机械设计滚动轴承尺寸的选择

13-5 滚动轴承尺寸的选择 1 滚动轴承的失效形式和 基本额定寿命 2 滚动轴承的 基本额定动载荷 3 滚动轴承寿命计算 4 滚动轴承的当量动载荷 5 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷 Fr 与轴向载荷 Fa的计算 6 滚动轴承的静载荷 5 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载 荷 Fr与轴向载荷 Fa的计算 ，小时hPCnL h 6010 6 raFFpP f X Y Fr、 Fa Fr1、 Fa1 Fr2、 Fa2 这两类轴承在使用中因径向力的作用将产 生派生的轴向力，为保证正常工作一般成 对使用。 raFFpP f X Y 计算当量动载荷应考虑派生轴向力的影响 径向载荷 Fr1、 Fr2 ：可根据作用在轴上的径向力 Fre按平衡条件求出。 由 Fr1、 Fr2派生的轴向力 Fd1、 Fd2 大小由表 13-7 方向：指向大口 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 70000C(a=15) 70000AC(a =25) 70000B(a =40) Fd=Fr (2Y) Fd=eFr Fd=0.68Fr Fd=1.14Fr 当约有半圈滚动体受载时， Fd的计算公式 Fd2 +Fae= Fd1 ， 轴达到平衡 Fd2 +Fae Fd1 ， 轴有向左移动的趋势， 2轴承放松， 1轴 承压紧 Fa1= Fd2 +Fae ， Fa2= Fd2 Fd2 +Fae Fd1 ， 轴有向右移动的趋势， 1轴承放松， 2轴承 压紧 Fa1= Fd1 ， Fa2= Fd1- Fae W 21 daed FFWF 12 ddae FFFW 12111 ddaedda FFFFWFF 21 daea FFF 22 da FF 计算向心推力轴承的轴向力 Fa的方法为： 先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判断 两支承轴承哪一个被“放松”、哪一个被“压紧” 被“放松”轴承所受实际轴向力等于其本身的内部派生轴向 力；被“压紧”轴承所受实际轴向力等于除其本身内部派生 轴向力以外的其余各轴向力的代数和 向心推力轴承所受轴向力 Fa的计算方法也可以归纳为： aedda aedda FFFF FFFF 122 211 ,m a x ,m a x Fa与 Fd2同向取“ +” Fa与 Fd1同向取“ +” 即： 就一个支点的轴承而言，对比其本身派生轴向力与外加轴向 力（另一支点的派生轴向力与外加轴向力之合力），其较大者为 该轴承的轴向力。 受力分析注意点： 1) 分析计算两支承的径向力 Fr1、 Fr2 2) 计算因径向力引起的内部派生轴向力 Fd1、 Fd2 ， 并确定其方向 3) 判断两支承轴承哪一个被放松、哪一个被压紧 4) 被放松轴承所受实际轴向力等于其本身的内部派 生轴向力；被压紧轴承所受实际轴向力等于除其本 身内部派生轴向力以外的各轴向力的代数和 （ Fa1、 Fa2） 轴承反力的径向分力在轴心线上的作用点，叫轴承的压力中心 两轴承反装时支承跨距大，正装时支承跨距小。 6 滚动轴承的静载荷 静载荷计算主要针对转速极低、摆动或基本上 不旋转且承受较大载荷的轴承（主要失效形式为接 触应力过大引起的塑性变形） 基本额定静载荷：在内外圈相对转速为 0 时， 受力最大的滚动体与内外圈接触处最大接触应力达 到某规定值时轴承所受到的载荷， C0 与动载荷计算相似，应首先计算当量静载荷 P0 = X0 Fr + Y0 Fa 校核或轴承选择的公式为： C0 S0 P 0 S0 轴承静强度安全系数 滚动轴承尺寸选择的过程 由力分析确定轴承所承受的 Fr与 Fa 计算当量动载荷 P=fP(XFr+YFa) 明确轴承的工作转速 n与预计寿命 L10 计算轴承应满足的基本额定动载荷 PnLC /1 6 10 10 60 由轴承样本（手册）查取合适的轴承 13-6 轴承装置的设计 1 支承部分的刚性和同心度 2 轴承的配置 3 滚动轴承的轴向紧固 4 轴承的游隙及轴上零件位置的调整 5 滚动轴承的 配合 6 滚动轴承的拆装 7 滚动轴承的润滑 8 滚动轴承的密封装置 1 支承部分的刚性和同心度 作用：避免轴承在角偏差较大情况下 工作，缩短寿命。 要求：轴的刚性及支承轴径的同心度； 支承座的刚性和同轴度。 措施： 增大轴径增加轴的刚度； 轴承座应有足够壁厚或加加强筋， 对轻合金或非金属使用钢或铸铁套杯； 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； 轴承孔分为两个外壳，则应组合在一起进行镗孔。 措施： 增大轴径增加轴的刚度； 轴承座应有足够壁厚或加加强筋， 对轻合金或非金属使用钢或铸铁套杯； 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； 轴承孔分为两个外壳，则应组合在一起进行镗孔。 措施： 增大轴径增加轴的刚度； 轴承座应有足够壁厚或加加强筋， 对轻合金或非金属使用钢或铸铁套杯； 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； 轴承孔分为两个外壳，则应组合在一起进行镗孔。 2 轴承的配置 一般一根轴上两个支点，每一支点可为一个 轴承或几个轴承组合使用。两支点上轴承配置 应考虑因素有：轴的位置、防止轴向窜动、轴 的受热膨胀伸长等。 双支点各单 向 固定 一支点双向固定，另一端支点 游动 两端游动支承 常见有三种： 特点：两个轴承各限制一个方向的轴向位移。 使用于工作温度变化不大的短轴，必要时可预 留补偿间隙。 双支点各单向 固定 圆锥滚子轴 承面对面安 装，轴承由 轴的两端装 上 圆锥滚子轴承 背靠背安装， 轴承由一端装 上锥齿轮轴 深沟球轴承，由轴的两端安装，右端预留间隙 特点：两个支承中，一端双向固定，一端游动。其中 固定支承内外圈都固定，可承受双向轴向载荷。 一支点双向固定，另一端支点 游动 主要用于跨距大、受热较高的长轴。 图 1 游动支承若使用内外圈不可分离型轴承，只 须固定内圈，而外圈可在轴向双向游动 图 2 固定支承 为深沟球 轴承，游 动支承为 圆柱滚子 轴承 若使用内外圈可分离型轴承，则内外圈应分别固定。 图 3 因承受较大径向力和轴向力，固定支承由向 心深沟球轴承和双向推力轴承组合使用。 图 4 轴向力较大时，固定支承由一对角接触球轴承面对 面安装，既承受径向力又承受轴向力，也可背靠背安装 两端游动支承 特点：两支承皆为游动支承。一般用于人 字齿轮的轴的支承。 3 滚动轴承的轴向紧固 内圈的紧固 轴用弹性挡圈 主要用于深沟球轴承承受 不大的轴向力的场合 轴端挡圈 用螺钉紧固在轴端，用于 轴端切割螺纹不方便且承受 较大轴向力场合 圆螺母与止动垫圈配合 用于高速且轴向力较大场合 圆螺母、止动垫圈、开口外锥 套筒配合 用于内径为圆锥体的轴承转 速、轴向力都不大的场合 外圈紧固 孔用弹性挡圈 用于向心轴承，轴向力不大且 要求减小轴承装置轴向尺寸的场合 止动环 用于有止动槽的深沟球轴承， 外壳不便设凸肩或为剖分结构的场 合 轴承盖 用于各类高转速或轴向力很大 的向心、推力、向心推力轴承 用螺纹环 用于高速且载荷大而又不 宜用轴承盖的情况 4 轴承的游隙及轴上零件位置的调整 轴承游隙调整主要针对角接触球轴承和圆锥滚子轴承，调整 游隙即调整滚动体与内外圈滚道之间的间隙及压紧程度，调整 轴承受载滚动体的数目，提高轴承承载能力和轴承刚度。 游隙的调整 轴上零件位置的调整 5 滚动轴承的配合 轴承配合是指内圈与轴颈及外圈与座孔的配合。 1. 基准制：因为滚动体为标准件， 因此：轴承内孔 轴：基孔制 轴承外径 座孔：基轴制 2. 转动圈应比不动圈的配合紧些，且转速越高、载 荷越大、振动越强烈时，配合应越紧。 转动圈与旋转部分的配合： n6, m6, k6, js6 不动圈与不动部分的配合： J7, J6, H7, G7 3. 剖分式机壳、游动圈或经常拆卸的轴承应选 取较松的配合。 具体的配合公差、配合表面光洁度 和几何形状偏差可按手册确定 装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免使滚道 或滚动体造成损伤。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 6 滚动轴承的装拆 滚动轴承的安装： 结构不合理！ 滚动轴承的拆卸： 7 滚动轴承的润滑 润滑的作用：降低摩擦阻力、散热、减小接触应 力、吸收振动、防止锈蚀 脂润滑 特点：不易流失，密封简单，只适用于 dn 值较低 情况 主要指标：针入度、滴点 ( 工作温度低于滴点 10 30 ) 油润滑 特点：脂润滑不能满足要求时使用 主要指标：粘度，转速高、载荷大时选用粘度大的润 滑油 润滑方法：油浴润滑（注意油面高度）、 滴油润滑（常用全损耗系统用油 L-AN25）、 飞溅润滑（闭式齿轮箱中常用）、 喷油润滑（高速、重载场合使用，压力油喷嘴 对准内圈和保持架之间的间隙）、 油雾润滑（用于 dn值很大的场合） 油浴润滑 固体润滑 特点：用于特殊条件下，如高温、真空等 润滑方法：用粘结剂将润滑剂粘于滚道和保持架 上； 润滑剂加入轴承零件材料中， 实 现自润滑；用电镀等方法使摩擦面形 成润滑剂薄膜 常见润滑剂材料：二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯 8 滚动轴承的密封装置 密封的目的：防止灰尘、水、酸气及其他杂物进入轴 承，阻止润滑剂流失 接触式密封（在轴承盖内放置软材料或耐磨材 料，且与转轴直接接触实现密封） 毡圈密封：用于滑动速度小 于 4 8m/s的场合，最 高不能超过 8m/s，摩擦大 唇形密封圈密封 v 10 15m/s，轴径处应经表面硬化；封油时封 唇对着轴承，防灰尘时背对轴承 密封环密封 含铬铸铁密封环允许 v 100m/s，锡青铜密封环 允许 v 60 80m/s 非接触式密封 避免产生摩擦 隙缝密封：半径 间隙常为 0.1 0.3mm，并可填入 润滑脂 甩油密封 径向式曲路密封 固定片 旋转片 旋转片 固定片 固定片 轴向式曲路密封 固定片应为剖分式 曲路密封 例题： 13-2 设根据工作条件决定在轴的两端反装两 个角接触球轴承。已知轴上齿轮受切向力 Ft=2200N， 径向力 Fr=900N，轴向力 Fa=400N，齿轮分度圆直 径 d=314mm，齿轮转速 n=520r/min，运转中有中等 冲击载荷，轴承预期计算寿命 Lh=15000h。设初选 两个轴承型号均为 7207C，试验算轴承是否可达到 预期计算寿命的要求。 1 （ S1） 2 （ S2） Fa Fr Ft 200 320 解：查滚动轴承样本（或设计手册）可知， 7207C 轴承的 C=23500N， C0=17500N。 1. 求两轴承受到的径向载荷 R1和 R2 1 2 Fa Fr R2v R1v 2. 求轴承的计算轴向力 A1和 A2 3. 求两轴承当量动载荷 P1和 P2 4. 验算轴承寿命 1 2 Fa Fr R2H R1H 作业： P342 13-1、 13-5 谢 谢！