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第十二章 滚动轴承,12-1 滚动轴承的构造和类型,12-2 滚动轴承的代号,12-3 滚动轴承的载荷分布、失效形式和计算准则,12-4 滚动轴承的寿命计算,12-5 滚动轴承的静强度计算,12-6 滚动轴承的极限转速,12-7 滚动轴承的组合设计,12-8 滚动轴承的润滑与密封,主讲：胡昌军,12-1 滚动轴承的构造和类型,滑动轴承概述1,轴承的作用： 用来支承轴。,按摩擦性质的不同分为：,滑动轴承,滚动轴承：,12-1 滚动轴承的构造和类型,一、滚动轴承的构造和材料,滚动轴承是标准件，主要掌握,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。,滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。,实际中应用非常广泛。,1. 构造,(各类滚动体),滚动轴承的构造和类型,2. 材料,内、外套圈和滚动体：,用滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn等）制造。淬火后表面硬度可达5866HRC。,保持架：,用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。,二、滚动轴承的类型,运转灵活，但承载能力低。,承载能力高，运转不如球轴承灵活。,调心轴承：,允许内外圈偏转角较大的轴承。,可分离型轴承：具有可分离部件的轴承。,构造和类型1,构造和类型2,接触角, 按可承受的载荷方向不同，滚动轴承分为三类：,能同时承受径向力和较大的轴向力,主要用来承受轴向力,主要用来承受径向力,径向接触轴承,向心角接触轴承,轴向接触轴承,接触角：滚动体的载荷方向线与轴承径向平面之间的夹角。,，承受轴向力的能力。,滚动轴承的构造和类型,滚动轴承的构造和类型,1. 径向接触轴承,主要有：深沟球轴承（6） 、调心球轴承（1） 、调心滚子轴承（2） 、圆柱滚子轴承（N、NU）和滚针轴承（NA)等。,各类轴承的性能、特点见表121。,深沟球轴承（6）,圆柱滚子轴承（N、NU）,调心球轴承（1）,构造和类型3,构造和类型4,推力球轴承（5）,角接触球轴承（7）,圆锥滚子轴承（3）,更多的滚动轴承,虚拟现实中的滚动轴承,滚动轴承的构造和类型,2. 向心角接触轴承,主要有两种：角接触球轴承（7）和圆锥滚子轴承（3） 。,单个向心角接触轴承只能承受一个方向的轴向力，限制轴一个方向的轴向移动。,通常，成对使用，反向安装。,2. 轴向接触轴承,常用的有：推力球轴承（5）和推力圆柱滚子轴承（8）。,构造和类型5,三、滚动轴承类型的选择,选择轴承类型时主要考虑以下问题：,1）载荷方向；,当FA很大时，选 6（N）5（8）组合使用。,当FA较小时，可选 6类。,滚动轴承的构造和类型,12-2 滚动轴承的代号,12-2 滚动轴承的代号,滚动轴承代号构成：,一、基本代号,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。,2）内径代号：,（见表124）,1）类型代号： 见表121。常用 6、7、3、5、N等类型，,代号2,1）公差等级代号：,分为 /P0 、/P6 (/P6x) 、 /P5 、/P4 、 /P2 共五级。,游隙分为： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 共六个组别。,滚动轴承的代号,3）尺寸系列代号,直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。,宽度系列为正常宽度时，代号为“0”，省略不标。,尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径 （称为直径系列）和不同的宽度（称为宽度系列）。,二、后置代号,（见表123）,2）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。,（见表126）,代号3,3）内部结构代号：,（见表125）,4）配置代号：,滚动轴承的代号,滚动轴承的代号,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/P53：,圆柱滚子轴承，1特轻系列，内径d=20mm，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=15；,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。,例：,代号4,12-3 滚动轴承的载荷分布、失效形式和计算准则,12-3 滚动轴承的载荷分布、失效形式和计算准则,滚动轴承工作时，在 FR 作用下通常只有半圈滚动体受载。,工作时，轴承中各个元件所受载荷及应力是变化的。,详细分析,球轴承：,滚子轴承：,滚动体所受最大载荷为：,一、滚动轴承的载荷分布,二、滚动轴承的失效形式和计算准则,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。,失效形式和计算准则,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） 。,更多的失效,磨损,胶合,计算准则：,1）转速较高的轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行寿命计算。,2）转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，需计算静强度。,3）高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，需校核极限转速。,滚动轴承的载荷分布、失效形式和计算准则,12-4 滚动轴承的寿命计算,一、基本概念,1）滚动轴承的寿命：是指轴承中的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，两套圈的相对总转数或在一定转速下的运转小时数。,轴承寿命的离散性是相当大的（见右图）。,2）基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用 L10 或 Lh10表示。,3）基本额定动载荷： 指L10恰为 106 转时，轴承所能承受的最大载荷，用 C 表示。,轴承的寿命/（106r）,L10 的可靠度 R90。,径向接触轴承的 C 是径向载荷，用 Cr表示。,向心角接触轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。,轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用 Ca表示。,12-4 滚动轴承的寿命计算,滚动轴承的寿命计算2,二、轴承寿命计算,（124）,常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。,各类机器中轴承的预期寿命参见表129,滚动轴承的寿命计算,fT温度系数，用于计入温度对C值的影响，查表127；,fP载荷性质系数，用于计入冲击、振动对载荷的影响，表128。,所选轴承的基本额定动载荷应不小于下式计算的C值。,（125）,滚动轴承的寿命计算3,式中：FR 、FA 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 (查表1210）,四、向心角接触轴承的轴向载荷计算,o,1. 载荷计算中心,滚动体的载荷方向线与轴线的交点 o 即为轴承的载荷计算中心（支反力的作用点）。,距离 a 可查轴承手册。,2. 内部轴向力,在径向力FR作用下，产生内部轴向力 Fs。,滚动轴承的寿命计算,三、当量动载荷,是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同的假想载荷，用 FP 表示。,滚动轴承的寿命计算4,内部轴向力 Fs与径向力 FR 成正比。,见表（1211）。,Fs的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边窄边。,3. 轴向载荷计算,正装,反装,滚动轴承的寿命计算,滚动轴承的寿命计算5,正装,详细分析,由成对使用，反向安装的两个向心角接触轴承支撑的轴，共受三个轴向力：Fs1、Fs2 和外部轴向力 Fx 。,已知三个轴向力的大小和方向时，可按下列方法计算轴承的轴向载荷 FA。,1,2,滚动轴承的寿命计算,1）根据三个轴向力的合力方向，判断轴承的 “放松”、“压紧”状态 ；,2）被“放松”轴承的 FA 等与自身的内部轴向力；,3）被“压紧”轴承的 FA 等与除自身内部轴向力以外，其余各轴向力的代数和。,当Fs2FxFs1时，轴承 2 被“压紧” ，轴承 1 被“放松” 。,则,例如：,FA1Fs1,FA2Fs1Fx,滚动轴承的寿命计算6,向心推力轴承的轴向载荷FA也可按下述方法计算：,滚动轴承的寿命计算,2）比较自身的内部轴向力与该合力的大小，较大者为该轴承的轴向载荷。,1）按代数值计算另一轴承的内部轴向力与外部轴向力Fx的合力；,就某一个轴承而言：,（Fx 与Fs2同向取“+”；反向取“”）,（Fx 与Fs1同向取“+”；反向取“”）,即：,当Fs2FxFs1时，,FA1Fs2Fx,FA1Fs1,当Fs2FxFs1时，,当Fs1FxFs2时，,FA2Fs1Fx,FA2Fs2,当Fs1FxFs2时，,对轴承1：,对轴承2：,例如：,滚动轴承的寿命计算7,五、同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算,此种情况按双列轴承计算，双列轴承的基本额定动载荷 C 和基本额定静载荷 C0 为根据单个轴承的 C 和 C0 计算：,角接触球轴承：,圆锥滚子轴承：,滚动轴承的寿命计算,六、不稳定载荷下的轴承寿命计算,将不稳定的载荷和转速，转化成平均当量动载荷和平均转速后，进行计算。公式见P280。,系数 X、Y按双列轴承选取。,滚动轴承的寿命计算8,七、不同可靠度的轴承寿命,基本额定寿命Lh10的可靠度为90%。但是，重要机器中的轴承，往往对可靠度有更高的要求。,某个可靠度下的寿命：,式中：可靠性系数，见表1212。,可靠性系数 (GB/T6391-1995),滚动轴承的寿命计算,12-5 滚动轴承的静强度计算,12-5 滚动轴承的静强度计算,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。,当量静载荷 FP0,FP0 = X0FR+Y0FA,式中：X0、Y0为静径向载荷系数和静轴向载荷系数，查表1213。,基本额定静载荷 C0使轴承中受载最大滚动体的接触应力达到下列规定值的载荷（球轴承：4200MPa；调心轴承：4600MPa； 滚子轴承：4000MPa）。,径向接触轴承的 C0 是径向载荷。,向心角接触轴承的 C0 是所受载荷的径向分量。,轴向接触轴承的 C0 是中心轴向载荷。,注：如计算的 FP0FR，取FP0FR。,静强度条件为：,式中：S0静强度安全系数，查表1214。,FP0 ,12-6 滚动轴承的极限转速,12-6 滚动轴承的极限转速,极限转速：在一定载荷和润滑条件下，轴承所允许的最高转速。,轴承样本和手册中，列出了特定条件下的极限转速 nlim。,实际工作条件下的极限转速： nmax f1 f2 nlim,式中：f1载荷系数，用于考虑载荷大小对极限转速的影响，见图1214。,f2载荷分布系数，用于考虑轴承中载荷分布情况对极限转速的影 响，见图1215。,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸的选择,滚动轴承尺寸选择的过程,确定轴承所承受的FR与FA,计算轴承应满足的基本额定动载荷,12-7 滚动轴承的组合设计,轴承的组合设计实际上就是如何在机器中合理的使用轴承。组合设计中主要应考虑以下几个方面的问题：,一、滚动轴承轴系的固定,通过轴承与轴和轴承座之间的联接固定，使轴系在机器中有确定的位置。,12-7 滚动轴承的组合设计,要求：1）使轴上的载荷能可靠的传到机架上去，防止轴沿轴向串动。,2）受热膨胀时，轴能自由伸缩。,典型的轴系固定方法主要有三种：,1. 两端固定支承,一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动，另一端轴承的固定限制另一方向的串动，两端轴承的固定共同限制轴的双向串动。,(图12-18),组合设计2,滚动轴承的组合设计,对于深沟球轴承，应留热补偿间隙 0.250.4mm,特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。,2. 一端固定一端游动支承,(图12-19),一端轴承的固定即限制轴的双向串动；另一端轴承不固定，为游动支承。,特点：轴的位置准确，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。,滚动轴承的组合设计,组合设计3,组合设计4,3. 两端游动支承,(图12-20),两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动，均为游动支承。,例如：人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承。但大齿轮的轴向位置必须固定。,二、滚动轴承组合结构的调整,1. 轴系轴向位置的调整,目的：使轴上零件有准确的位置。,例如：蜗轮的中间平面应通过蜗杆轴线；两个锥齿轮的锥顶要重合。,(图12-21),滚动轴承的组合设计,2. 轴承游隙的调整,(图1221、1222),游隙大小直接影响轴的旋转精度、轴承的载荷分布以及寿命等。,圆锥滚子轴承的游隙是在安装时保证的。,组合设计5,径向接触轴承的游隙是在制造时保证的。,滚动轴承的组合设计,组合设计6,三、滚动轴承的预紧,更多说明,预紧：用某种方法使轴承中产生并保持一定的轴向力，以消除轴承的游隙。,目的：提高轴承的旋转精度，提高轴承装置的刚度、减小轴的振动。,方法：,(图12-23),1）磨窄内圈或外圈，安装时在磨窄的套圈外侧施加轴向力。,2）采用衬垫。,(图12-24),3）内、外圈加长度不同的间隔套或用垫片预紧。,(图12-25),4）加弹簧。,(图12-26),滚动轴承的组合设计,四、滚动轴承的配合,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,内圈孔与轴的配合为基孔制，外圈与轴承座孔的配合为基轴制。,详细说明,转动套圈的配合应紧一些，不动套圈的配合应松一些。,转速高、载荷大、振动强烈时，配合应紧；游动套圈配合应松。,五、滚动轴承的安装与拆卸,装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免造成滚道或滚动体的损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。,更多图片,配合过盈量小的中、小型轴承可用手锤打入或压力机压入；,(图12-27),(图12-28),滚动轴承的组合设计,组合设计7,组合设计8,错误的施力,正确的施力,配合过盈量大的轴承常用温差法装配。,滚动轴承的组合设计,滚动轴承的安装尺寸与拆卸,拆卸槽,12-8 滚动轴承的润滑与密封,一、滚动轴承的润滑,1润滑的主要作用,降低摩擦，减少磨损；,油润滑可以到起散热、冷却作用；,滚动体与滚道之间形成的油膜，可以起缓冲、吸振作用；,轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以起防锈作用。,通常根据 dn 值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见表1215。,2润滑方式的选择,12-8 滚动轴承的润滑与密封,查图1231 确定所需润滑油的运动粘度。,润滑与密封2,二、滚动轴承的密封,作用：1）阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承；,密封方法：,2）防止润滑剂流失。,1）接触式密封,2）非接触式密封,有：毡圈式密封、密封圈式密封,有：间隙密封、迷宫式密封、封油盘密封,3）组合密封：,滚动轴承的润滑与密封,将各种密封方法组合使用。,防尘,防漏,密封圈式密封,间隙密封,迷宫式密封,封油盘密封,滚动轴承的润滑与密封,润滑与密封3,轴承装置的设计,轴承装置的设计,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；,正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔 在工作时发生相对转动；,在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则 将使轴承损坏；,在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：,类型代号表,滚动轴承主要类型代号表,类型选择1,滚动轴承的类型选择,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承是标准零件，同学们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。,一、滚动轴承选择的一般过程如下：,
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