机械设计基础滚动轴承

机械设计基础滚动轴承第1页，课件共41页，创作于2023年2月按摩擦性质的不同分为：滑动轴承滚动轴承一、滚动轴承的组成和类型1.滚动轴承的组成内圈外圈滚动体保持架保持架：滚动体：外圈：内圈：装在轴上装在轴承座孔中在两套圈之间滚动并传递载荷将滚动体均匀隔开滚动体分为：球滚子：圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑简单、更换方便

承载能力大、回转精度高、高速性能好，但启动摩擦阻力大，维护复杂。第2页，课件共41页，创作于2023年2月构造和类型22.滚动轴承材料内、外套圈和滚动体：用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn）制造。淬火后表面硬度可达58～66HRC。保持架：用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。3、滚动轴承的类型

球滚动轴承组成.avi滚子轴承：运转灵活，但承载能力低承载能力高，但运转不如球轴承灵活

刚性轴承：调心轴承：允许内外圈偏转角很小的轴承。允许内外圈偏转角较大的轴承。内、外圈可以分离的轴承，称为可分离型轴承第3页，课件共41页，创作于2023年2月滚动体力作用线与轴承径向平面间的夹角。按承受载荷的方向或公称接触角向心轴承径向接触轴承：公称接触角α=0°

，主要承受径向载荷，可承受较小的轴向载荷。角接触向心轴承：公称接触角α=0°~45°

，同时承受径向载荷和轴向载荷。推力轴承角接触推力轴承：公称接触角α=45°~90°，主要承受轴向载荷，可承受较小的轴向载荷。轴向接触轴承：公称接触角α=90°

，只能承受轴向载荷。接触角：向心轴承推力轴承第4页，课件共41页，创作于2023年2月◆按结构形式不同，滚动轴承分为10类，最常用的有六类:深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N、NU）角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）调心球轴承（1）调心滚子轴承（2）滚针轴承（NA)角接触轴承径向接触轴承推力滚子轴承（8）轴向接触轴承推力球轴承（5）第5页，课件共41页，创作于2023年2月§13-2滚动轴承的代号二、滚动轴承的代号前置代号基本代号后置代号

轴承组件内

部

结

构

代

号密

封

与

防

尘

结

构

代

号保

持

架

及

其

材

料

代

号特

殊

轴

承

材

料

代

号公

差

等

级

代

号游

隙

代

号轴承

配

置

代

号其

它

代

号×××××类

型

代

号尺寸系

列代号内

径

代

号宽

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号1、基本代号用代号表明轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。◆内径代号：代号0001020304～99内径d10121517代号×5前置代号和后置代号只有在轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时使用

GB/T272—1993第6页，课件共41页，创作于2023年2月代号2◆类型代号：常用轴承有：6、7、3、5、N等类型◆公差等级代号：分为/P0、/P6(/P6x)、/P5、/P4、/P2共五级。游隙分为：/C1、/C2、0、/C3、/C4、/C5共六个组别。低级

高级

游隙值：小

大

◆尺寸系列代号：直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。0级省略

0组省略。2、后置代号◆

游隙代号：游隙：指一个套圈相对于另一个套圈，沿径向或沿轴向，从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。宽度系列代号：窄(0)、正常(1)、宽(2)。第7页，课件共41页，创作于2023年2月6308：深沟球轴承，3─中系列，内径d=40mm，公差为0级，游隙为0组；N105/P53：圆柱滚子轴承，1─特轻系列，内径d=20mm，公差为5级，游隙为3组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，2─轻系列，内径d=70mm，公差为4级，游隙为0组，公称接触角α=15°；30213：圆锥滚子轴承，2─轻系列，内径d=65mm，公差为0级，游隙为0组；注：遇到看不懂的代号时，查阅GB/T272-93。◆内部结构代号：7000C：α＝15°；7000AC：α＝25°；7000B：α＝40°；◆配置代号：/DB：背对背安装（反装）/DF：面对面安装（正装）第8页，课件共41页，创作于2023年2月三、滚动轴承类型的选择1）载荷方向当FA很大时，选6（N）＋5（8）组合使用。当FA较小时，可选6类。只受FR时，选径向接触轴承（1、2、6、N）。只受FA时，选轴向接触轴承（5、8）或选（7、3）类。同时受FR和

FA时，选角接触轴承（7、3）。2）载荷大小；载荷大或有冲击振动时，宜选滚子轴承。3）转速高低；转速高或要求旋转精度高时，宜选球轴承。轴向接触轴承不适宜高转速，可用6或7类代替。4）调心要求；轴的刚度低、轴承座孔的同轴度低或多支点轴，选调心轴承。6）经济性；精度高的价格高，滚子轴承比球轴承价格高。5）安装要求3类和N类的内外圈分离，便于拆装。为方便长轴上轴承的拆装，可选用代内锥孔和紧定套的轴承第9页，课件共41页，创作于2023年2月滚动轴承工作时，在FR

作用下通常只有半圈滚动体受载。工作时，轴承中各个元件所受载荷及应力是变化的。四、滚动轴承的失效形式和计算准则1、主要失效形式有：1）疲劳点蚀：是最常见的失效形式。2）塑性变形：

对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因过大的载荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。第10页，课件共41页，创作于2023年2月3）磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：

多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。

润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合）。磨损胶合2、计算准则

1.转速较高的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计算。2.转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，计算静强度。3.高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，需校核极限转速。第11页，课件共41页，创作于2023年2月1、基本概念

1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，两套圈的相对总转数或在一定转速下的运转小时数。

2）基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90％的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用L10

或Lh10表示。轴承的寿命/（106r）

L10的可靠度R＝90％。五、滚动轴承的寿命计算第12页，课件共41页，创作于2023年2月

3）基本额定动载荷：指L10恰为106转时，轴承所能承受的载荷，用C表示。

径向接触轴承的C是径向载荷，用Cr表示。

轴向接触轴承的C是中心轴向载荷，用Ca表示。角接触向心轴承的C

是所受载荷的径向分量，也用Cr表示。2、轴承寿命计算

ε－寿命指数，球轴承：ε

＝3；滚子轴承：ε

＝10/3式中：P－当量动载荷（106r）第13页，课件共41页，创作于2023年2月3、当量动载荷

当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷C

的确定条件及性质相同的假想载荷，用P表示。

ε－寿命指数，球轴承：ε

＝3；滚子轴承：ε

＝10/3。式中：P－当量动载荷；n－轴承的转速（r/min）；

常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。（h）（h）温度系数ft表12-9载荷系数fp表12-10第14页，课件共41页，创作于2023年2月(1)对只能承受径向载荷R的轴承（N和NA类轴承）P=R(3)同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承(6、7和1、2、3类轴承)(2)对只能承受轴向载荷A的轴承（5和8类轴承）P=AP=XR+YA

X——径向载荷系数Y——轴向载荷系数表12-12

第15页，课件共41页，创作于2023年2月轴承类型A/CoreA/R＞eA/R≤eXYXY深沟球轴承0.0140.190.562.30100.0280.221.990.0560.261.710.0840.281.550.110.301.450.170.341.310.280.381.150.420.421.040.560.441.00角接触球轴承（单列）ɑ=15o0.0150.380.441.47100.0290.401.400.0580.431.300.0870.461.230.120.471.190.170.501.120.290.551.020.440.561.000.580.561.00ɑ=25o0.680.410.8710ɑ=40o1.140.350.5710圆锥滚子轴承（单列）1.5tanɑ0.40.4cosɑ10调心球轴承（双列）1.5tanɑ0.650.65cosɑ10.42cosɑ第16页，课件共41页，创作于2023年2月例：已知齿轮轴采用一对6211轴承，已知轴承载荷Ｒ1=3500Ｎ，A1=1606Ｎ，R2=2500Ｎ，A2=０试求P1、P2解：查手册得：C0r=29200Ｎ①查e：②求X、Y:

③求Ｐ:A/C0r=1606/29200=0.055→在0.028~0.056之间,插值A1/R1=1606/3500=0.459＞eY1=1.7Y2=0

P1=X1R1+Y1A1=0.56×3500+1.7×1606=4690Ｎ

P2=R2=2500Ｎ

∵P1＞P2∴轴承１危险，计算轴承1的寿命得e1=0.259X1=0.56∵A2=0X2=1第17页，课件共41页，创作于2023年2月四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷A的计算

1）派生轴向力大小方向

a)正装（面对面）

适合于传动零件位于两支承之间

b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端

角接触球轴承和圆锥滚子轴承的结构特点：在滚动体和滚道接触处存在接触角α，当其承径向载荷R时，会产生派生轴向力S第18页，课件共41页，创作于2023年2月结论：1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力

派生轴向力的大小与接触角α有关

表12-13

派生轴向力S的计算公式轴承类型角接触轴承圆锥滚子轴承70000C70000AC70000Bα=15°α=25°α=40°派生轴向力eR0.68R1.14RR/2Y实际轴向力Fa的计算方法第19页，课件共41页，创作于2023年2月例:一对反装7312AC轴承,R1＝5000N,R2＝8000N，Fa＝2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。解：①画安装简图→S2与Fa同向求S1，S2

②判断放松压紧

∵S2＋Fa＝5440＋2000＝7440N＞S1＝3400N

A1＝S2＋Fa＝7440N

A2＝S2＝5440NS1＝0.68R1＝0.68×5000＝3400NS2＝0.68R2＝0.68×8000＝5440N轴承1被压紧③求A1，A2

轴承2被放松第20页，课件共41页，创作于2023年2月例:一对正装7312AC轴承,R1＝5000N,R2＝8000N，Fa＝2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。解：①画安装简图→S2与Fa同向求S1，S2

②判断放松压紧

∵S1＋Fa＝3400＋2000＝5400N＜S2＝5440N

A1＝S2-Fa＝3440N

A2＝S2＝5440NS1＝0.68R1＝0.68×5000＝3400NS2＝0.68R2＝0.68×8000＝5440N轴承1被压紧③求A1，A2

轴承2被放松第21页，课件共41页，创作于2023年2月例:一对正装7312B轴承,R1＝6500N,R2＝8000N，Fa＝2000N，由轴承1指向轴承2，求A1、A2。解：①画安装简图→S2与Fa同向求S1，S2

②判断放松压紧

∵S1＋Fa＝7410＋2000＝9410N＞S2＝9120N

A1＝S1＝7410N

A2＝S1＋Fa

＝9410NS1＝1.14R1＝1.14×6500＝7410NS2＝1.14R2＝1.14×8000＝9120N轴承2被压紧③求A1，A2

轴承1被放松第22页，课件共41页，创作于2023年2月①由前例题求得派生轴向力S和轴向载荷A②由A/Cor---e③依A/R与e求得X、Y④求当量动载荷P解：这对轴承工作温度120°有中等冲击,拟四年小修，八年大修。转速n=460转/分，8小时工作，年工作日246天。问所选轴承是否恰当？第23页，课件共41页，创作于2023年2月作业滚动轴承的组成、各部分的作用。滚动轴承的代号。滚动轴承的类型选择原则滚动轴承的失效形式滚动轴承的选择计算。第24页，课件共41页，创作于2023年2月第25页，课件共41页，创作于2023年2月

轴承的组合设计——合理的使用轴承。组合设计中主要是解决安装、固定、配合、调整、润滑、密封问题。1、滚动轴承轴系的固定通过轴承与轴和轴承座之间的联接固定，使轴系在机器中有确定的位置。

五、滚动轴承的组合设计要求：1）使轴上的载荷能可靠的传到机架上去，防止轴沿轴向串动。2）受热膨胀时，轴能自由伸缩。典型的轴系固定方法主要有三种：1）.两端固定支承一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动，另一端轴承的固定限制另一方向的串动，两端轴承的固定共同限制轴的双向串动。对于深沟球轴承，应留热补偿间隙Δ＝0.25～0.4mm调整垫片第26页，课件共41页，创作于2023年2月

特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。2）.一端固定一端游动支承一端轴承的固定即限制轴的双向串动；另一端轴承不固定，为游动支承。特点：轴的位置准确，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。3）.两端游动支承两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动，均为游动支承。例如：人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承。但大齿轮的轴向位置必须固定。2、滚动轴承组合结构的调整1）.轴系轴向位置的调整目的：使轴上零件有准确的位置。例如：蜗轮的中间平面应通过蜗杆轴线；两个锥齿轮的锥顶要重合。第27页，课件共41页，创作于2023年2月2）.轴承游隙的调整游隙的大小直接影响轴的旋转精度、轴承的载荷分布以及轴承的寿命等。径向接触轴承的游隙是在制造时保证的；圆锥滚子轴承的游隙是在安装时保证的。第28页，课件共41页，创作于2023年2月3、滚动轴承的预紧预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙。目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动。方法：1）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。2）采用衬垫。3）内、外圈加长度不同的间隔套或用垫片预紧。4）加弹簧。4、滚动轴承的配合滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。内圈孔与轴的配合为基孔制，外圈与轴承座孔的配合为基轴制。转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；游动套圈配合应松。第29页，课件共41页，创作于2023年2月5、滚动轴承的安装与拆卸装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。错误的施力正确的施力配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；配合过盈量大的轴承常用温差法装配。第30页，课件共41页，创作于2023年2月6、滚动轴承的润滑1)．润滑的主要作用降低摩擦，减少磨损；油润滑可以到起散热、冷却作用；滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用；轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用。通常根据dn值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见2)．润滑方式的选择常用的润滑方式：脂润滑油润滑可根据载荷、速度和温度确定所需润滑油的运动粘度。第31页，课件共41页，创作于2023年2月3)．滚动轴承的密封作用：1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承；密封方法：2）防止润滑剂流失。1）接触式密封2）非接触式密封有：毡圈式密封、密封圈式密封有：间隙密封、迷宫式密封、挡油环密封3）组合密封：挡油环（封油盘）将各种密封方法组合使用。－－防尘－－防漏第32页，课件共41页，创作于2023年2月轴承装置的设计对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动；在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则将使轴承损坏；对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减小机器工作时轴的振动。在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏；

第33页，课件共41页，创作于2023年2月滚动轴承主要类型代号表6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型第34页，课件共41页，创作于2023年2月滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸选择的过程确定轴承所承受的FR与FA计算当量动载荷FP=fP(XFR+YFA)明确轴承的工作转速n与预期寿命L10计算轴承应满足的基本额定动载荷由轴承样本（手册）查取合适的轴承第35页，课件共41页，创作于2023年2月滚动轴承的类型选择选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。一、滚动轴承选择的一般过程如下：对没有严格要求的轴承可不进行承载能力验算END进行承载能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承