滚动轴承(第18章).ppt

第十八章第十八章 滚动轴承滚动轴承 主要内容1、概述2、滚动轴承的代号3、滚动轴承的类型和选择4、滚动轴承的力分析、失效和计算准则5、滚动轴承的动载荷和寿命计算8、滚动轴承组合设计组成：内圈、外圈、滚动体、保持架11 概 述 一、滚动轴承的构造 保持架、外圈、内圈滚动体滚动体的形状 二、滚动轴承的材料强度高且耐磨的合金钢，内圈、外圈、滚动体：轴承铬钢GCr15，硬度 6065 HRC渗碳轴承钢：G20Cr2Ni4A 保持架：低碳钢；铜、铝、工程塑料滑动轴承滚动轴承优点：优点：1）摩擦阻力矩较小，起动力矩小；2）径向游隙较小，运动精度高；3）可同时承受径向、轴向载荷,轴承组合较简单;4）便于密封、易于维护；5）不需有色金属，标准件，成本低。三、滚动轴承的特点 缺点：缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）振动、噪音较大；3）径向尺寸较大；4）高速重载下寿命较短；12 滚动轴承的类型与选择 一、滚动轴承的主要类型与特点 接触角 向心轴承 径向力 向心角接触轴承 推力角接触轴承 推力轴承 径向力（主要）轴向力 径向力轴向力（主要）轴向力按受载荷方向分：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承 滚子轴承承载能力高，极限转速低 滚针轴承承载能力较高，径向尺寸小按滚动体形状：球 轴承 承载能力低，极限转速高滚动轴承的主要类型、结构和特点14235NAN9670：双列角接触球轴承 1：调心球轴承 2：推力调心滚子轴承3：圆锥滚子轴承 5：推力球轴承 6：深沟球轴承7：角接触球轴承 2：推力调心滚子轴承 N：圆柱滚子轴承NA：滚针轴承 4：双列深沟球轴承 8：推力圆柱滚子轴承 9：推力圆锥滚子轴承类型代号类型代号表表滚动轴承主要类型代号表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圆柱滚子轴承（N）圆柱滚子轴承（N）角接触球轴承7 圆锥滚子轴承3二、滚动轴承的代号 4推力球轴承5 最常用几种：深沟球轴承基本代号基本代号基本代号基本代号前置代号前置代号后置代号后置代号前置代号基本代号后置代号 五 四 三 二 一轴承分部件代号 内径代号 宽度系列代号 直径系列代号 类型代号 其他代号 公差等级代号 特殊轴承材料代号 保持架及材料代号 密封与防尘代号 内部结构代号 游隙代号 分部件：内圈L外圈保持架 K 滚动体表示轴承结构、形状、材料、公差等级等1、基本代号（1）轴承类型 13567N深沟球轴承圆锥滚子轴承角接触球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承基本代号右起五位（2）尺寸系列 基本代号右起三、四位 宽度系列右起第四位 0系列（正常宽度）可省略 有时1系列也可省略数字 0 9直径系列右起第三位 数字 0 9（3）轴承的内径右起一二位数字 a)d=10,12,15,17mm 时 代号 00 01 02 03 b)d=20 480mm 时d=代号5(mm)基本代号基本代号 五 四 三 二 一 类型 内径 直径系列 宽度系列多数正常系列可不标特殊情况6 2 1 2N 2 2 0 83 3 3 1 5 E加强型E表示为增大承载能力进行结构改进的加强型深沟球轴承尺寸系列代号轴承内径085=40圆柱滚子轴承尺寸系列代号为圆锥滚子轴承尺寸系列代号为轴承内径155=75轴承内径125=60有时轴承需成对安装（配置代号）。面对面（/DF）背对背(/DB)串联(/DT)三、滚动轴承类型的选择 工作载荷、转速、支承刚性、安装精度 1）转速高，载荷小，旋转精度高 球轴承 转速低，载荷大，或冲击载荷 滚子轴承 2）主要受Fr 向心轴承主要受Fa，转速不高时推力轴承角接触球轴承7类（n较高时）同时受Fr和Fa均较大时圆锥滚子轴承3类（n较低时）Fr较大，Fa较小时Fa较大，Fr较小时3）要求n120时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降引入温度系数 f t 当P、n已知，预期寿命为Lh，则要求选取的轴承的额定动载荷为选轴承型号和尺寸 轴承工作温度()120125150175200225250300350温度系数ft1.000.950.900.850.800.750.700.60.5温度系数 ft例1：圆锥滚子轴承30208的基本额定动载荷C34000N，极限转速nlim5000r/min，承受当量动载荷P3000N，要求预期寿命Lh=50000h，求允许的最高转速为多少？解：考虑极限转速 ，综合考虑，轴承允许的最高工作转速为1090 r/min。例2：有一型号为6207的深沟球轴承,已知径向载荷Fr=2300N,轴向载荷Fa=600N,径向基本额定静载荷C0r=15200N,基本额定动载荷C=25500,载荷平稳，若要求其预期寿命为5000小时，试校核该轴承的寿命。解：1.确定e值Fa/Cor=600/15200=0.0395查表得e在0.22-0.26之间，用内查法得e=0.236Fa/Fr=600/2300=0.260 e2.求X,Y根据e和Fa/Fr的值查表得：X=0.56,Y=1.883.计算当量动载荷P=XFr+YFa=0.562300+1.88600=2416N4.求轴承寿命该轴承满足要求大于5000小时四、角接触轴承的轴向载荷Fa的计算 1）附加轴向力的大小方向 a)正装（面对面）适合于传动零件位于两支承之间 b)反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端Fs的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边窄边。Fr载荷作用中心：位置用a表示。a：载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）FS1.25Fr tg 70000C70000AC70000B300002）实际轴向载荷Fa的确定（1）当轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”轴承1上的轴向力由Fs1增大到Fa+Fs2,阻止轴左移 轴承2上的轴向力，力平衡本身的附加轴向力 轴承1的实际轴向载荷为（2）当 轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”轴承2上的轴向力由Fs2增大到 Fs1 Fa,阻止轴右移 轴承2实际所受的轴向力为轴承1实际所受的轴向力，由力的平衡条件本身附加轴向力 结论：实际轴向力Fa的计算方法1）分析轴上附加轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身附加轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的附加轴向力五、不稳定载荷和转速下的轴承寿命计算（自学）载荷P和转速n变化时，求平均当量转速nm和平均当量动载荷Pm 求轴承寿命 六、不同可靠度时滚动轴承的寿命L（自学）为计算不同可靠度时轴承的寿命，引入寿命修正系数a1，反安装：反安装：反安装：反安装：合力指向端为合力指向端为合力指向端为合力指向端为“放松端放松端放松端放松端”例3：如图所示，已知作用于轴承上的径向载荷Fr1=1000N,Fr2=2060N,作用于轴上的轴间载荷FA=880N,轴承内部轴向力Fs与径向载荷Fr的关系为Fs=0.68Fr,试求轴承的轴向载荷Fa1和Fa2。解：先求出轴承的内部轴向力Fs1=0.68Fr1=0.681000=680NFs2=0.68Fr2=0.682060=1400N因 Fs2+FA=1400880=2280N Fs1故右边轴承为压紧端，有Fa1=Fs2FA=2280N Fa2=Fs2=1400N 例4：一工程机械传动装置中的轴，其支撑采用7208AC的角接触球轴承，如图所示，已知Fr1=1000N,Fr2=2060N,作用于轴上的轴间载荷FA=880N，基本额定动载荷r=35200N,转速5000r/min,中等冲击，预期寿命2000h,所选轴承是否恰当？（判断系数0.68)解：（）计算轴承，的轴向力Fa1和Fa2查表18.4得附加轴向力轴承为压紧端，轴承为放松端，有（）计算轴承的当量动载荷因Fa1/Fr1=2280/1000=2.28 eFa2/Fr2=1440/2060=0.68=e查表18.7得X1=0.41,Y1=0.87,X2=1,Y2=0,两轴承的当量动载荷为：（）计算当量载荷下所需的基本额定动载荷载荷为中等冲击，取1.5,工作温度正常取因rr1，故所选轴承满足要求例5：一圆锥圆柱齿轮减速器高速轴支撑采用7214C的角接触球轴承，如图所示，已知左轴承1的Fr1=7000N,右轴承Fr2=1200N,作用于轴上的轴间载荷FA=Fx=4000N，基本额定动载荷=89628N,转速1500r/min,载荷平稳，预期寿命8000h,所选轴承是否恰当？（判断系数0.5,X=0.4,Y=1.4)解：（）计算两轴承的轴向力Fs1和Fs2（2）计算两轴承的轴向力Fa1和Fa2（3）计算轴承的当量动载荷1,P2因Fa1/Fr1=4402/7000=0.629 e=0.5Fa2/Fr2=402/1200=0.335 e因 P1 P28000小时作业：已知7028轴承的转数n=5000r/min,当量动载荷P=2394N,载荷平稳，工作温度正常，径向基本额定动载荷Cr=35200N,预期寿命Lh=8000小时，试校核该轴承寿命。解：因载荷平稳，取fd=1轴承寿命该轴承满足要求大于8000小时15 滚动轴承的静载荷与极限转速 一、滚动轴承的静载荷 1、基本额定静载荷C0 当轴承转速很低或作间歇摆动时，轴承的失效形式为塑性变形 2、按静载选择轴承的条件 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）。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1819。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1820。二、滚动轴承的极限转速n lmin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计算当量动载荷FP=fP(XFR+YFA)明确轴承的工作转速n与预期寿命L10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186 滚动轴承的组合结构设计 组合设计主要考虑下面几方面的问题：组合设计主要考虑下面几方面的问题：）轴系的固定）轴承相关零件的配合）轴承的润滑和密封）提高轴承系统的刚度 轴承是用来支承轴的，而轴又要带动轴轴承是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包括合理上零件工作。所以轴承的设计一定包括合理设计轴承的组合。设计轴承的组合。一、滚动轴承支承的结构型式 1、两端单向固定支承 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。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 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。向心推力组合3.两端游动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。低速齿轮轴必须两端固定 垫片圆螺母轴承游隙及轴系的轴向位置调整二、轴承的轴向固定及装拆二、轴承的轴向固定及装拆1、轴承内、外圈的轴向固定 根据轴向载荷大小选用不同结构，如轴端挡圈、圆螺母、套筒、弹性挡圈、端盖等。2、装拆温差法温差法（大尺寸轴承）：热油8090加热轴承或干冰冷却轴颈。压入法压入法（大批量）：中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入。装：轴肩高度低于内圈高度的轴肩高度低于内圈高度的轴肩高度低于内圈高度的轴肩高度低于内圈高度的3/43/43/43/4。拆：专用拆卸器。错误的施力正确的施力三、滚动轴承的配合三、滚动轴承的配合游隙受载滚动体承载 游隙合适，其大、小受配合配合配合配合影响。游隙游隙游隙游隙影响运转精度寿命过盈配合过盈配合过盈配合过盈配合内圈膨胀外圈收缩游隙标准件：内圈基孔制 外圈基轴制 （不标注）轴承外径公差带轴承内径公差带原则：1、尺寸大、载荷大、振动大、转速高，工作温度高：选紧一点的配合。2、经常拆卸、游动套圈：采用较松的配合。四、提高轴系刚度的措施四、提高轴系刚度的措施刚度 旋转精度、噪音、振动1、选用合理轴承类型滚子轴承刚度球轴承 选用双列轴承、滚子轴承、四点接触轴承。2、选择合理的轴承安装方式轴承带负游隙运行可以轴承刚度、旋转精度、轴承寿命。悬伸端：反安装时，刚度两轴承间：正安装时，刚度3、轴承预紧预紧：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。常用预紧方法：1）用垫片和长短隔套预紧2）夹紧一对磨窄了的外圈（或内圈）的角接触轴承3）夹紧一对圆锥滚子轴承4）利用弹簧预紧五、滚动轴承的润滑 润滑方式：1、脂润滑2、油润滑油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑3、固体润滑九、滚动轴承的密封密封的作用密封的类型：1、接触式密封毡圈密封通常根据 dn 值选择润滑方式，各类润滑方式的dn值见表1817。毡圈密封唇形密封圈2、非接触式密封 曲路密封（迷宫密封）沟槽密封甩油密封作业四、滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整通过带螺纹的零件或端盖下的垫片来调节轴承的调整：1）轴承游隙的调整2）轴系轴向位置的调整注意：圆锥齿轮和蜗杆必须调整轴系的轴向位置方法：调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度1，如图示，某轴承部件采用一对7208C轴承，轴承载荷Fr1=1000N，Fr2=2060N，轴上轴的载荷FA=880N，7208C轴承的C0r=20500N，试求轴承内部轴向力和轴向载荷Fa1，Fa2。（S=0.4Fr）Fs1Fs2解：7208C轴承的=15，内部轴向力S=0.4Fr 所以，轴承1是压紧端 轴承2是松端 2，有一轴部件，其轴承为向心角接触球轴承，安装形式及尺寸关系如图示，已知FR=1000N，FA=100N，内部轴向力F=0.4Fr，径向动载荷系数及轴向动载荷载荷系数分别为X=0.5，Y=1，轴承的基本额定动载荷C=11.2KN，温度系数ft=1，载荷系数fp=1，试求每个轴承的当量动载荷及轴承1的基本额定寿命。转速n=960r/minFr1Fr2Fs1Fs22 解：计算轴承的径向力内部轴向力:所以，轴承1是压紧端 轴承2是松端 当量动载荷：球轴承=3