滾動軸承(第18章)

1、第十八章 滾動軸承,主要內容1、概述2、滾動軸承的代號3、滾動軸承的類型和選擇4、滾動軸承的力分析、失效和計算準則5、滾動軸承的動載荷和壽命計算8、滾動軸承組合設計,組成：內圈、外圈、滾動體、保持架,,,,,§1８—1 概 述,一、滾動軸承的構造,保持架、 外圈、 內圈,滾動體,滾動體的形狀,二、滾動軸承的材料強度高且耐磨的合金鋼，內圈、外圈、滾動體：軸承鉻鋼GCr15，硬度 60－6

2、5 HRC滲碳軸承鋼：G20Cr2Ni4A 保持架：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料,滑動軸承,滾動軸承,優(yōu)點：,1）摩擦阻力矩較小，起動力矩??；,2）徑向游隙較小，運動精度高；,3）可同時承受徑向、軸向載荷,軸承組合較簡單;,4）便于密封、易于維護；,5）不需有色金屬，標準件，成本低。,三、滾動軸承的特點,缺點：,1）承受沖擊載荷能力差；,2）振動、噪音較大；,3）徑向尺寸較

3、大；,4）高速重載下壽命較短；,§1８—2 滾動軸承的類型與選擇,一、滾動軸承的主要類型與特點,接觸角,向心軸承,徑向力,向心角接觸軸承,推力角接觸軸承,推力軸承,徑向力（主要）軸向力,徑向力軸向力 （主要）,軸向力,按受載荷方向分：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承,滾子軸承——承載能力高，極限轉速低 　滾針軸承————承載能力較高，徑向尺寸小,按滾動體形狀：,球 軸承 ——承載能力低，極限轉速高,,,滾動軸承的主要類

4、型、結構和特點,1,4,2,3,5,NA,N,9,,6,7,,0：雙列角接觸球軸承 1：調心球軸承 2：推力調心滾子軸承3：圓錐滾子軸承 5：推力球軸承 6：深溝球軸承7：角接觸球軸承 2：推力調心滾子軸承 N：圓柱滾子軸承NA：滾針軸承 4：雙列深溝球軸承 8：推力圓柱滾子軸承 9：

5、推力圓錐滾子軸承,類型代號表,滾動軸承主要類型代號表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,圓柱滾子軸承（N）,圓柱滾子軸承（N）,３．角接觸球軸承——7 ００００,２．圓錐滾子軸承——3００００,二、滾動軸承的代號,4．推力球軸承——5 ００００,最常用幾種 ：,１．深溝球軸承——６００００,,,,,,,,,前置代號,基本代號,后置代號,五 四 三 二 一,∣軸承分部件代號,∣內徑代號,∣寬度系列代號,∣

6、直徑系列代號,∣類型代號,∣其他代號,∣公差等級代號,∣特殊軸承材料代號,∣保持架及材料代號,∣密封與防塵代號,∣內部結構代號,∣游隙代號,分部件：內圈L外圈保持架 K 滾動體,表示軸承結構、形狀、材料、公差等級等,1、基本代號,（1）軸承類型,13567N,—深溝球軸承,—圓錐滾子軸承,—角接觸球軸承,—調心球軸承,—圓柱滾子軸承,—推力球軸承,基本代號右起五位,（2）尺寸系列,基

7、本代號右起三、四位,寬度系列——右起第四位,0系列（正常寬度）可省略,有時1系列也可省略,數(shù)字 0 ~ 9,直徑系列——右起第三位,數(shù)字 0 ~ 9,（3）軸承的內徑——右起一二位數(shù)字,a) d=10, 12, 15, 17mm 時,代號 00 01 02 03,b) d= 20 ~ 480mm 時,d=代號×5(mm),基本代號 五 四 三

8、 二 一 類型 內徑 直徑系列 寬度系列多數(shù)正常系列可不標,,,,特殊情況,6 2 1 2,N 2 2 0 8,,3 3 3 1 5 E,E表示為增大承載能力進行結構改進的加強型,深溝球軸承,尺寸系列代號,軸承內徑08×5=40,圓柱滾子軸承,尺寸系列代號為２２,圓錐滾子軸承,尺寸系列代號為３３,軸承內徑

9、15×5=75,軸承內徑12×5=60,,,,,,,,,,有時軸承需成對安裝（配置代號）。,面對面（/DF） 背對背(/DB) 串聯(lián)(/DT),三、滾動軸承類型的選擇,工作載荷、轉速、支承剛性、安裝精度,1） 轉速高，載荷小，旋轉精度高→ 球軸承,轉速低，載荷大，或沖擊載荷→ 滾子軸承,2）主要受Fr → 向心軸承,主要受Fa，轉速不高時→推力軸承,——角接觸球軸承7類（n較高時）,同時受Fr和Fa

10、均較大時,——圓錐滾子軸承3類（n較低時）,Fr較大，F(xiàn)a較小時,Fa較大，F(xiàn)r較小時,3）要求n<nlim——極限轉速,6、7、N——nlim較高,5——nlim較低,4）軸的剛性較差，軸承孔不同心—調心軸承,——深溝球軸承,——深溝球軸承+推力球軸承 或推力角接觸軸承,5）便于裝拆和間隙調整——內、外圈可分離的軸承,7）經濟性，球軸承比滾子軸承便宜

11、,8）優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承,座孔不平形,不同軸,撓曲變形,軸承的載荷 (方向),§1８—3 滾動軸承的受力分析、失效形式及計算準則,一、滾動軸承的載荷分布,1、受軸向載荷Fa,各滾動體平均分擔,2、受徑向載荷Fr,上半圈滾動體不受力下半圈滾動體受力 ，受力最大的滾動體載荷約為5Fr/Z(點接觸）,內圈或滾動體上某一點σH的變化規(guī)律。,外圈上某一點σH的變化規(guī)律。,均為脈動循環(huán)。,二、應力變化規(guī)律,三、

12、角接觸軸承同時受 Fr 和 Fa （7000型，3000型）,（1）角接觸軸承的附加軸向力FS,FS≈1.25Fr tgα,FS方向——有使內、外圈分離的趨勢。 要成對使用、對稱安裝,,,,Fr,Fs,F,,由于“公稱接觸角α”存在：,Fr作用,Fs方向：由軸承外圈的寬邊指向窄邊，通過內圈作用于軸上。,附加軸向力Fs是由于角接觸軸承承受徑向力Fr引起的。,7類：,簡化畫法,,,,,,,,,,正裝

13、,,,正裝,反裝,四、滾動軸承的失效形式和計算準則,主要失效形式：,1）疲勞點蝕,潤滑和維護良好,2）塑性變形,轉速很低或作間歇擺動,3）磨損,潤滑不良、密封不嚴、多塵條件,套圈膠合,滾道磨損,計算準則：,一般軸承——疲勞壽命計算（針對點蝕），靜強度計算,低速或擺動軸承——只進行靜強度計算,高速軸承——進行疲勞壽命計算、校驗極限轉速。,三個基本性能參數(shù)：考慮疲勞壽命要求－－－基本額定動載荷C考慮靜強度要求－－－－基本額定靜載荷C

14、o控制磨損－－－－－－－極限轉速No,§1８—4 滾動軸承的動載荷和壽命計算,一、基本額定壽命和基本額定動載荷,1、基本額定壽命L10,軸承壽命——軸承任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前的總轉數(shù)或某一轉數(shù)下的工作小時數(shù)。,基本額定壽命L10,——同一批軸承在相同工作條件下工作，其中90%的軸承在產生疲勞點蝕前所能運轉的總轉數(shù)L10（以106為單位）或一定轉速下的工作小時數(shù) Lh,軸承的基本額定壽命L10=1時，軸承所能承受的載荷,2、

15、基本額定動載荷C,由試驗得到,二、滾動軸承的當量動載荷P,1．對只能承受徑向載荷Fr的軸承（N、NA軸承）,P = Fr,3．同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承,2．對只能承受軸向載荷Fa的軸承（5和8）,P = Fa,P = X Fr +Y Fa,X——徑向載荷系數(shù)Y——軸向載荷系數(shù),引入載荷系數(shù) fd 表18-8,P = fd Fr P = fd Fa P = fd ( X Fr + Y Fa ),由表1

16、8.7知，X、Y受e——軸向載荷“判斷系數(shù)”影響,考慮機器沖擊振動，P的公式為：,fd——沖擊載荷系數(shù)（表18.8）,,表１８．７深溝球軸承當量動載荷計算Ｘ，Ｙ值,三、滾動軸承的壽命計算公式,載荷與壽命的關系,=3 球軸承= 10/3 滾子軸承,壽命指數(shù),代入一組數(shù)據求解,P=C L10=1（106r）,P—L曲線,∴,,或,當工作t>120℃時，因金屬組織硬度和潤滑條件等的變化，軸承的基本額定動載荷C有所下降,

17、∴引入溫度系數(shù) f t,當P、n已知，預期壽命為Lh` ，則要求選取的軸承的額定動載荷為,——選軸承型號和尺寸,溫度系數(shù) ft,例1：圓錐滾子軸承30208的基本額定動載荷C＝34000N，極限轉速nlim＝5000r/min，承受當量動載荷P＝3000N，要求預期壽命[Lh]=50000h，求允許的最高轉速為多少？,解：,,,,,考慮極限轉速 ，綜合考慮，軸承允許的最高工作轉

18、速為1090 r/min。,,,例2：有一型號為6207的深溝球軸承,已知徑向載荷Fr=2300N,軸向載荷Fa=600N,徑向基本額定靜載荷C0r=15200N,基本額定動載荷C=25500,載荷平穩(wěn)，若要求其預期壽命為5000小時，試校核該軸承的壽命。,解：,1.確定e值,Fa/Cor=600/15200=0.0395,查表得e在0.22---0.26之間，用內查法得e=0.236,Fa/Fr=600/2300=0.260

19、 e,2.求X,Y,根據e和Fa/Fr的值查表得：X=0.56, Y=1.88,3.計算當量動載荷Ｐ,P=XFr+YFa=0.56×2300+1.88×600=2416N,4.求軸承壽命,該軸承滿足要求,大于5000小時,四、角接觸軸承的軸向載荷Fa的計算,1）附加軸向力的大小方向,a)正裝（面對面）,適合于傳動零件位于兩支承之間,b)反裝（背靠背）,適合于傳動零件處于外伸端,Fs的方向：沿軸線由軸承

20、外圈的寬邊→窄邊。,Fr載荷作用中心：位置用a表示。,a ：載荷作用中心至軸承外側端面距離（查手冊）,FS≈1.25Fr tgα,2）實際軸向載荷Fa的確定,（1）當,軸有向左移動的趨勢,軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”,軸承1上的軸向力由Fs1增大到Fa+Fs2, 阻止軸左移,軸承2上的軸向力，力平衡——本身的附加軸向力,∴軸承1的實際軸向載荷為,（2）當,軸有右移的趨勢，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”,軸承2上的軸向力由Fs

21、2增大到 Fs1 －Fa, 阻止軸右移,∴軸承2實際所受的軸向力為,軸承1實際所受的軸向力，由力的平衡條件——本身附加軸向力,結論：——實際軸向力Fa的計算方法,1）分析軸上附加軸向力和外加軸向載荷，判定被“壓緊”和“放松”的軸承。,2）“壓緊”端軸承的軸向力等于除本身附加軸向力外，軸上其他所有軸向力代數(shù)和。,3）“放松”端軸承的軸向力等于本身的附加軸向力,五、不穩(wěn)定載荷和轉速下的軸承壽命計算（自學）,載荷P和轉速n變化時，求平均當量

22、轉速nm和平均當量動載荷Pm →求軸承壽命,六、不同可靠度時滾動軸承的壽命L（自學）,為計算不同可靠度時軸承的壽命，引入壽命修正系數(shù)a1，,反安裝：合力指向端為“放松端”,例3：如圖所示，已知作用于軸承上的徑向載荷Fr1=1000N,Fr2=2060N,作用于軸上的軸間載荷FA=880N,軸承內部軸向力Fs與徑向載荷Fr的關系為Fs=0.68Fr,試求軸承的軸向載荷Fa1和Fa2。,解：,先求出軸承的內部軸向力,Fs1=0.68Fr

23、1=0.68×1000=680N,Fs2=0.68Fr2=0.68×2060=1400N,因 Fs2+FA=1400＋880=2280N Fs1,故右邊軸承為壓緊端，有,Fa1=Fs2＋FA=2280N,Fa2=Fs2=1400N,例4：一工程機械傳動裝置中的軸，其支撐采用7208AC的角接觸球軸承，如圖所示，已知Fr1=1000N,Fr2=2060N,作用于軸上的軸間載荷FA=880N，基本額定動載

24、荷Ｃr=35200N,轉速ｎ＝5000r/min,中等沖擊，預期壽命2000h,所選軸承是否恰當？（判斷系數(shù)ｅ＝0.68),解：,（１）計算軸承１，２的軸向力Fa1和Fa2查表18.4得附加軸向力,軸承１為壓緊端，軸承２為放松端，有,（２）計算軸承的當量動載荷Ｐ,因Fa1/Fr1=2280/1000=2.28 eFa2/Fr2=1440/2060=0.68= e,查表18.7得X1=0.41,Y1=0.87,X

25、2=1,Y2=0,兩軸承的當量動載荷為：,（３）計算當量載荷下所需的基本額定動載荷Ｃｒ‘載荷為中等沖擊，取ｆｐ＝1.5,工作溫度正常?。妫簦剑?因?。胷　　?。胷1，故所選軸承滿足要求,例5：一圓錐圓柱齒輪減速器高速軸支撐采用7214C的角接觸球軸承，如圖所示，已知左軸承1的Fr1=7000N,右軸承Fr2=1200N,作用于軸上的軸間載荷FA=Fx=4000N，基本額定動載荷Ｃ=89628N,轉速ｎ＝1500r/min,載荷平穩(wěn)，預

26、期壽命8000h,所選軸承是否恰當？（判斷系數(shù)ｅ＝0.5,X=0.4,Y=1.4),解：,（１）計算兩軸承的軸向力Fs1和Fs2,（2）計算兩軸承的軸向力Fa1和Fa2,（3）計算軸承的當量動載荷Ｐ1,P2,因Fa1/Fr1=4402/7000=0.629 e=0.5Fa2/Fr2=402/1200=0.335 e,因 P1 P2,8000小時,作業(yè)：已知7028ＡＣ軸承的轉數(shù)n=5000r/

27、min,當量動載荷P=2394N,載荷平穩(wěn)，工作溫度正常，徑向基本額定動載荷Cr=35200N,預期壽命L’h=8000小時，試校核該軸承壽命。,解：因載荷平穩(wěn)，取fd=1,軸承壽命,該軸承滿足要求,大于8000小時,§1８—5 滾動軸承的靜載荷與極限轉速,一、滾動軸承的靜載荷,1、基本額定靜載荷C0,當軸承轉速很低或作間歇擺動時，軸承的失效形式為塑性變形,2、按靜載選擇軸承的條件,基本額定靜載荷 C0－使軸承中受載最大滾動

28、體的接觸應力達到下列規(guī)定值的載荷（球軸承：4200MPa；調心軸承：4600MPa； 滾子軸承：4000MPa）。,,極限轉速：在一定載荷和潤滑條件下，軸承所允許的最高轉速。,軸承樣本和手冊中，列出了特定條件下的極限轉速 nlim。,實際工作條件下的極限轉速nmax ＝ f1 f2 nlim,式中：f1－載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對極限轉速的影響，見圖18－19。,f2－載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對極限轉速的影 響

29、，見圖18－20。,二、滾動軸承的極限轉速n lmin,滾動軸承尺寸的選擇,滾動軸承尺寸選擇的過程,確定軸承所承受的FR與FA,§18—6 滾動軸承的組合結構設計,組合設計主要考慮下面幾方面的問題：１）軸系的固定２）軸承相關零件的配合３）軸承的潤滑和密封４）提高軸承系統(tǒng)的剛度,軸承是用來支承軸的，而軸又要帶動軸上零件工作。所以軸承的設計一定包括合理設計軸承的組合。,一、滾動軸承支承的結構型式,1、兩端單向固定支承,一

30、端軸承的固定只限制軸沿一個方向的串動，另一端軸承的固定限制另一方向的串動，兩端軸承的固定共同限制軸的雙向串動。,特點：結構簡單，安裝調整容易，適用于溫度變化不大的短軸。,2. 一端固定一端游動支承,一端軸承的固定即限制軸的雙向串動；另一端軸承不固定，為游動支承。,特點：軸的位置準確，但結構較復雜，適用于溫度變化大的長軸。,向心推力組合,3. 兩端游動,兩端軸承的固定均不限制軸的軸向串動，均為游動支承。,例如：人字齒圓柱齒輪傳動中的小齒輪

31、軸必須采用兩端游動支承。但大齒 輪的軸向位置必須固定。,低速齒輪軸必須兩端固定,墊片,圓螺母,軸承游隙及軸系的軸向位置調整,,二、軸承的軸向固定及裝拆,1、軸承內、外圈的軸向固定,根據軸向載荷大小選用不同結構，如軸端擋圈、圓螺母、套筒、彈性擋圈、端蓋等。,2、裝拆,溫差法（大尺寸軸承）：熱油＜80~90℃加熱軸承或干冰冷卻軸頸。,壓入法（大批量）：中小型軸承用軟錘敲入或用一段管子壓住內圈敲入。,軸肩高度低于內圈高度的3/4。,拆：專用

32、拆卸器。,錯誤的施力,正確的施力,三、滾動軸承的配合,游隙↑→受載滾動體↓→承載↓,∴ 游隙合適，其大、小受配合影響。,標準件：內圈——基孔制 外圈——基軸制 （不標注）,軸承外徑公差帶,軸承內徑公差帶,原則：,1、尺寸大、載荷大、振動大、轉速高，工作溫度高： 選緊一點的配合。,2、經常拆卸、游動套圈：采用較松的配合。,四、提高軸系剛度的措施,剛度↑— 旋轉精度↑、噪音↓、振動↓,1、選用合理軸承類型,

33、滾子軸承剛度＞球軸承,∴ 選用雙列軸承、滾子軸承、四點接觸軸承。,2、選擇合理的軸承安裝方式,可以↑軸承剛度、 ↑旋轉精度、 ↑軸承壽命。,懸伸端：反安裝時，剛度↑,兩軸承間：正安裝時，剛度↑,3、軸承預緊,預緊：用某種方法使軸承中產生并保持一定的軸向力，以消除軸承的游隙。,目的：提高軸承的旋轉精度，提高軸承裝置的剛度、減小軸的振動。,常用預緊方法：,1）用墊片和長短隔套預緊,2）夾緊一對磨窄了的外圈（或內圈）的角接觸軸承,3）夾緊

34、一對圓錐滾子軸承,4）利用彈簧預緊,五、滾動軸承的潤滑,潤滑方式：,1、脂潤滑,2、油潤滑,油浴或飛濺潤滑、滴油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑,3、固體潤滑,九、滾動軸承的密封,密封的作用,密封的類型：,1、接觸式密封,氈圈密封,通常根據 dn 值選擇潤滑方式，各類潤滑方式的dn值見表18－17。,氈圈密封,唇形密封圈,2、非接觸式密封,曲路密封（迷宮密封）,溝槽密封,甩油密封,作業(yè),四、滾動軸承游隙和軸系軸向位置的調整,通過帶螺紋的零件或端

35、蓋下的墊片來調節(jié),軸承的調整：,1）軸承游隙的調整,2）軸系軸向位置的調整,注意：圓錐齒輪和蝸桿必須調整軸系的軸向位置,方法：調整套杯端面與軸承座端面間墊片厚度,1，如圖示，某軸承部件采用一對7208C軸承，軸承載荷Fr1=1000N，F(xiàn)r2=2060N，軸上軸的載荷FA=880N，7208C軸承的C0r=20500N，試求軸承內部軸向力和軸向載荷Fa1，F(xiàn)a2。（S=0.4Fr）,,,F’s1,F’s2,解：,7208C軸承的α=15

36、°，內部軸向力S=0.4Fr,,,,,＞,,所以，軸承1是壓緊端,,軸承2是松端,2，有一軸部件，其軸承為向心角接觸球軸承，安裝形式及尺寸關系如圖示，已知FR=1000N，F(xiàn)A=100N，內部軸向力F′=0.4Fr，徑向動載荷系數(shù)及軸向動載荷載荷系數(shù)分別為X=0.5，Y=1，軸承的基本額定動載荷C=11.2KN，溫度系數(shù)ft=1，載荷系數(shù)fp=1，試求每個軸承的當量動載荷及軸承1的基本額定壽命。轉速n=960r/min,,,,