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文档简介
基本要求第十三章滚动轴承1.了解滚动轴承的构成、结构特点和类型。2.了解滚动轴承的代号规定,能识别最一般的代号。3.了解滚动轴承的失效形式,能根据失效作出正确的分析。4.能根据使用要求正确选用滚动轴承。5.工作能力计算。6.会根据使用要求正确的作出滚动轴承的组合设计(滚动轴承装置的设计:安装、调整、润滑、密封等)。不是如何设计滚动轴承,而是如何选用重点:轴承的代号及寿命计算、滚动轴承的组合设计。难点:轴承的当量动载荷计算。§13-1概述一.滚动轴承的构造与材料构成:内圈+外圈+滚动体+保持架保持架外圈内圈滚动体保持架保持架:有冲压的和实体的两种,常用软钢冲压,特殊场合也可用铜合金与工程塑料等;保持架使滚动体均匀分布在滚道上,减少滚动体之间的碰撞和磨损.内外圈和滚动体:则采用专用的轴承钢,并经淬火处理和精磨。常用材料有GCr15、GCr15SiMn、
GCr6、GCr9等材料:滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光,以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造,也可采用有色金属或塑料等材料。为适应某些特殊要求,有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构,如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。二.滚动轴承的优缺点1.摩阻小、效率高,起动灵敏;2.运转精度高(可通过预紧消除间隙);3.轴向尺寸较小;4.组合结构简单、便于使用维护;5.标准化程度高,质优价廉;6.抗冲击能力较差;7.振动及噪音较大;8.高速重载下寿命较低;9.径向尺寸较大。三.应用范围一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。优点缺点§13-2滚动轴承的主要类型及其代号一.滚动轴承的主要类型1.按滚动体分:球轴承:滚子轴承:圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子、滚针2.按所承受的载荷分:向心轴承、向心推力轴承、推力轴承3.按轴承可否调心:调心轴承、非调心轴承夹角α叫作轴承的接触角:向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线与半径的夹角;夹角β叫作载荷角:径向载荷与轴向载荷的合力与半径方向的夹角。1235NAN2967
通常是根据滚动轴承滚动体的形状、结构特点和承载性质等,GB将滚动轴承分为9个大类(教材P222表10-5)。调心球轴承调心滚子轴承圆锥滚子轴承推力球轴承深沟球轴承角接触球轴承推力调心滚子轴承圆柱滚子轴承滚针轴承4双列深沟球轴承深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承29调心能力极限转速允许偏位角外圈无挡边角接触球轴承(7)
圆锥滚子轴承(3)1.接触角α:二.表征轴承特性的有关因素:
NNFRFa载荷角
:α的大小反应了轴承承受轴向力的大小。轴承实际承受的径向载荷Fr
与轴向载荷Fa的合力与半径方向的夹角。2.游隙:内外圈相对移动量的最大值。径向ur、轴向ua
对于配合越紧,温差越大,轴的变形量越大,润滑冷却条件越差等情况,则应选游隙越大的轴承。3.极限转速:在一定的载荷和润滑条件下,允许的最高转速。在同等精度下,点接触轴承的摩擦阻力较线接触轴承小,因而极限转速要高些。4.角偏差(调心性能):
在同等精度下,点接触的轴承较线接触的轴承的调心性能好。
由于制造、安装或轴的变形,引起轴承内外圈轴线发生的相对倾斜,其倾斜角称角偏差。向心轴承:主要承受径向载荷推力轴承:只能承受轴向载荷
向心推力轴承:Fr+Fa
深沟球轴承(6)推力球轴承(5)角接触球轴承(7)圆锥滚子轴承(3)圆柱滚子轴承(N)调心球轴承(1)圆柱滚子轴承(N)外圈无挡边内圈无挡边外圈有单挡边三.滚动轴承的代号
滚动轴承类型繁多,各类型中又有不同的结构、尺寸和精度等,为便于组织生产及选用,国标对滚动轴承的代号作了具体规定。642062206320基本代号前置代号后置代号二一三四五内径代号=直径/5(20-495mm)d<20mm时:0001020310121517尺寸系列代号直径系列代号宽度系列代号类型代号其它代号游隙代号特殊轴承材料代号密封与防尘结构代号保持架及其材料代号公差等级代号内部结构代号轴承分部件代号
基本代号/P2/P4/P5/P6/P6X省略代号6203/P26203/P46203/P56203/P630321/P6X6203示例2级4级5级6级6x级0级公差等级公差等级代号(等级:低高)/C5/C4/C3省略/C2/C1代号5组4组3组0组2组1组径向游隙系列游隙代号(间隙小大)
后置代号
前置代号用于表示轴承的分部件,用字母表示。L、K、R、NU、WS、GS
滚动体与保持架组件可分离轴承的可分离套圈圆柱滚子轴承的一种类型,属于内圈无挡边型。RNU:无内圈
RN:无外圈R:不带可分离内圈或外圈的轴承;无内圈滚针轴承(NK\NKS\NKH滚针轴承、冲压外圈滚针轴承、滚针组合轴承除外)宽度系列代号:一般正常宽度为“0”,通常不标注。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。基本代号71206C/P5内径代号
直径系列代号同一内径有不同的直径
宽度系列代号内外径相同时有不同的宽度类型代号5内径一般为:代号0、1234直径特轻轻中重
精度等级代号内部结构代号5级§13-3滚动轴承类型的选择一.轴承的载荷大小:滚子轴承优于球轴承方向:径向R(6、1、N)、轴向(5)、Fr+Fa(7、3、6)
类型、尺寸
类型选择应考虑的因素
不同类型的轴承所能承受的载荷的类型不尽相同,同一类型的轴承其承载能力随直径系列的不同而不同。
轴工作时弯曲变形较大或轴的跨距较大、支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点时应采用调心性能好的轴承。二.轴承的转速对高转速的轴承:
1.优先选用球轴承(润滑的阻力)
2.轻系列轴承优于中、重系列(离心力)
3.实体保持架优于冲压保持架
4.提高公差等级、改善润滑条件等三.轴承的调心性能极限转速nlim:载荷P0.1C,冷却正常,0级公差时轴承的最大允许转速。2~3°8~16'2~4'内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转五.轴承的安装与拆卸六.经济性应考虑市场供应情况、轴承价格、精度等级等。四.对轴承尺寸的限制径向尺寸受限制时:选轻、特轻、超轻系列的轴承,必要时选滚针轴承。轴向尺寸受限制时:可选窄系列轴承
尺寸选择轴承内径与轴颈直径相等直径系列载荷很小超轻或特轻系列载荷很大重系列一般情况轻或中系列宽度系列一般选正常系列代号0、1234直径特轻轻中重选择滚动轴承类型时可参考以下几点:(1)当载荷加大后有冲击载荷时,宜用滚子轴承;当载荷较小时,宜用球轴承。(2)当只受径向载荷时,或虽同时受径向和轴向载荷,但以径向载荷为主时,应用向心轴承。
当只受轴向载荷时,一般应用推力轴承,而当转速很高时,可用角接触球轴承或深沟球轴承。
当径向和轴向载荷都较大时,应采用角接触轴承或圆锥滚子轴承。(4)当要求支承具有较大刚度时,应用滚子轴承。(5)当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同心、跨度大而对支承有调心要求时,应选用调心轴承。(6)为便于轴承的装拆,可选用内、外圈分离的轴承。(7)从经济角度看,球轴承比滚子轴承便宜,精度低的轴承比精度高的轴承便宜,普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。(3)当转速较高时,宜用球轴承;当转速较低时,可用滚子轴承,也可用球轴承。类型选择1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,应根据使用的要求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
§13-4滚动轴承的工作情况一.滚动轴承工作时轴承元件上的载荷分布以向心轴承为例由于游隙及各元件的弹性变形…….。承载区非承载区载荷轴向力:由滚动体平均分担受载滚动体的数目游隙弹性变形量影响承载区
180受最大径向载荷的滚动体负载为:径向载荷:二.滚动轴承工作时轴承元件上的应力分布三.轴向载荷对应力分布的影响
对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承,在Fr的作用下:分解当只有最下面一个滚动体受载时:当受载滚动体数目增多时:力的代数和大于矢量和
在Fr的作用下,由于内部结构的原因还存在一个附加(或派生的)轴向力Fd的作用。Fd有使内圈和滚动体连同轴颈与外圈分离的趋势。大小:见P322表13-7
方向:…角接触轴承要成对使用,对称安装。(面对面或背靠背)1)角接触轴承总在Fr和Fa联合作用下,为了保持较多的滚动体受载应使2)对同一轴承(即
不变)在相同Fr作用下,当受载滚动体数目不同时,派生的轴向力也不同,就需要不同的轴向力
Fa来平衡它。也就是说,Fa
,N
。
对于角接触轴承,为了保证可靠地工作,应使至少下半圈滚动体全部受载。结论§13-5滚动轴承尺寸的选择一.滚动轴承的失效形式和基本额定寿命
滚动轴承的失效形式失效形式对策1.点蚀寿命计算2.塑性变形静载荷计算,正确使用3.磨损润滑,密封4.元件回火润滑,散热,限制最高转速5.元件破裂正确安装使用回火:硬度、强度要下降。外圈胶合内圈点蚀内圈断裂内圈深度点蚀钢球疲劳点蚀轴承胶合§13-5滚动轴承尺寸的选择一.滚动轴承的失效形式和基本额定寿命
滚动轴承的失效形式失效形式对策1.点蚀寿命计算
寿命:
轴承一个套圈或滚动体的材料首次出现疲劳扩展之前,一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数称为轴承的寿命。
基本额定寿命:
亦即:轴承达到基本额定寿命,失效的概率为10%。轴承达到基本额定寿命,未失效的概率为90%。二.滚动轴承的基本额定动载荷基本额定动载荷:
基本额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷。
常用字母C(Cr、Ca)表示。各类轴承的额定动载荷可参考手册。
采用常规材料、常规制造方法的一批型号相同的滚动轴承,在相同的常规运转条件(实验室条件)下工作,其中10%的轴承发生疲劳点蚀,90%的轴承未发生疲劳点蚀前的运转总转数或一定转速下的工作小时数。记为L10或Lh。同类轴承:C轴承尺寸承载能力三.滚动轴承寿命的计算公式滚动轴承的基本额定寿命和载荷间的关系为:于是有寿命指数ε球轴承ε=3,滚子轴承ε=10/3以小时表示预期寿命:设计时给定的目标寿命。各类机械中轴承的预期寿命参考P314表13-3
考虑到温度变化,引入温度系数(P316表13-4)四.滚动轴承的当量动载荷基本额定动载荷C向心轴承纯径向载荷纯轴向载荷推力轴承1.校核轴承寿命已知轴承型号(即C)外载轴承寿命预期寿命??2.选择轴承型号(即C)已知外载预期寿命所选轴承的满足预期寿命时轴承的滚动轴承寿命的计算公式的应用转化当量动载荷对只承受的推力轴承:径向载荷系数P317表13-5轴向载荷系数P317表13-5同时承受、复合载荷的向心轴承:实际工作中,轴承同时受、复合作用对只承受的向心轴承:考虑实际工况,引入载荷系数(P318表13-6)当量动载荷:将作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承基本额定动载荷的载荷条件相一致载荷(用字母P表示)。1)径向力Fr:作用点:大小:五.角接触轴承的径向载荷轴向载荷的计算:Fr的大小由外界作用在轴上的径向力Fre在各个轴承产生的径向载荷Fr1Fr2Fr2Fr1Fd1Fd2Fr2Fd2Fr1Fd12)派生轴向力Fd:
计算角接触轴承的轴向载荷时要同时考虑由轴承径向载荷引起的派生轴向力和作用于轴上的其他轴向力的合力。3)轴向载荷Fa的计算:大小:见P318表13-7作用点:与径向力相同方向:始终指向窄边ⅠⅡFaeFd1Fd21.时VW1VW2讨论压紧放松放松压紧<=>2.时3.时1.“放松”轴承的轴向力等于其派生轴向力;2.“压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。结论1)时2)时压紧放松放松压紧1)标明各个轴向力(内、外的方向)。2)根据合力,判断轴承“放松端”和“压紧端”。3)放松端轴承的轴向力Fa=它自身的派生轴向力;压紧端轴承的轴向力Fa=除去它自身的派生轴向力外,其余轴向力的代数和。>
4)计算轴承寿命的方法归纳:判别系数:1)初选2)再算比较2)相差较大重新计算相差不大输出结果详细过程见书P335例题13-2转速小于10r/min,静强度计算;转速大于10r/min,寿命计算;高速轴承,寿命计算,校验极限转速七.滚动轴承的静载荷计算
当量静载荷:静强度安全系数,P321表13-8
慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。基本额定静载荷C0: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(向心球轴承4200MPa)。
静强度计算:八.不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择寿命修正系数某深沟球轴承的寿命为8000小时,试计算下列三种情况下的寿命各为多少?(1)当它承受的当量动载荷增加一倍时;(2)当它的转速提高一倍时;(3)当它的基本额定动载荷增加一倍时。例题分析2.图示斜齿轮轴系,两端正装两个圆锥滚子轴承30205,轴上径向载荷FR=3000N,轴向载荷FA=500N,求轴承的轴向载荷。Fr1505012FRFAFr1Fr2Fa=500N211.计算径向力
2.计算内部轴向力Fd查手册Y=1.6,由表13-73.计算轴向载荷轴承1放松:Fa1=Fd1=468.7N轴承2压紧:Fa2=FA+Fd1=968.7N解:Fr2Fd1Fd2Fr1=Fr2=
1500N§13-6滚动轴承的组合设计
除正确选择轴承类型和型号外,还必须合理设计轴承的组合结构,才能保证轴承和轴系的正常工作。轴承的组合设计主要包括:安装、调整、润滑、密封等。1、保证支承部位的刚性和同心度
双支点各单向固定2、轴承的配置限制了向左移动限制了向右移动间隙安装方式:正装(面对面)反装(背靠背)刚度好刚度好正装反装正装反装
一个支点双向固定,另一个支点游动适用于:支承跨度大于350mm,且工作温度变化较大的场合游动支承用内外圈非分离型轴承时,只要固定内圈游动支承用内外圈可分离型轴承,内外圈都要固定轴向载荷较大时,固定端可用向心轴承与推力轴承组合在一起的结构。
游动端固定端固定端游动端两端游动支承人字齿轮本身的轴向限位作用,设计成只保证一根轴相对机座固定,而另一根轴的两个轴承都必须是游动的。固定轴游动轴3、滚动轴承的轴向紧固(1)内圈紧固的常用方法弹性挡圈用于轴向力不大及转速不高场合螺钉固定的轴端挡圈用于高转速下承受大轴向力的场合圆螺母和止动垫圈用于转速高、承受较大轴向力的场合轴肩定位(2)外圈紧固的常用方法孔用弹性挡圈用于轴向力不大且需要减小尺寸的场合用轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固用于带有止动槽的深沟球轴承,外壳不便设凸肩或外壳为剖分式结构轴承盖紧固用于高转速及很大轴向力时的各类向心、推力和向心推力轴承螺纹环紧固用于轴承转速高、轴向载荷大,而不适于使用轴承盖紧固的场合
设计:潘存云内圈:设计轴承组合时,应考虑有利于轴承的拆装,以便在拆卸过程中不损坏其他零件。设计:潘存云结构不合理!轴肩高度<内圈外径定位轴肩高度应低于内圈厚度h1h1外圈:应留拆卸高度,或留螺孔。4、a.轴承游隙的调整端盖下的垫片来调整用圆螺母调整螺纹处有应力集中,对轴强度有削弱b.轴上零件位置的调整用套杯与外壳之间的垫片
目的:使轴上的零件具有准确的工作位置。例如:圆锥齿轮传动,要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动,要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。锥顶点不重合!轴承组合位置调整的方法:套杯+调整垫片锥顶点重合!5、滚动轴承的配合平均内径和平均外径的公差,统一规定用上偏差为零、下偏差为负值的分布轴承内孔与轴的配合采用基孔制轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制①工作载荷方向不变时,转动圈紧于不动圈;②转速愈高,载荷愈大,振动愈强烈时应选紧的配合;③当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时,应选较紧配合;④对开式外壳与轴承外圈宜采用较松的配合;⑤作轴向游动的轴承外圈与支承的外壳孔宜采用较松的配合;⑥温度变化大时,考虑轴承各部分的温差和热传导方向,防止内圈与轴松动,外圈与座孔卡死。配合的选用原则6、滚动轴承预紧提高轴承的旋转精度,增加轴承装置刚性,减小机器工作时轴的振动夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈;弹簧预紧;夹紧一对磨窄了的外圈而预紧;反装时磨窄内圈而预紧一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧;六、轴承的润滑与密封润滑的目的:1、润滑脂降低摩擦阻力,散热,降低接触应力,吸振,防锈。
适用场合适用于dn值较小的场合不便经常加润滑油的地方
主要性能指标针入度滴点
选择dn值大、载荷小时,应选择针入度较大的润滑脂;反之,选择针入度较小的润滑脂。
润滑装置2、润滑油
主要性能指标粘度
选择转速越高,选用粘度越低的润滑油;载荷越大,选用粘度越高的润滑油。
润滑方式
油浴润滑不适合于高速
滴油润滑适用于要求定量供应润滑油的轴承飞溅润滑
喷油润滑适用于转速高、载荷大,要求润滑可靠的场合
油雾润滑适用于dn≥6×105mm•r/min用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件:当dn<(1.5~2)×105mm·r/min时,采用脂润滑,否则用油润滑,参考表13-10
d为轴承内径;n为轴承套圈转速;dn间接反映了轴颈的圆周速度。3、滚动轴承的密封装置
接触式密封毡圈油封用在脂润滑的地方,只适用滑动速度小于4~5m/s的地方。
唇形密封圈适用场合<10m/s(轴颈精车)<15m/s(轴颈抛光)密封环它适用于接触面滑动速度小于100m/s的场合非接触式密封隙缝密封甩油密封曲路密封设计轴承的基本方法:⑴由工作条件定轴承类型→×0000⑵由结构定轴承直径→×00××⑶初选型号→×××××→查C、C0⑷验算寿命:计算轴承载荷→查e、X、Y→计算P→计算→分析轴承是否合格例1:一对反装7312AC轴承,Fr1=5000N,Fr2=8000N,Fae=2000N,且Fd=0.68Fr
,求Fa1、Fa2。解:①画安装简图→Fd2与Fae同向求Fd1,Fd2
②求Fa1,Fa2
∵Fd2+Fae=5440+2000=7440N>Fd1=3400N
Fa1=Fd2+Fae=7440NFa2=Fd2=5440NFd1=0.68Fr1=0.68×5000=3400NFd2=0.68Fr2=0.68×8000=5440NFd1Fd2Fae12Fr1Fr2轴承1被压紧轴承2被放松
求Fr1、Fr2
例2:接上题,如果n=960r/min,fP=1.2,求轴承寿命。→求Fa1、Fa2→求P1、P2→求Lh(C′)解:查得7212AC轴承的C=42800N,e=0.68Fa1/Fr1=7440/5000=1.488>e
X1=0.41,Y1=0.87P1=fP(X1Fr1+Y1Fa1)
=1.2(0.41×5000+0.87×7440)=10227.36NFa2/Fr2=5440/8000=0.68=eP2=fPFr2=1.2×8000=9600NX2=1,Y2=0∵P1>P2∴1轴承危险Fa1=7440NFa2=5440NFr1=5000N,Fr2=8000NEND例10-2如图所示,某轴由一对深沟球轴承支承。已知:轴受径向力,轴向力,轴的转速取载荷系数,轴承工作温度一般,要求轴承寿命。若此轴的轴颈不小于,试选择这一对轴承的型号。解:(1)求轴承所受载荷轴承1:径向载荷:由力矩平衡得轴向载荷:
两轴承用双固定式支承结构,指向轴承2,由轴承2承受;轴承1则不承受轴向载荷,即轴承2:径向载荷由力平衡得轴向载荷轴承2承受载荷远大于轴承1,故应按轴承2计算。(2)试选6310型轴承进行校验计算(设计指导书P180)根据题意轴颈不小于50mm,试选6310型轴承,查手册
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