机械设计基础第14章滚动轴承.ppt

机械设计基础机械设计基础武汉理工大学物流工程学院 机械设计及制造系罗齐汉 2007年12月12日星期三Foundation of Machine Design 第第1414章章 滚动轴承及装置设计滚动轴承及装置设计 熟悉滚动轴承的类型和代号，熟悉滚动轴承的类型和代号，掌握滚动轴承的寿命计算，掌握掌握滚动轴承的寿命计算，掌握滚动轴承的组合设计。滚动轴承的组合设计。14-1 滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的结构、类型和代号一、基本结构一、基本结构 外圈 内圈 滚动体 保持架2/18/2023314-1 滚动轴承的结构、类型和代号二、主要类型二、主要类型按照滚动体形状:球轴承 滚子轴承(圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针等)按照承受载荷的方向:向心轴承 径向接触 =0 向心角接触 045 推力轴承 轴向接触 =90 推力角接触 45 FS2，则轴有右移的趋势(轴承2被压紧，轴承1被放松)，由于轴承2右端已固定，轴不能向右移动，故右端盖必然会提供给轴承2一个力增量FS使轴受力平衡，即FS1+FA=FS2+FS，由此可知结论：放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向力以外其余轴向力的代数和。轴承1(放松端)：FA=FS1 轴承2(压紧端)：FA=FS2+FS2=FS1+FA(2)若FS1+FA FS2，则轴有左移的趋势(轴承1被压紧,轴承2被放松)，左端盖必然提供一个力增量FS使轴受力平衡，即FS1+FA+FS=FS2，由此可知轴承1(压紧端)：FA=FS1+FS=FS2-FA 轴承2(放松端)：FA=FS22/18/20232214-4 滚动轴承的寿命计算轴向负荷轴向负荷FA计算的方法计算的方法方法一方法一:在图上标注全部轴向力，判断轴的运动趋势；判断轴承是“压紧”还是“放松”；“压紧”除本身内部轴向力以外其余轴向力的代数和 “放松”本身的内部轴向力方法二方法二:取两者中较大者 取两者中较大者 2/18/20232314-4 滚动轴承的寿命计算课堂练习1、FR1=3600N，FR2=1800N，FA=400N，FS=FR/2Y，Y=1.8，求FA1，FA22、FR1=1000N，FR2=500N，FA=300N，FS=0.7FR，求FA1，FA2FR1FR2FAFR1FR2FA2/18/202324课堂练习3、已知FR1=4000N，FR2=2000N，FA1=500N，FA2=1500N，FS=FR/4，当FA/FR0.3时，P=fp FR 当FA/FR0.3时，P=fp(0.4FR+2FA)fp=1.2 求这两个轴承的当量动载荷FR2FR1FA1FA22/18/20232514-6滚动轴承装置设计滚动轴承装置设计为了保证轴承在机器中正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，也就是要解决轴的轴向位置固定、轴承与其他零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。一、滚动轴承的轴向固定一、滚动轴承的轴向固定(常用下面两种固定方式)1、两端固定式 如上图所示，使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴一个的方向移动，两个支点合起来就限制了轴的双向移动，这种固定方式称为两端单向固定。它适用于工作温度变化不大的短轴，考虑到轴因受热而伸长，在轴承端盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙，=(0.20.3)mm。对角接触轴承，两端单向固定有两种方式(轴承正装和反装，如下图所示)，就装拆和轴承预紧来讲，正装要好些；就轴系的强度和刚度来讲，简支轴以正装为好，外伸轴则以反装为好。2/18/20232614-6滚动轴承装置设计一、滚动轴承的轴向固定一、滚动轴承的轴向固定2、一端固定、一端游动式 这种固定方式是在两个支点中使一个支点双向固定以承受轴向力，另一个支点则可作轴向游动(如左图所示)。可作轴向游动的支点称为游动支点。这种固定方式，适用于温度变化较大的长轴。游动端也有两种方式，当用深沟球轴承作游动支点时，应在轴承外圈与端盖间留适当间隙(如左图所示a)；当用圆柱滚子轴承作游动支点时，则轴承外圈应双向固定(如左图所示b)，以免内外圈同时移动，造成过大错位。对于径向载荷和轴向载荷较大的轴，采用两个角接触轴承作固定端的结构见如中图所示，轴向力很大时可采用双向推力轴承来承受轴向力，其结构见如右图所示。2/18/20232714-6滚动轴承装置设计二、轴系位置的调整和轴承预紧二、轴系位置的调整和轴承预紧1、轴承间隙的调整轴承间隙的调整方法有：1）靠加减两端轴承盖与机座间的一组垫片的厚度进行调整(图a)；2）利用螺钉1通过轴承外圈压盖移动外圈位置进行调整(图b)，调整之后，用螺母锁紧防松。2、轴承的预紧对某些可调游隙式轴承，在安装时给予一定的轴向压紧力（预紧力），使内外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度，这种方法称为轴承的预紧。预紧可利用金属垫片(图a)或磨窄套圈(图b)等方法获得，也可采用其他方法。2/18/20232814-6滚动轴承装置设计二、轴系位置的调整和轴承预紧二、轴系位置的调整和轴承预紧3、轴承组合位置的调整 轴承组合位置调整的目的，是使轴上的零件（如齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。如圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点重合才能保证正确啮合；又如蜗杆传动，则要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线等。图为圆锥齿轮轴承组合位置的调整，套杯与机座间的垫片组用来调整圆锥齿轮轴的轴向位置；在方案a中，垫片组则用来调整轴承游隙，在方案b中，轴承间隙用螺母3调整。2/18/20232914-6滚动轴承装置设计1、滚动轴承的配合、滚动轴承的配合 由于滚动轴承是标准件，为了便于互换及适应大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合则采用基轴制。选择配合时，应考虑载荷的方向、大小和性质，以及轴承类型、转速和使用条件等因素。当外载荷方向不变时，转动套圈的配合紧一些。一般情况下是内圈随轴一起转动，外圈与座孔常取较松的过渡配合，如座孔的公差采用H7、J7或JS7。当轴承作游动支承时，外圈与座孔应取保证有间隙的配合，如座孔公差采用G7。2、轴承的装拆、轴承的装拆 设计轴承组合时，应考虑有利于轴承装拆，以便在装拆过程中不致损坏轴承和其他零件。如图所示，若轴肩高度大于轴内圈外径时，就难以放置拆卸工具的钩头。对外圈拆卸要求也是如此，应留出拆卸高度h1(图a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔(图c)。三、滚动轴承的配合与装拆三、滚动轴承的配合与装拆2/18/20233014-6滚动轴承装置设计四、滚动轴承的润滑和密封四、滚动轴承的润滑和密封1、滚动轴承的润滑、滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。一般情况下，滚动轴承采用脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时（如变速箱内本来就有润滑齿轮的油），也可采用润滑油润滑。具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径；n代表轴承套圈的转速，dn值间接反应了轴颈的圆周速度，当dn(1.52)105 mmr/min时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。因润滑脂不易流失，故脂润滑便于密封和维护，且一次装填润滑脂后可运转较长时间。油润滑的优点是比脂润滑摩擦阻力小，并能散热，主要用于高速或工作温度较高的轴承。如图所示，润滑油的粘度可按轴承的速度因数dn和工作温度 t 来确定。油量不宜过多，如果采用浸油润滑，则油面高度应不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。高速轴承通常采用喷油或喷雾方法润滑。润滑和密封对滚动轴承的使用寿命具有重要意义。润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损。滚动接触部位如能形成油膜，还有吸收振动、降低工作温度和噪声等作用。密封目的是防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂的流失。2/18/20233114-6滚动轴承装置设计四、滚动轴承的润滑和密封四、滚动轴承的润滑和密封2、滚动轴承的密封、滚动轴承的密封滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。密封方法可分两大类：接触式密封和非接触式密封。它们的密封型式、适用范围和性能，可参阅下表。密封类型图例适用场合说明接触式密封 脂润滑。要求环境清洁，轴颈圆周速度v不大于(45)m/s，工作温度不超过90C。矩形断面的毛毡圈1被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。接触式密封 脂或油润滑。轴颈圆周速度v7m/s,工作温度范围：(40100)C密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有骨架，密封圈是标准件。密封唇朝里(如图)，目的是防漏油；密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质进入。2/18/20233214-6滚动轴承装置设计四、滚动轴承的润滑和密封四、滚动轴承的润滑和密封密封类型图例适用场合说明非接触式密封 脂润滑。干燥清洁环境。靠轴与盖间的小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙一般取(0.10.3)mm。非接触式密封 脂润滑或油润滑。工作温度不高于密封用脂的滴点。这种密封效果可靠。将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫(曲路)形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分径向、轴向两种：左图为径向，间隙不大于(0.10.2)mm；右图为轴向曲路，因考虑到轴受热后会伸长，间隙应取大些，=(1.52)mm。组合密封 适用于脂润滑或油润滑。这是组合密封的一种型式，甩油盘、间隙加毛毡，可充分发挥各自优点，提高密封效果。组合方式很多，不一一列举。2/18/20233314-6滚动轴承装置设计例题例题2/18/202334作业：P262 14-7 14-10课堂讨论：14-12 14-132/18/202335轴与轴承组合结构实验轴与轴承组合结构实验时间：时间：12月月18日日 星期二上午星期二上午12节节 船舶船舶1班班 12月月18日日 星期二上午星期二上午34节节船舶船舶2班班 12月月21日日 星期二上午星期二上午12节节船舶船舶5班班 12月月21日日 星期二上午星期二上午34节节船舶船舶6班班地点：地点：2105要求：要求：1.认真阅读实验指导书，把实验内容弄懂。认真阅读实验指导书，把实验内容弄懂。2.把实验指导书的相应内容抄写到实验报告上。把实验指导书的相应内容抄写到实验报告上。3.带实验指导书、实验报告、课本、绘图工具带实验指导书、实验报告、课本、绘图工具（铅笔、橡皮、尺、圆规等），最好购买一（铅笔、橡皮、尺、圆规等），最好购买一张坐标纸。张坐标纸。2/18/202336