机械设计第十三章滚动轴承详解课件

基本要求基本要求第十三章第十三章 滚动轴承滚动轴承1.1.了解滚动轴承的构成、结构特点和类型。了解滚动轴承的构成、结构特点和类型。2.2.了解滚动轴承的代号规定，能识别最一般的代号。了解滚动轴承的代号规定，能识别最一般的代号。3.3.了解滚动轴承的失效形式，能根据失效作出正确的分析。了解滚动轴承的失效形式，能根据失效作出正确的分析。4.4.能根据使用要求正确选用滚动轴承。能根据使用要求正确选用滚动轴承。5.5.工作能力计算。工作能力计算。6.6.会根据使用要求正确的作出滚动轴承的组合设计（滚动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）。轴承装置的设计：安装、调整、润滑、密封等）。不是如何设计不是如何设计滚动轴承，而是如何选用滚动轴承，而是如何选用重点：重点：轴承的代号及寿命计算、轴承的代号及寿命计算、滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计。难点：难点：轴承的当量动载荷计算。轴承的当量动载荷计算。13-1 13-1 概述概述一一.滚动轴承的构造与材料滚动轴承的构造与材料构成：构成：内圈+外圈+滚动体+保持架保持架保持架外圈外圈内圈内圈滚动体滚动体保持架保持架保持架：有冲压的和实体的两种，常用软钢冲压，特 殊场合也可用铜、铝合金与工程塑料等；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。材料：材料：二二.滚动轴承的优缺点滚动轴承的优缺点1.1.摩阻小、效率高，起动灵敏；摩阻小、效率高，起动灵敏；2.2.运转精度高（可通过预紧消除间隙）；运转精度高（可通过预紧消除间隙）；3.3.轴向尺寸较小；轴向尺寸较小；4.4.组合结构简单、便于使用维护；组合结构简单、便于使用维护；5.5.标准化程度高，质优价廉；标准化程度高，质优价廉；6.6.抗冲击能力较差；抗冲击能力较差；7.7.振动及噪音较大；振动及噪音较大；8.8.高速重载下寿命较低；高速重载下寿命较低；9.9.径向尺寸较大。径向尺寸较大。三三.应用范围应用范围一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下运动机械中。一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下运动机械中。13-2 13-2 滚动轴承的主要类型及其代号滚动轴承的主要类型及其代号一一.滚动轴承的主要类型滚动轴承的主要类型1.1.按滚动体分：按滚动体分：球轴承：球轴承：滚子轴承：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2.2.按所承受的载荷分：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：按轴承可否调心：调心轴承、非调心轴承14235NAN2967 通常是根据滚动轴承滚动体的形状、结构特点和承载性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，质等，GBGB将滚动轴承分为将滚动轴承分为9 9个大类（教材个大类（教材P309P309表表13-113-1）。）。角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）1.接触角接触角：二二.表征轴承特性的有关因素：表征轴承特性的有关因素：NNFRFa载荷角载荷角：的大小反应了轴承承受轴向力的大小。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轴承实际承受的径向载荷Fr 与轴向载荷与轴向载荷Fa的合的合力与半径方向的夹角。力与半径方向的夹角。2.游隙：游隙：内外圈相对移动量的最大值。ur、ua 配合越紧，温差越大，轴的变形量越大，润滑冷却条件越差，则应选游隙越大的轴承。3.极限转速：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。称角偏差。向心轴承：向心轴承：主要承受径向载荷主要承受径向载荷推力轴承：推力轴承：只能承受轴向载荷只能承受轴向载荷 向心推力轴承：向心推力轴承：F Fr r+F Fa a 深沟球轴承（6）推力球轴承（5 5）角接触球轴承（7 7）圆锥滚子轴承（3 3）圆柱滚子轴承（N）调心球轴承（1 1）圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承（N）三三.滚动轴承的代号滚动轴承的代号 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基本代号基本代号前置代号前置代号后置代号后置代号二二一一三三四四五五内径代号内径代号=直径直径/5（20-480mm）d载荷P2由实验得到的曲线滚动轴承的载荷与寿命之间的关系滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数引入温度系数fT四四.滚动轴承的当量动载荷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1.1.校核轴承寿命校核轴承寿命已知轴承型号(即C)外载轴承寿命预期寿命？2.2.选择轴承型号选择轴承型号(即即C)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滚动轴承寿命的计算公式的应用转化转化当量动载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同。在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同。对只承受 的推力轴承：径向载荷系数径向载荷系数P321P321表表13-513-5轴向载荷系数轴向载荷系数P321P321表表13-513-51 1）对实际接触角为零的向心轴承，Y恒为零；对实际接触 角为90的推力轴承，X恒为零。2 2）对于角接触轴承（单列），当 时（e参见表13-5）,X=1、Y=0。这说明只要轴向力没有大于一定程度，寿命计算时可以不考虑轴向力的影响。说明说明同时承受 、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，引入载荷系考虑实际工况，引入载荷系数数 （P321P321表表13-613-6）1 1）径向力）径向力F Fr r：作用点：大小：2 2）内部轴向力）内部轴向力F Fd d：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派生轴向力和作用于轴上的其他轴向力的合力其他轴向力的合力。3 3）轴向载荷）轴向载荷F Fa a的计算：的计算：大小：作用点：方向：Fr2Fr1Fd1Fd2Fr2Fd2Fr1Fd1见见P322P322表表13-713-7五五.角接触轴承的径向载荷轴向载荷的计算：角接触轴承的径向载荷轴向载荷的计算：FaeFd1Fd21）时时VW1VW2讨论讨论压紧压紧放松放松放松放松压紧压紧2）时时1.“放松放松”轴承的轴向力等于其派生轴向力；轴承的轴向力等于其派生轴向力；2.“压紧压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。结论结论）标明各个轴向力（内、外的方向）。）标明各个轴向力（内、外的方向）。）根据合力，判断轴承）根据合力，判断轴承“放松端放松端”和和“压紧端压紧端”。）放松端轴承的轴向力）放松端轴承的轴向力F Fa a=它自身的附加轴向力；压紧端轴承的轴向力压紧端轴承的轴向力F Fa a=除去它自身的附加轴向力外，其余轴向力的矢量合力。4 4）计算轴承寿命的方法归纳：计算轴承寿命的方法归纳：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，校验极限转速七七.滚动轴承的静载荷计算滚动轴承的静载荷计算 当量静载荷：当量静载荷：静强度安全系数，静强度安全系数，P325P325表表13-813-8 慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。基本额定静载荷基本额定静载荷C C0 0：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。静强度计算：静强度计算：八八.不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择寿命修正系数1.1.某深沟球轴承的预期寿命为某深沟球轴承的预期寿命为80008000小时，试计算下列三小时，试计算下列三种情况下的寿命各为多少？种情况下的寿命各为多少？(1)(1)当它承受的当量动载荷增加一倍时；当它承受的当量动载荷增加一倍时；(2)(2)当它的转速提高一倍时；当它的转速提高一倍时；(3)(3)当它的基本额定动载荷当它的基本额定动载荷增加一倍时。增加一倍时。例例题题分分析析2.2.图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承3020530205，轴上径向载荷轴上径向载荷F FR R=3000N=3000N,轴向载荷轴向载荷F FA A=500N=500N,求轴承的轴求轴承的轴 向载荷。向载荷。Fr1505012FR FAFr1Fr2Fa=500N211.1.计算径向力计算径向力2.2.计算内部轴向力计算内部轴向力F Fd d查手册 Y=1.6，由表13-73.3.计算轴向载荷计算轴向载荷轴承1放松：Fa1=Fd1=468.7N轴承2压紧：Fa2=FA+Fd1=968.7N解：解：Fr2Fd1Fd2Fr1=Fr2=1500N13-6 13-6 滚动轴承的组合设计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。1.1.轴向固定轴向固定2.2.周向固定：周向固定：配合配合一一.轴承的固定形式轴承的固定形式二二.滚动轴承与轴颈和座孔的配合滚动轴承与轴颈和座孔的配合 滚动轴承是标准件，其内孔与外径配合不必标注公差。内圈与轴颈的配合是基孔制，外圈与座孔为基轴制。圆柱公差中基准孔的公差带在零线之上，而轴承内圈孔的公差带在零线之下，所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类配合要紧的多。轴承外圈与外壳孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比，配合性质基本一致，但由于轴承外径的公差值较小，因而配合也较紧。1 1）载荷的类型：摆动载荷、定向载荷）载荷的类型：摆动载荷、定向载荷 滚动轴承回转套圈一般受旋转载荷，应选紧配合，不回 转套圈受局部载荷应选较松的配合。当轴承受摆动载荷时，内外圈均应选较紧配合。具体应 考虑以下几个方面：承受摆动载荷承受摆动载荷时，特别是承受重时，特别是承受重载时，内外圈均应载时，内外圈均应选过盈配合选过盈配合 承受回转载荷的承受回转载荷的内圈与轴应选过度内圈与轴应选过度配合，承受局部载配合，承受局部载荷的外圈一般选用荷的外圈一般选用较松配合较松配合重载宜紧、轻载宜松重载宜紧、轻载宜松 轴承回转时，套圈的轴承回转时，套圈的温度通常比相邻零件的温温度通常比相邻零件的温度高，应考虑热膨胀作用，度高，应考虑热膨胀作用，低温宜紧、高温宜松低温宜紧、高温宜松 轴承旋转精度轴承旋转精度和运转平稳性要求和运转平稳性要求较高时，尽量避免较高时，尽量避免采用间隙配合采用间隙配合 如果轴或轴承箱表面形状不如果轴或轴承箱表面形状不规则，将导致轴承内外圈的不规则，将导致轴承内外圈的不正常变形。对开式轴承箱与轴正常变形。对开式轴承箱与轴承外圈的配合不宜采用过盈配承外圈的配合不宜采用过盈配合。当轴承安装于薄壁、轻合合。当轴承安装于薄壁、轻合金轴承箱或空心轴上时，应选金轴承箱或空心轴上时，应选较紧一些的配合较紧一些的配合 为了有利于装拆，特别为了有利于装拆，特别对于重型机械，为了缩短换对于重型机械，为了缩短换轴承中停时间，常采用间隙轴承中停时间，常采用间隙配合，当根据其他条件决定配合，当根据其他条件决定需用过盈配合时，可采用可需用过盈配合时，可采用可分离型轴承和带紧定套等特分离型轴承和带紧定套等特殊结构的轴承殊结构的轴承 要求轴承套圈能在轴上有一要求轴承套圈能在轴上有一定的游动量时，通常承受固定载定的游动量时，通常承受固定载荷的套圈以间隙配合安装。如果荷的套圈以间隙配合安装。如果内外圈为无挡边的圆柱滚子轴承内外圈为无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承作为游动端时，内外或滚针轴承作为游动端时，内外圈均可采用过盈配合圈均可采用过盈配合2 2）载荷大小；）载荷大小；3 3）工作温度；）工作温度；4 4）旋转精度；）旋转精度；5 5）结构要素；）结构要素；6 6）装拆方便；）装拆方便；7 7）轴向位移。）轴向位移。1.1.双支点单向固定双支点单向固定 一一个个轴轴承承限限制制一一个个方方向向的的轴轴向向位位移移，适适合合于于普普通通工工作作温温度度下下的的短短轴轴，预预留留间间隙隙应应使使稳稳定定工工作作时时的的径径向向间间隙隙合适。合适。三三.轴系的固定形式轴系的固定形式双支点单向固定双支点单向固定双支点单向固定双支点单向固定注意：这种情况下，随轴承安装方式的不同（背对背或面 对），轴系的刚度和拆卸、调整性能有较大的差异，应视具体情况采用合适的安装方式。安装方式：安装方式：正装（面对面）正装（面对面）反装（背靠背反装（背靠背)刚度好刚度好2.2.单支点双向固定，另一支点游动：单支点双向固定，另一支点游动：适合长轴或工作温度较高的轴。单支点双向固定单支点双向固定细长轴；细长轴；跨距大；跨距大；温升大。温升大。单支点双向固定单支点双向固定细长轴；细长轴；跨距大；跨距大；温升大。温升大。3.3.两端游动两端游动 仅用于装人字齿轮的轴，为减小轴向窜动惯量，一般小齿轮轴游动小齿轮轴游动，装大齿轮的轴双向固定。1.1.预紧预紧四四.轴承预紧和轴系位置的调整轴承预紧和轴系位置的调整目的：提高旋转精度、刚度，减小振动。目的：提高旋转精度、刚度，减小振动。即安装时消除游隙，使轴承中保持一定轴向力。即安装时消除游隙，使轴承中保持一定轴向力。2.2.轴系位置调整轴系位置调整 原理是使两个轴承同时作轴向移动。视具体情况，可将预紧和调整位置综合或分置。垫片垫片圆螺母圆螺母圆螺母圆螺母调整盘调整盘定位轴肩高度应低于内圈高度定位轴肩高度应低于内圈高度五五.轴承的装拆：轴承的装拆：外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔六六.润滑润滑1.1.润润滑滑的的目目的的减摩、降温、防锈、吸振，当采用润滑脂时，还有密封作用。2.2.润滑剂：润滑剂：润滑油、润滑脂、固体润滑剂。根据速度因数（dn值）参考P324表13-10选取。3.3.润滑方法：润滑方法：油谷润滑：滴油润滑：飞溅润滑：1.1.接触式密封接触式密封 结构简单、密封可靠，但适应的转速不大，通常轴颈的表面粗糙度要求较高。毡圈 V57m/s唇形密封圈 V1015m/s密封环2.2.非接触式密封非接触式密封 间隙密封无磨损，适应的转速可以很大，对轴颈的加工精度要求也低，但结构复，有些结构要求剖 分结构，应用不如接触密封广。必要的情况下，可采用组 合密封，效果最好。缝隙密封甩油密封曲路密封（迷宫密封）七七.滚动轴承的密封装置滚动轴承的密封装置目的：目的：防尘、防漏油方式：方式：唇形密封圈1.接触式密封接触式密封 缝隙密封曲路密封（迷宫密封）2.非接触式密封非接触式密封1.选用滚动轴承一般应考虑哪些问题？2.解释名词：滚动轴承的基本额定寿命、滚动轴承的基本额定动 载荷。3.寿命计算的目的是什么？静强度计算的目的又是什么？4.简述求角接触轴承所受轴向力的方法。5.滚动轴承的组合设计一般应考虑哪些问题？6.间隙密封和接触密封各有哪些特点？各适 于什么情况？7.图示轴支承在两个7207AC轴承上，跨度为 240mm，轴上载荷Fr=2800N，Fa=750N，力的方向和作用点如图。试计算轴承C、D 所受的轴向载荷AC、AD。8.今有一深沟球轴承，原来承受的当量动载荷为P,寿命为Lh。问：若载荷由P变为2P，寿命Lh怎样变化？若转速由n变为n/2，寿命 Lh又怎样变化？9.滚动轴承的工况可是如下两种之一：外圈固定内圈转 内圈 固定外圈转。设载荷与转速都不变，问这两种工况下，哪一种 更容易产生疲劳点蚀？为什么？思思考考题题