心内容，要求能够根据轴承主要失效形式，引出其设计根据，并能熟练掌握相应的计算方法。主要失效形式及相应计算方法一般长期使用的滚动轴承，在交变应力作用下，主要失效形式为疲劳点蚀。相应的计算方法为“寿命计算”。对于极低速轴承或间歇摆动的轴承，在过大的冲击或静载荷作用下，主要失效形式为塑性变形。相应的计算方法为“静载荷计算”。此外，由于润滑，密封不良时产生磨损；制造及安装使用不当时会出现断裂等。对于这些失效形式可采取相应的措施加以防止。滚动轴承的寿命计算轴承的疲劳寿命——轴承在发生疲劳点蚀前的实际回转总次数（或在一定转速下的工作小时数）。额定寿命L——一批相同的轴承，在相同的条件下运转，按90%的轴承不发生疲劳点蚀破损的寿命。平均寿命——一批轴承允许有50%的完好率，不发生点蚀的寿命。额定动载荷C——额定寿命L=1（转），90%的轴承完好时，轴承所承受的载荷。滚动轴承寿命曲线（既轴承载荷P与额定寿命L的关系曲线）见图10-1，其关系式为：或图10-1换算为按小时计的寿命则有式中P——当量动载荷——寿命指数，对于球轴承=3，对于滚子轴承=10/3n——轴承的转速。轴承寿命计算公式：式中：——寿命系数——载荷性质系数——速度系数——温度系数当量动载荷P——是一种假定载荷，在这个载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同。当量动载荷的计算公式为：式中：——径向载荷——轴向载荷轴承的调整包括：1)轴承间隙的调整：保证膨胀间隙；2)轴承组合位置的调整：使轴上传动零件（如齿轮，涡轮等）具有准确的工作位置。轴承的预紧就是在安装时，使轴承内保持适当的轴向力，以消除间隙并使滾动体和内外套圈之间产生预变形，用以提高轴承的刚度和旋转精度,减少工作时轴的振动。设计轴承组合时，要考虑轴承拆卸的可能，以便在拆卸时不致损坏轴承或其它零件。(3)轴承的公差与配合轴承的公差与配合，在“公差与技术测量”课中已经学过，就不再重复了，这里只是着重说明几点：(i)基准制：由于滚动轴承是标准件，选择配合时把它作为基准件。因此轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。(ii)配合选择：通常，轴承的旋转圈与转动件的配合一般用n6、m6、k6、js6；而固定圈与机器不动部分的配合则用J7、J6、H7、G7、H8等(指一般机器的转轴轴承,内圈旋转,外圈固定)。旋转圈的转速越高，载荷越大，振动越大，工作温度越高，用应采用紧一些的配合；游动圈及需经常拆卸的轴承则采用较松的配合。(4)轴承的润滑和密封(i)轴承的润滑润滑的作用：主要在于降低轴承的摩擦阻力和减轻磨损，也存吸振、冷却、防锈、密封等作用。具体选用润滑剂时可参考速度因数dn来定，d为轴承内径（mm）,n为轴承的工作转速（）。当dn=200000-300000mm时，一般轴承采用脂润滑，超过这一范围宜采用油润滑。(ii)轴承的密封密封的作用：主要时为了防止灰尘、水分等侵入轴承和阻止润滑剂漏失。密封方法：可分为两大类：1)接触式密封（毡圈密封、皮圈密封）一般用于速度不很高的场合；2)非接触式密封（油沟密封、甩油环密封、迷宫式密封）一般用于速度较高的场合。二.复习思考题10－1滚动轴承与滑动轴承比较，主要有哪些优缺点？10－2什么是滚动轴承的“游隙”“接触翁”“偏位角”?10－3根据以下滚动轴承代号分析轴承的类型、内径尺寸、直径系列和精度等：7311、101、8206、210、D36305、120810－4写出下列轴承的代号(1)单列向心短圆柱滚子轴承，轻窄系列，内径d=3Omm(2)单列向心球轴承，重系列，内径d=17mm(3)单列向心推力球轴承，特轻系列，内径d＝2Omm(4)单列圆锥滚子，中窄系列，内径d=150mm(5)双列向心球轴承，中宽系列，内径d=5Omm10－5在机械设计中，应如何选择滚动轴承的类型？球轴承、推力轴承、滚子轴承、向心推力轴承、球面调心轴承各用在什么场合？10－6如何解说滚动轴承的“疲劳寿命”、“额定寿命”和“平均寿命”。42日苦.10-7何谓滚动轴承的“额定动载荷”？双列轴承的额定动载荷与单列轴承的额定动载荷之间大致存在什么比例关系？10-8何谓滚动轴承的“当量动载荷”？当量动载荷P、额定动载荷C与寿命L之间的美系是什么？10-9分析当轴承载荷增大1倍时，轴承的预期寿命将下降多少倍？如轴承转速增大一倍时，轴承的预期寿命将下降多少倍?10-10作图并叙明“等当量动载荷曲线”的特点以及当量动载荷与轴承的径向载荷和轴向载荷之间的关系?10-11如何解说滚动抽承的“额定静载荷”，“当量静载荷”？ 10-12计算滚动轴承的静力强度时，如何选取安全系数的值?10-13滚动轴承的主要失效形式有哪些？在选择轴承型号时，进行寿命计算，静载荷计算和校核极限转速分别针对什么失效？以下轴承根据工作要求主要应进行哪些计算?n<10的悬链轮轴轴承；n>10000的高速磨头轴轴承；=1540，P=7.5KW的减速器高速轴轴承。10-14向心推力轴承的内部轴向力是如何产生的?10-15对于成对使用的向心推力轴承，在径向载荷及轴向载荷的联合作用下，应如何确定轴承的轴向载荷作为设计轴承的依据？10-16常见的两支点轴系，轴承的轴向安装及固定有哪儿种形式？各有何特点？各适用于何种情况?10-17轴承的内圈固定形式有哪些？轴承的外圈固定形式有哪些？10-18成对使用的向心推力轴承，“正装”，“反装”和“同向安装”各用在什么情况下？10-19轴承预紧的目的是什么？常见的预紧方式有哪几种？10-20滚动轴承内圈和轴、外圈和机座孔分别采用何种基准制？若内圈与轴配合标为，外圈与机座孔配合标为有何错误？应如何改正？回转圈与不回转圈的配合性质相同吗？10-21如何选择滚动轴承的润滑方式及相应的密封装置？三.典型例题例10-1分析齿轮轴轴系[图10-3（a）]上的错误并改正。轴承采用脂润滑。图10-3解：此轴系有以下四方面的错误结构：1.静止件接触(1)轴与轴端盖；(2)套筒与轴承外圈2.上零件未定位，固定(3)套筒顶不住齿数(4)联轴器未固定(5)联轴器轴向及周向皆未固定(6)卡圈无用3.工艺不合理加工：(7)精加工面过长且装拆轴承不便；(8)联轴器孔未打通(9)箱体端面加工面与非加工面没有分开；安装：(10)轴肩过高，无法拆卸轴承；(11)键过长，套筒无法装入；调整：(12)无垫片，无法调整轴承游隙。润滑与密封的问题(13)齿轮油润滑，轴承脂润滑而无挡油环；(14)无密封改正以后的正确结构见图10-3(b)。例10-2已知一齿轮减速器的高速轴，用一对型号为414的单列向心球轴承支撑。轴承径向载荷，轴向载荷，转速。试算此对轴承额定寿命为多少小时？解查《机械零件设计手册》知414轴承：额定动载荷C=113000N额定静载荷则由表10-14，按，取e=0.22因为所以X=0.56Y=2 轴承的当量动载荷P：轴承的额定寿命：对于球轴承由此可求得此对轴承的额定寿命（按小时计）为：例10-3一传动轴上安装一对单列向心推力轴承（见教科书图10-43）。已知两个轴承的径向载荷分别为，，轴向外载荷，轴径，转速，有轻微冲击，常温下工作，要求轴承使用寿命小时，试选用轴承类型号。解由于轴承具体型号未定，有关参数，e，X，Y值都无法确定，必须进行计算。试计算时可以先根据轴承工作条件，预选某一型号轴承或预定X，Y值，再进行核验。预选轴承型号：考虑轴承的载荷大小，载荷方向，转速高低，预选轴承型号。取单列向心推力球轴承，G级精度，轻窄系列，型号为46209。计算轴承的轴向载荷，向心推力轴承的轴向载荷应同时满足两个条件：既力的平衡条件和保证半圈滚动体受力的条件。由表10-17可知46000型轴承内部轴向力为向心推力轴承内部轴向力方向：与的方向相反，与的方向相同。故轴承1的轴向载荷应取下列两值中的较大值取=1386N计算轴承的当量动载荷由表10-14查得46000型轴承e=0.7，当时，X=1，Y=0。当时，X=0.41，Y=0.85（单列轴承）。轴