滚动轴承选择与校核

第八章 滚动轴承的选择与校核,8-1,概述,8-2,滚动轴承的主要类型及其代号,8-3,滚动轴承的选择,8-4,滚动轴承的工作情况及设计约束,8-5,滚动轴承的校核计算,滚动轴承： 依靠其主要元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件。,8-1 概述,滚动轴承是标准件，主要掌握,合理选择,合理使用,构造,内圈,外圈,滚动体,保持架,保持架：,滚动体：,外圈：,内圈：,装在轴上。,装在轴承座孔中。,在两套圈之间滚动并传递载荷。,将滚动体均匀隔开。,常见,滚动体,有：,球,滚子： 圆柱形、滚针、圆锥形、球面、非对称球面、螺旋等,滚动轴承的主要,优点,：,滚动轴承的主要,缺点,：,摩擦力矩和发热较小。,维护比较方便，润滑剂消耗较少。,轴承单位宽度的承载能力较大。,大大减少有色金属的消耗。,径向外廓尺寸比滑动轴承大。,接触应力高，承受冲击载荷能力较差，高速重载时寿命低。,小批生产特殊的滚动轴承时成本较高。,减振能力比滑动轴承低。, 按接触角的大小和承受载荷的方向，滚动轴承分为两类：,8-2 滚动轴承的主要类型及其代号,一、滚动轴承的主要类型、性能和特点, 按滚动体的形状，滚动轴承分为,球,轴承和,滚子,轴承。,向心,轴承和,推力,轴承。,向心轴承，其公称接触角从0,o,到45,o,，又可分为：,接触角,：滚动体与套圈接触处的法线与轴承径向平面之间的夹角。,，承受轴向力的能力,。,径向接触,轴承和,向心角接触,轴承。,径向接触,轴承，公称接触角 0,o,的向心轴承，主要承受径向载荷（如 圆柱滚子轴承）。,其中，公称接触角 0,o,的球轴承（如 深沟球轴承），除主要承受径向载荷外，也能承受较小的轴向载荷。, 推力轴承,向心角接触,轴承，公称接触角 从0,o,到45,o,的向心轴承，同时承受径向载荷和单向的轴向载荷（如 角接触球轴承）。,其公称接触角 从45,o,到90,o,，分为：,轴向接触,轴承，公称接触角 90,o,的推力轴承，只能承受轴向载荷。,推力角接触,轴承，公称接触角 从45,o,到90,o,的推力轴承，主要承受轴向载荷，但也能承受一定的径向载荷。,推力调心滚子轴承, 按自动调心性能，滚动轴承分为自动调心轴承和非自动调心轴承。, 按结构形式不同，,标准滚动轴承有很多类，最常用的有六类:,深沟球轴承（6）,圆柱滚子轴承（N、NN）,推力球轴承,（5）,角接触球轴承（7）,圆锥滚子轴承（3）,调心球轴承（1）,调心滚子轴承（2）,滚针轴承（NA),向心角接触轴承,径向接触轴承,推力圆柱滚子轴承（8）,轴向接触轴承,类型代号,成对使用，,对称安装,滚动轴承主要类型及其代号,6,深沟球轴承,L,直线轴承,5,推力球轴承,U,外球面球轴承,4,双列深沟球轴承,NA,滚针轴承,3,圆锥滚子轴承,N、NN,圆柱滚子轴承,29,推力调心滚子轴承,9,推力圆锥滚子轴承,2,调心滚子轴承,8,推力圆柱滚子轴承,1,调心球轴承,7,角接触球轴承,0,双列角接触球轴承,代号,轴承类型,代号,轴承类型,13-2 滚动轴承的代号,前置,代号,基 本 代 号,后 置 代 号,成,套,轴,承,分,部,件,内部结构代号,密封与防尘结构代号,保持架及其材料代号,特殊轴承材料代号,公差等级代号,游隙代号,承配置代号,其它代号,类型代号,尺寸系列代号,内径代号,宽高度系列代号,直径系列代号,滚动轴承代号构成：,用代号表示轴承的结构、尺寸、类型、精度等内容，并打印在轴承上。,二、滚动轴承的代号,1. 基本代号,内径代号：,代 号,00,01,02,03,0496,内径,d,10,12,15,17,代号5,由轴承,内径代号,和,组合代号,组成。,基本代号用来表明轴承的,内径,、,直径系列,、,宽（或高）度系列,和,类型,。,基 本 代 号,类型代号,尺寸系列代号,内径代号,宽高度系列代号,直径系列代号,直径系列,：结构、内径相同的轴承在外径或宽度方面的变化系列。,宽（或高）系列,：结构、内径和直径系列都相同的轴承，在宽（或高）度方面的变化系列。, 直径系列代号和宽（或高）度系列代号统称为,尺寸系列代号,：,直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,宽度系列为0系列（窄系列）时，或宽度系列为1系列（正常系列）时，代号为“0（或1）”，省略不标。,对于调心滚子轴承（2类）、圆锥滚子轴承（3类）和圆柱滚子轴承（N类），宽（或高）度系列代号0或1应标出。,无论哪类轴承，只要用（）的0或1都不标出。,3. 后置代号,2. 前置代号,表示轴承的分部件，用字母表示。,如：LN207表示N207轴承的外圈可分离；,K81107表示推力圆柱滚子轴承81107的滚子、保持架组件。,用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等等。,内部结构代号,是用表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟基本代号表示。,如：公称接触角为15、25和40度的角接触球轴承，分别用C、AC和B表示内部结构不同。,公差等级代号,：分为2级、4级、5级、6级、6x级和0级。,代号为 /P0 、/P6x 、/P6 、 /P5 、/P4 、 /P2 。,代号： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 。,低级,高级,游隙值：小,大,0级为普通级、省略,0组省略。,游隙代号,：,游隙：指一个套圈相对于另一个套圈，沿径向或沿轴向，,从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。,游隙分为1组、2组、0组、3组、4组、5组，共六个组别。,仅用于圆锥滚子轴承,6308：,深沟球轴承，3中系列，内径,d,=40mm， 公差为0级，游隙为0组；,N105/P5/C3：,圆柱滚子轴承，1特轻系列，内径,d,=25mm，公差为5级，游隙为3组；,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，内径,d,=70mm，公差为4级，游隙为0组，公称接触角,=25；,30213：,圆锥滚子轴承，2轻系列，内径,d,=65mm，公差为0级，游隙为0组；,注：遇到看不懂的代号时，查阅GB/T272-93。,设计滚动轴承部件时，需要：,8-3 滚动轴承的选择,选择轴承类型时，需要考虑：,（1）正确选择出能满足约束条件的滚动轴承，包括：,A 合理选择轴承。,B 校核所选出的轴承是否能满足疲劳强度、转速、静强度及经济等方面的约束。,（2）进行滚动轴承部件的组合设计。,一、类型选择,轴承的工作条件、各类轴承的特点、价格等因素。,1）轴承所受载荷的大小、方向和性质,当,F,A,很大而,F,R,较小时，选,2,或,N,或,6,5,或,8,组合使用。,当,F,R,很大而,F,A,较小时，可选,6,类。,只受,F,R,时，选径向接触轴承（6、N、NA）。,只受,F,A,时，选轴向接触轴承（5、8）。,同时受,F,R,和,F,A,时，选向心角接触轴承（7、3）。,选择轴承类型时，主要考虑的问题有：,（1）载荷的大小和性质,球轴承适宜于中小载荷及载荷波动较小的场合；滚子轴承则可用于重载荷及载荷波动较大的场合。,（2）载荷的方向,转速高、载荷小或要求旋转精度高时，宜选球轴承。,推力轴承不适宜高转速，若轴向载荷不大，可用,7,类代替。,3）调心要求,轴的,刚度低,、轴承座孔的,同轴度低,、,支点跨度大,、多,支点轴,或因轴,受力大,造成很大的弯曲或倾斜时，会造成轴承的内、外圈轴线发生偏斜，此时选调心轴承。,2）轴承的转速,转速低、载荷大或有冲击载荷时，选用滚子轴承。,5）经济性,精度高的价格高，滚子轴承比球轴承价格高。,4）轴承的安装和拆卸,当轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承部件时，优先选用内外圈可分离的轴承（ N、NA、3）。,当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可以选用其内圈孔为1：12的圆锥孔的轴承。,二、尺寸系列、内径等的选择,尺寸系列包括直径系列和宽度系列。,就直径系列而言，载荷很小时，一般可以选择超轻或特轻系列。,而载荷很大时，可以选择重系列。,一般情况下选用轻系列或中系列，待校核后根据具体情况进行调整。,就宽度系列而言，一般可以选择正常系列。,若结构上有特殊要求时，可根据具体情况选用其他系列。,轴承内径根据轴颈直径初步确定。,公差等级一般选0级，若有特殊要求，根据具体情况再定。,8-4 滚动轴承的工作情况及设计约束,外载荷作用于轴承上是通过滚动体由一个套圈传递给另一个套圈的。,一、滚动轴承的载荷分布,滚动轴承的载荷分布与各个滚动体在接触处的,弹性变形,有关。,每个滚动体所承受载荷的大小，取决于接触处的弹性变形,。,点接触：,线接触：,根据赫兹公式，可得以下的载荷分布。,式中， 为所在位置 处的滚动体载荷；,Q,max,为最大滚动体载荷（图8-3）；,为在位置 处的滚动体位移；,为最大位移（图8-3）。,根据滚动体受力与外载荷平衡的条件，可求得到Q,max,与径向力F,r,及轴向力F,a,之间的关系。,点接触：,线接触：,Z为滚动体数目。,若所考察的轴承为半周承受载荷（图8-4中 0.5），可求得：,二、轴承工作时元件上载荷及应力的变化,工作时内圈上的任意一点，在承受载荷区，每次与滚动体接触就受载荷一次，因此该点的载荷和应力是周期性变化的。,外圈各点所受载荷随位置不同而大小不同，且外圈固定，在承受载荷区的任意一点，每次与滚动体接触就受载荷一次，且所受载荷最大值不变，承受稳定的脉动载荷。,滚动体工作时，有自转和公转，其上任意一点，所受载荷和应力也是变化的，其变化规律与内圈相似，只是变化频率增加。,主要失效形式有：,1）,疲劳点蚀,： 是最常见的失效形式。,滚动体和套圈滚道承受循环接触应力。,点蚀使轴承产生振动和噪音而失效。,点蚀,三、滚动轴承失效形式和设计约束,2）,塑性变形,：,对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因过大的载荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。,3）,磨粒磨损、粘着磨损（胶合）,：,多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。,润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合） 。,磨损,胶合,轴承在不同工况下其主要失效形式不同：,中速运转，主要失效形式是疲劳点蚀，按疲劳寿命进行校核计算。,高速运转，主要失效形式是过渡磨损和烧伤，除进行疲劳寿命进行校核计算外，还要校核其极限转速。,低速运转或不转动，主要失效形式是过大的塑性变形，按静强度进行校核计算。,此外，轴承组合结构设计要合理，保证充分的润滑和可靠的密封，对提高轴承的寿命和保证正常工作是非常重要的。,8-5 滚动轴承的校核计算,轴承的寿命,：对于单个滚动轴承来说，在套圈、滚动体材料首次出现疲劳点蚀之前，一套圈相对另一套圈所能运转的转数。,一、滚动轴承的疲劳寿命计算,1. 基本额定寿命和基本额定动载荷,轴承寿命的离散性是相当大的（见右图）。,轴承的寿命/（10,6,r）,基本额定寿命L,10,：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90轴承不发生疲劳点蚀以前能运转的总转数，或在一定转速下所能运转的总工作小时数。,基本额定动载荷C,：轴承的基本额定寿命为10,6,转时，轴承所能承受的动载荷。,径向接触轴承的,C,是径向载荷，用,C,r,表示。,向心角接触轴承的,C,是所受载荷的径向分量，也用,C,r,表示。,轴向接触轴承的,C,是中心轴向载荷，用,C,a,表示。,L,10,的可靠度,R,90,。,6208轴承的,载荷寿命曲线：,2. 滚动轴承疲劳寿命计算的基本公式,该曲线公式表示为：,为寿命指数，对于球轴承,3；对于滚子轴承,10/3。,式中，P为当量动载荷（N）。,实际计算中，用小时数表示比较方便。令转速为n（r/min），则,寿命计算时，引入,温度系数f,t,，则,常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。,疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为：,式中，L,h,为轴承预期计算寿命，见表86。,滚动轴承的寿命计算2,3. 滚动轴承的当量动载荷,当量动载荷,：是由轴承实际所受载荷转换得到的假想载荷，它与基本额定动载荷,C,的,确定条件,及,性质,相同，用,P,表示。,当量动载荷,式中：,F,r,、,F,a,分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；,X,、,Y ,分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数 ；,对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、,螺旋轴承 ：,对只能承受纯轴向载荷的推力轴承 ：,根据机器的实际工作情况，引入,载荷系数,f,p,，用于计入,冲击、振动对载荷的影响。,对于下列情况，需要向轴承制造厂查询寿命计算公式的适用情况：,1、向心球轴承（深沟球轴承和角接触球轴承等），当P超过C,0r,（径向基本额定静载荷，可从产品样本或手册中查出）或0.5C,r,中的任何一个值时；,2、向心滚子轴承，当P超过0.5C,r,时；,3、推力球轴承，当P超过0.5C,0a,（轴向基本额定静载荷）时。,当 F,a,/ F,r, e 时（e为轴向载荷影响系数或称判别系数），表示轴向载荷对轴承寿命影响较大，计算当量动载荷时必须考虑F,a,的作用，此时,P = XF,r,+YF,a,当 F,a,/ F,r, 0.1,C,）工作时，接触应力将增大；,而向心轴承承受轴向力作用时，将使受载滚动体数目增加，增大轴承接触表面间的摩擦，使润滑变坏。,f,1,、f,2,值可从图813中查得。,对于转速很低或缓慢摆动的轴承，为防止塑性变形失效，需计算轴承的静强度，据此选择轴承尺寸。,三、静强度校核,约束强度条件为： 或,式中，S,0,为轴承静强度安全系数，见表811。,C,0r,为,径向额定静载荷,，使受载最大的滚动体与滚道接触中心处,的接触应力达到如下定值时的载荷。,调心球轴承：,4600MPa,；,其他向心球轴承：,4200MPa,；,所有向心滚子轴承：,4000MPa,；,单列角接触球轴承，其径向额定静载荷是指使轴承套圈间仅产生相对,纯径向位移,的载荷的径向分量。,C,0a,为,轴向额定静载荷,，使受载最大的滚动体与滚道接触中心处的接触应力达到如下定值时的载荷。,推力球轴承：,4200MPa,；,所有推力滚子轴承：,4000MPa,；,径向接触轴承的,C,0,是径向载荷。,向心角接触轴承的,C,0,是所受载荷的径向分量。,轴向接触轴承的,C,0,是中心轴向载荷。,C,0r,、,C,0a,可从有关设计手册中查到。,P,0r,为径向当量静载荷，在最大载荷滚动体与滚动接触中心处，,引起与实际载荷条件下相同接触应力的,径向静载荷,。,P,0a,为轴向当量静载荷，在最大载荷滚动体与滚动接触中心处，,引起与实际载荷条件下相同接触应力的,中心轴向静载荷,。,（1）深沟球轴承，角接触球轴承，调心球轴承,P,0r,=,X,0,F,r,+,Y,0,F,a,P,0r,和P,0a,分别按下面的公式进行计算：,P,0r,=,F,r,（2）向心球轴承和 的向心滚子轴承,P,0r,=,X,0,F,r,+,Y,0,F,a ，,P,0r,=,F,r,P,0r,=,F,r,（3） 的推力轴承,P,0a,=,F,a,（4） 的推力轴承,P,0a,= 2.3F,r,tga +,F,a,F,r,轴承径向载荷，即轴承实际载荷的径向分量。,式中：,X,0,、,Y,0,为当量,静,载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数。,F,a,轴承轴向载荷，即轴承实际载荷的轴向分量。,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，应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。,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,滚动轴承尺寸选择的过程,确定轴承所承受的,F,R,与,F,A,计算当量动载荷,F,P,=,f,P,(,XF,R,+,YF,A,),明确轴承的工作转速,n,与预期寿命,L,10,计算轴承应满足的基本额定动载荷,由轴承样本（手册）查取合适的轴承,（1）下列轴承中，,能很好地承受径向载荷与轴向载荷的联合作用；而,则具有良好的调心作用。,A 短圆柱滚子轴承 B 推力球轴承,C 圆锥滚子轴承,D 调心滚子轴承,（2）在良好的润滑和密封条件下，滚动轴承的主要失效形式是,。,A 塑性变形 B 胶合 C 磨损,D 疲劳点蚀,（3） 下列四种型号的滚动轴承中，只能承受径向载荷的是,。,A 6208 B N208 C 30208,D 51208,（4）代号为7212AC的滚动轴承，对它的承载情况描述最准确的是,。,A 只能承受径向载荷 B 单个轴承能承受双向载荷,C 只能承受轴向载荷,D 能同时承受径向和单向轴向载荷,A 该轴承的使用寿命为10,6,转时，所受的载荷,B 该轴承使用寿命为10,6,小时时，所能承受的载荷,C 该轴承平均寿命为10,6,转时，所能承受的载荷,D 该轴承基本额定寿命为10,6,转时，所能承受的最大载荷,（5）一个滚动轴承的基本额定动载荷是指,。,（6）判别下列轴承能承受载荷的方向：6310可承受,；7310可承受,；30310可承受,；5310可承受,； N310可承受,。,A 径向载荷 B 径向载荷和单向轴向载荷,C 轴向载荷,D 径向载荷与双向轴向载荷,（7） 按基本额定动载荷选定的滚动轴承，在预期使用期限内其破坏率最大为,。,A 1% B 5% C 10%,D 50%,A 60220 B 6220/P0 C 60220/P0,D 6220,（8） 以下各滚动轴承中，轴承公差等级最高的是,，承受径向载荷能力最大的是,。,A N207/P5 B 6207/P4 C 5207/P6,（9） 以下各滚动轴承中，承受轴向载荷能力最大的是,，能允许的极限转速最高的是,。,A 5309 B 6309/P5 C 30309 D 6309,（10） 一深沟球轴承，内径100mm，宽度系列0，直径系列2，公差等级为0级，游隙0组，其代号为,。,A 7317B/P62 B 7317C/P6/C2 C 7317/6/C2,D 7317C/P62,（11） 一角接触球轴承，内径85mm，宽度系列0，直径系列3，接触角15,o,，公差等级为6级，游隙2组，其代号为,。,（12）根据工作条件选择滚动轴承类型时，若轴转速高，载荷小应选择,轴承；在重载或冲击载荷下，最好选用,轴承。,（13）轴承的接触角越大，承受,的能力就越大。,（14）轴承滚动时，滚动体和滚道受,循环的变化的,应力作用。,（15）滚动轴承内圈与轴的公差配合为,制，而外圈与座孔的配合采用,制。,