滚动轴承设计计算

深沟球轴承,推力轴承,向心推力轴承,向心轴承,圆锥滚子轴承,角接触球轴承,滚子,球,球,球,推力球轴承,=0,0450,FA,FS,=900,接触角越大,派生Fs越大,保持架,双列球轴承,调心轴承,调心轴承,按滚动体列数分：,1、单列,2、双列,第六章 滚动轴承,1. 概述 2. 滚动轴承的受力分析、失效和计算准则 3. 滚动轴承的寿命计算 4. 滚动轴承的组合结构设计,一、功能,轴 轴上零件,解决运动和支承问题,2、以滚动摩擦代替滑动摩擦，以减少运动副间的摩擦,使之运转灵活，提高效率。,1、支承转动或摆动的零件,二、组成,球 短圆柱滚子 锥形滚子 鼓形滚子 滚针,不可缺少,内圈转外圈不转-支承转轴； 外圈转，内圈不转-支承轴上零件.,1、滚动体 2、内圈 3、外圈 4、保持架,低碳钢；铜、铝、工程塑料,轴承铬钢GCr15， 硬度 6065 HRC,三、滚动轴承的分类:, 按载荷分类:,向心轴承、向心推力轴承、推力轴承, 滚动体分类,圆柱、滚针,圆锥,鼓形, 滚动体列数分类: 单列、双列,承载能力：,最大转速：,小,大,小,大,调心轴承,球、滚子,四、滚动轴承的代号:,前置代号,基本代号,后置代号,五位数字表达,部件代号,结构特点,前置代号、后置代号只有在对轴承有特殊要求时才使用。,字母组成，表示 轴承分部件代号,8项内容,(一) 滚动轴承的基本代号,内径代号,直径系列,宽度系列,类型代号,特轻0，1,轻2,中3,重4,正常,0,尺寸系列,（二）后置代号,内部结构,密封及防尘,保持架及其材料,特殊轴承材料,公差等级,游隙代号,多轴承配置,其 它,1、内部结构：7类轴承，接触角有150、250、400三种，分别以C、AC和B表示。例：7000C（36000）、7000AC（46000）、7000B（66000）。,2、公差等级：/P0、 /P6X、 /P6、 /P5、 /P4、 /P2。 /P0、普通级（G）不标 出。 /P2（B）、最高级 。 /P6X 用于圆锥滚子轴承 0、6、5、4、2=G、E、D、C、B 例1：71224AC/P4-,4级精度，内径为120mm，宽度系列为1的轻系列 列角接触球轴承，接触角25 0 。,例2：滚动轴承的基本代号,6206,7311C,30310,不标,例3：下列轴承，哪个直径最大？哪些是球轴承？哪个是可调心的轴承? 30210 6218 N206 51306 1205,例4、滚动轴承30208型与 7208比较 承载能力 最大速度,例5、下列标记代表的意义： 30310 7306AC B2240 08A1x50 ,五、滚动轴承的选择,（一）、常用轴承的主要特性,球 滚子,承载能力：,最大转速：,小,大,小,大,类型选择1,（二）滚动轴承的类型选择,1、滚动轴承选择的一般过程如下：,2、滚动轴承类型选择应考虑的问题,1）承受载荷情况,2）尺寸的限制,方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用。,大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。,当对轴承的径向尺寸有较严格的限制时，可选用滚针轴承。,5）安装要求,3）转速的限制,4）调心性要求,一般情况下球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。,调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。,是否需要内或外圈可分离。,6）经济性要求,精度越高价格越高，另外球轴承便宜，滚子轴承价格贵，有特殊结构的轴承价格高。,7） 游隙 滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。,径向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿径向从一极端位置移至另一极限位置的移动量。,轴向游隙：一个座圈不动，另一个座圈沿轴向从一极端移至另一极限位置的移动量。,3 类型选择,1、载荷大小、方向、性质 2、转速要求 3、尺寸限制 4、安装要求 5、经济性 另外球轴承便宜，滚子轴承价格高，有特殊结构的轴承价格高。,二、滚动轴承的应力分析,三、滚动轴承的失效形式和计算准则,一、滚动轴承的载荷分析,2 滚动轴承的受力分析、失效和计算准则,1）向心轴承：,FR0max,在径向力Fr的作用下,深沟球 60000,圆柱 滚子 N0000,半圈滚动体受载,各滚动体受力不均 受的最大力为 FR0max,一、滚动轴承的载荷分析,2）推力轴承：,承受纯轴向载荷Fa，各滚动体受力均匀单个滚子受载荷FA0 = Fa /Z,推力球轴承50000,。,3) 向心推力轴承,在承受径向载荷Fr 时产生派生轴向力FS。它会使轴承产生内外圈分离，以致整个轴承只剩下一个滚子受载，此时FS= F r tan。 所以滚动轴承可以加轴向载荷Fa以平衡FS。,FRi,FRi,分析FS：,1） FS是接触角的函数，当一定时， FS=e Fr 。系数e因轴承结构不同而不同。,Y和e查表 2） FS使内外圈分开，减少承载滚子数目，使滚子受载增加，寿命下降。 3）外载荷Fa不同时，对轴承的影响不同。,1、取内圈上一点A 。,2、外圈上一点B,3、取滚子上一点C,总的应力特征为：变应力，周期性。,二、滚动轴承的应力分析在交变应力下工作。,变应力,三、滚动轴承的失效形式和计算准则,点蚀、塑性变形、其它非正常失效,计算准则： 1、n点蚀失效为主疲劳寿命计算控制点蚀； n粘着磨损或烧伤为主疲劳寿命计算再进行 极限转速校核； 2、n、间歇运动、重载塑性变形为主静强度计算 3、其它非正常失效轴承组合设计控制非.,失效形式：,3. 滚动轴承的寿命计算:,一、几个概念：,二、轴承的寿命计算：,三、当量动载荷,四、向心推力轴承的径向力Fr和轴向力Fa:,（h）,X=？,Y=？,e ，,FA1 =？ ， FA2 =？,1. 轴承寿命,一个轴承在载荷作用下，当其中任一元件首先出现点蚀时，所转过的总圈数，称为该轴承的疲劳寿命。,一批轴承（相同型号、尺寸、材料和相同的制造工艺）在相同的工作条件下，失效概率为10%时，所能运转的总圈数，或在一定转速条件下所能工作的小时数，称为基本额定寿命。可靠度为90%，用L10或Lh表示。,2. 基本额定寿命,一、几个概念：,寿命曲线,可靠度 寿命 99% L10=105r 90% L10=106r 50% L10=5106r 1% L10=40106r,3. 基本额定动载荷 C,L=106,C,P,L2,L1,寿命曲线方程,C实验条件, 载荷平稳, 常温 100c, 可靠度90%, 对向心、向心推力轴承是 纯径向力； 对推力轴承是 纯轴向力。,基本额定寿命为106 (百万转) 时, 轴承所能够承受的最大 纯径向或纯轴向载荷。,二、轴承的寿命计算：,当量动载荷,工程上常用小时表示：,（h）,当在高温（1000C）下工作, 载荷有冲击时，引入fT、 fP ：,n 轴承的转速,（h）,通式,例6,6212轴承，承受径向力FR=5500N的平稳载荷，转速n=1250r/min，正常温度，试求寿命Lh 。,解： 纯径载 P= FR=5500 N,C=47.8 KN, 球轴承 = 3,查手册 ：, 正常温度平稳载荷 fT=1； fP=1,例7：轴径 d=50 mm, 纯径向载荷FR=6000N,载荷平稳，常温下工作，转速 n=1250 r/min, 预期寿命L h= 5000h.试选择此轴承.,解：纯径载P=FR,2,3,4？,1,0,6,C6210 =27kN,C6310 =47.5kN,C6410 =71kN,CC/=43.27（kN）,选型号为6310轴承,？,60000或N0000 ，无特殊要求取60000,查设计手册：, 正常温度平稳载荷 fT=1； fP=1；球 =3,三、当量动载荷,1. 当量动载荷 2. 径向力影响系数X; 轴向力影响系数Y 3. 判断系数e值:,1、当量动载荷,（寿命）,KN,纯径向力FR , 轴向力 FA = 0 (60000,N0000),纯轴向力 FA , 径向力FR = 0 (50000),当轴承受载是:,Y=1,X=1, 轴向力 FA 0, 径向力FR0,（60000，70000，30000）,X =？,Y =？,径向力影响系数,轴向力影响系数,3. 判断系数e值:,Fa FS,X=1, Y=0,Fa FS,e反映轴向载荷对轴承寿命的影响,X1, Y0,例8：某轴径d=20mm，采用向心推力圆锥滚子支承，轴承上作用轴向载荷FA=3.55KN，径载FR=4KN ，工作寿命Lh=25000h，n=1250r/min，载荷平稳，试选择此轴承？,解：试选30204，查手册（p117）e=0.35 C=28.2kN =3.55/4=0.88e 查手册 X=0.4，Y=1.7。,载荷平稳fP=1；常温 fT=1； P=X FR +YFA =40.4+3.551.7=7.64kN,30204不适用,再选30304查手册C=33kNC /=31.5KN,可以吗？ 不可以。此时e、x、Y、P值均发生了变化。,选轴承30304,查表：Cr =33 kN X=0.4 Y=2 e=0.3,P30304 P=X FR +YFA =0.44000+23550 = 8700 N,C/=35.87 Cr,30304仍不能用。,C/,L1,解决方法：,3、降低寿命,4、降低可靠度,1、增大直径-会有一系列的影响,2、选用宽系列轴承,（1）角不变的轴承,X1, Y0,X=1, Y=0,e值是定值,30000型-每一个轴承有一个确定的接触角,70000AC型,70000B型,接触角=40；e=1.14,接触角=25；e=0.68,每一个轴承有一个相应的e值。,例9：,已知，平稳载荷 FA =6700N， FR=2500N， 分别求 6210，6310轴承的 P=？,取fp=1,C06210=23.2kN， C06310=38kN,分析：,e,=2.68,e=0.21,e=0.19,e,Y=2.0,Y=2.35,X=0.56,P=0.56FR2FA =14800,P=0.56 FR 2.35 FA =17145,=0.29,=0.18,查表,四、向心推力轴承的径向力FR和轴向力FA:, FR1 , FR2 支反力:,FA1 = 0 FA2 = Fa, FA1 , FA2 =?,1. 对于60000 轴承,由于结构的原因，,在 Fa作用下整个轴系右移只有轴承承受轴向载荷。,2. 对70000, 30000轴承,轴系受力FS1 , FS2 、 Fa,FS1 + Fa FS2,轴系有向右移动趋势,受压轴承 FA2 = FS1 + Fa,放松轴承,FS1,FS2,S,S,FS2,FS1,Fa,假设：,判断承载轴承,方向与 FS2 反向,方向与 FS1 反向,FA1 = FS1,FA1 , FA2 =?,FR1,FR2,假设： FS1 + Fa FS2,S,轴系向有左移动趋势,受压轴承 FA1 = FS2 Fa,放松轴承 FA2 = FS2,判断承载轴承,小结,1）用轴系的全部轴向力确定移动趋势。,3）受压轴承的轴向力=除自身轴向力 外的全部轴向力的合力。 放松轴承的轴向力=自身内部轴向力。,2）判断受压轴承和放松轴承。,4）方向与自身内部轴向力相反。,例7：,FS1,FS2,反装与正装之分,假设：FS2 + Fa FS1,轴系向有右移动趋势,判断承载轴承,受压轴承FA1 = FS2 Fa,放松轴承 FA2 = FS2,习题: 1图示采用一对 30208 （ 7208 ）滚动轴承,已知径向力FR1=9600N, FR2 =15600N, 轴向力Fa1=3000N, Fa2 =8000N。请求出两轴承的轴向力FA1, FA2 。,FS1,FS2,FR1,FR2,2）计算FS1=? FS2=? 并画出受力图,解： 1） 查表7-8 FS= FR/2Y，查设计手册： Y 1.6(手册), e0.37,3）判断紧端和松端,4）计算FA1和FA2,5）计算FA/FR 并与e比较查设计手册得X和Y,6）计算P1和P2,7）计算Lh,FS1 =4000N,FS2 =5600N,习题:2图示采用一对 30208 （ 7208 ）滚动轴承,已知FR1=2400N, FR2 =3200N, 轴向力Fa=500N,请求出两轴承的轴向力FA1 , FA2 。（ FS = FR/2Y，Y=1.6）,FS1,FS2,FS1,FR1,FS2,FR2,3.滚动轴承的静强度计算:,静强度条件 :,（kN）,P0 当量静载荷,C0 额定静载荷,S0 静强度安全系数,1. 当n10r/min , 以C0 S0 P 选轴承。,应用条件 :,2. 当n10r/min 且 Dmn10000 时 ， 选轴承要同时考虑C和C0 。,P0=X0FR+Y0FA KN,4. 滚动轴承的组合结构设计:,1. 两端单向固定,一、 轴系的固定方式:,2. 一端固定一端游动,2. 两端游动,轴系相对箱体或机架的固定方式。,二、 滚动轴承和轴上零件固定方式:,套筒,紧定螺钉,圆螺母与止推垫片,细牙双圆螺母,轴端挡,弹性挡圈,1. 轴上零件的轴向固定方法,轴上零件的固定方式周向固定方法:,2. 滚动轴承与箱体的固定方法:,4. 滚动轴承的组合结构设计:,三、轴上零件和滚动轴承的调整:,1. 滚动轴承游隙的调节垫片,2. 锥顶距的调节套杯,3. 蜗杆传动的调节,四、密封与润滑:,毡圈密封,迷宫式密封,轴向,立轴综合密封,径向,密封圈密封,油沟密封,挡圈密封,甩油密封,4. 滚动轴承的组合结构设计:,1. 轴上零件的固定方式:,轴向和周向,2.滚动轴承与箱体的固定方法:,二、轴上零件和滚动轴承的固定方式:,一、 轴系的固定方式:,三、轴上零件和滚动轴承的调整:,四、密封与润滑:,练习 1. 判断轴系的刚度.,(一),(二),轴系结构改错,轴系结构改错,滚动体的类型,滚动轴承的类型,滚动轴承的组成：,1、向心轴承 Fr 2、推力轴承 Fa 3、向心推力轴承 Fr Fa,Fre,F r,Fd,N,按承载性质分:,Fd,N,F r,F r,Fae,Fa,Fa,=0,0450,=900,Fre,滚动轴承参数,2、内径尺寸代号,0099 代号5=内径尺寸（除 00、01、02、03、之外） 00-10mm、01-12mm、 02-15mm 、03-17mm 例：6005 d=055=25mm 当d10mm及d=22、28、32mm时，直接用“/”分开 例：618/6 深沟球轴承，内径d=6mm,（1）直径系列,8 9 0 1 2-轻系列 3-中系列 4-重系列,（2）宽度系列,0-正常宽度。 1）通常不标出； 2）但对于调心轴承和圆锥滚子轴承，为0时要标。,8,0,1,2,3,4,5,6,滚动轴承直径系列,滚动轴承的 代号,双列向心,球,滚子,单列向心推力,单列推力,单列向心,60000(0),圆柱,深沟,N0000 (2),角接触,70000(6),30000(7),圆锥,推力,50000(8),调心,10000(1),20000(3),常用的要记住。,类型,滚动轴承的类型代号,圆柱滚子轴承,深沟球轴承,60000,N0000,滚轴承的类型代号,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,70000,30000,滚动轴承的类型代号,调心轴承,推力球轴承,50000,10000,滚动轴承,e、x、y,2.30 1.99 1.71,1.55 1.45 1.31,0.19 0.22 0.26,0.28 0.300.34,1.4 1.2 1.0,0.172 0.345 0.689,1.030 1.38 2.07,当量动载荷P,P-将实际载荷转换为与确定C的试验条件一致的载荷，在此载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相当,此载荷称为当量动载荷P 。 Pr-径向当量动载荷。 Pa-轴向当量动载荷。,例：,6208轴承，承受径向力FR =5500N的平稳载荷，转速n=1250r/min，正常温度，球寿命。,P= FR =5500 N,（h）,Cr=22.8 KN,=,3 ,= 948（h）,查表,三、当量动载荷,KN,纯径向力FR, 轴向力 FA =0 ,纯轴向力FA, 径向力FR =0 ,轴向力 FA 0, 径向力FR 0,径向力影响系数,轴向力影响系数,当轴承受载是:,2. 求轴承的轴向力 FA1 =? FA2 =?,FA=0,FS1,FS1,FS2,FS1,