滚动轴承设计计算.ppt

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 0 450 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60 65HRC 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250 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 302106218N206513061205 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 B 2240 08A 1x50 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 Frtan 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 eFr 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 105r90 L10 106r50 L10 5 106r1 L10 40 106r 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 100 c 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 5500N C 47 8KN 球轴承 3 查手册 正常温度平稳载荷 fT 1 fP 1 例7 轴径d 50mm 纯径向载荷FR 6000N 载荷平稳 常温下工作 转速n 1250r min 预期寿命Lh 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 C C 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Y3 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FR 0 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 X 1 Y 0 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 35C 28 2kN 3 55 4 0 88 e查手册X 0 4 Y 1 7 载荷平稳 fP 1 常温 fT 1 P XFR YFA 4 0 4 3 55 1 7 7 64kN 30204不适用 再选30304查手册C 33kN C 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 33kNX 0 4Y 2e 0 3 P30304P XFR YFA 0 4 4000 2 3550 8700N 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 X 1 Y 0 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 56 FR 2 FA 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 0FA2 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 8FS FR 2Y 查设计手册 Y 1 6 手册 e 0 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n 10r min 以C0 S0P选轴承 应用条件 2 当n 10r min且Dmn 10000时 选轴承要同时考虑C和C0 P0 X0FR Y0FAKN 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Fr2 推力轴承Fa3 向心推力轴承FrFa Fre Fr Fd N 按承载性质分 Fd N Fr Fr Fae Fa Fa 0 0 450 900 Fre 滚动轴承参数 2 内径尺寸代号 00 99代号 5 内径尺寸 除00 01 02 03 之外 00 10mm 01 12mm 02 15mm 03 17mm例 6005d 05 5 25mm当d 10mm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 89012 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 2 301 991 71 1 551 451 31 0 190 220 26 0 280 300 34 1 41 21 0 0 1720 3450 689 1 0301 382 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 5500N h Cr 22 8KN 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