第九章-滚动轴承.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械设计,第9,章,滚动轴承,1,第9,章 滚动轴承,9.1,滚动轴承的组成、材料,9.2,滚动轴承的类型及选用,9.2.1,滚动轴承的类型、特点,9.2.2,滚动轴承的代号,9.2.3,滚动轴承的类型选择,2,9.1.1,滚动轴承的组成,内 圈,外圈,保持架,滚动体,材料,3,滚动体的形状,4,保持架材料：低碳钢；铜、铝、塑料,保持架的作用：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。,5,轴承内、外圈、滚动体材料：强度高、耐磨性好,轴承钢：铬猛合金钢，例如,轴承铬钢,GCr15,，,硬度,6065,HRC,保持架：低碳钢；铜、铝、塑料,轴承材料,6,9.2.1,滚动轴承的主要类型及特点,（一）滚动轴承的主要类型，性能和特点,向心轴承,：主要承受径向载荷,R,深沟球轴承,（,6,）,圆柱滚子轴承,（,N）,调心球轴承,（,1）,推力轴承,：只能承受轴向载荷,A,推力球轴承,（,5,）,向心推力轴承,：,R+A,角接触球轴承,（,7,）,圆锥滚子轴承,（,3）,7,1,4,2,3,5,NA,N,29,6,7,9.2.1,滚动轴承的主要类型及特点,P288表9-2,8,接触角,：,向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与半径方向的夹角。,载荷角,：,轴承实际承受的径向载荷,R,与轴向载荷,A,的合力与半径方向的夹角,。,角接触球轴承,（,7,）,圆锥滚子轴承,（,3,）,N,N,R,A,9.2.1,滚动轴承的主要类型及特点,9,圆柱滚子轴承,（,N）,9.2.1,滚动轴承的主要类型及特点,10,圆柱滚子轴承,（,N）,9.2.1,滚动轴承的主要类型及特点,11,9.2.2,滚动轴承的代号,（,GB/T27293）,后置代号,特殊材料,特殊结构,C15,AC25,B 40,公差,/,P2、4、5、6、6x、0,游隙,/,C1、2、0、3、4、5,例：,7211,C/P5,角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径,55,、接触角,15,5,级精度；常用游隙。,基本代号,五 四 三 二 一,类型 内径,20480,直径系列,2轻3中4,重,宽度系列,多数正常系列可不标,前置代号,分部件：,内圈,L,外圈,保持架,K,滚动体,12,9.2.3,滚动轴承的类型选择,（一）轴承的载荷,（二）轴承的转速,（三）轴承的调心性能,（四）轴承的安装与拆卸,（五）经济性,13,大小：滚子轴承优于球轴承,方向：径向,R,（6、1、N）,轴向,A,（5）,R+A,（7、3、6）,9.2.3,滚动轴承的类型选择,（一）轴承的载荷,14,（一）轴承的载荷,9.2.3,滚动轴承的类型选择,15,（一）轴承的载荷,9.2.3,滚动轴承的类型选择,16,极限转速,n,lim,：,载荷,P,0.1C，,冷却正常，,0,级公差时轴承的最大允许转速。,对高转速的轴承：,1.,优先选用球轴承,（润滑的阻力）,2.,轻系列轴承优于中、重系列,（离心力）,3.,实体保持架优于冲压保持架,（易形成油膜减小摩擦）,4.,提高公差等级、改善润滑条件等,（二）轴承的转速,9.2.3,滚动轴承的类型选择,17,推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低,9.2.3,滚动轴承的类型选择,（二）轴承的转速,18,（三）轴承的调心性能,816,24,23,9.2.3,滚动轴承的类型选择,19,（四）轴承的安装与拆卸,9.2.3,滚动轴承的类型选择,20,9.2.3,滚动轴承的类型选择,（五）经济性,滚动体采用球比滚子便宜，精度适宜,21,9.3,滚动轴承的载荷分析、失效形式与设计准则,9.3.1,工作情况分析,9.3.2,失效分析与设计准则,9.4,滚动轴承的寿命计算,9.4.1,滚动轴承的,基本额定寿命,和基本额定动载荷,9.4.2,滚动轴承的当量动载荷,9.4.3,角接触轴承的载荷的计算,9.4.4,滚动轴承的寿命计算,9.5,滚动轴承的静载荷计算,基本额定静载荷,当量静载荷,静载荷计算,22,9.6,一支撑处成对安装角接触轴承的计算特点,9.7,滚动轴承的机械转速,9.8,滚动轴承的润滑,9.9,其他滚动轴承简介,23,9.3,滚动轴承的失效形式与设计准则,1.,运动关系：内外圈相对回转；滚动体 既自转又公转。,2.,轴承中载荷的分布：,推力轴承,F,0,=,F,a,/z,向心轴承，在载荷,F,r,的作用,下，假设下半圈滚动体受力；,根据变形关系，中间滚动体受,力最大，向两边逐渐减小。,R,9.3.1,工作情况分析,24,角接触轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。,为保证半圈滚动体,受力，则：,P,i,球轴承,F,a,/F,r,1.22tg,滚子轴承,F,a,/F,r,1.26tg,轴向载荷的利弊,？,F,a,/F,r,=,tg,F,a,F,r,9.3.1,滚动轴承的工作情况分析,25,（二）轴承元件上的载荷及应力的变化,载荷,R,轴向力由,滚动体平均分担,受最大径向载荷的滚动体负载为,9.3.1,工作情况分析,图9-7,内圈应力变化（滚动体）,图,9-8,固定套圈应力变化,26,（一）滚动轴承的失效形式,失效形式 对策,1.,点蚀 寿命计算,2.,塑性变形 静载荷计算，正确使用,3.,磨损 润滑，密封,4.,元件回火 润滑，散热，限制最高转速,5.,元件破裂 正确安装使用,9.3.2,滚动轴承失效形式与设计准则,27,9.3.2,滚动轴承失效形式与设计准则,（二）设计准则,转速小于,10,r/min,静强度计算,转速大于,10,r/min,寿命计算,高速轴承，寿命计算，校验极限转速,28,9.4.1,滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷,1.,基本额定寿命：,一批相同的轴承中,90,的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数（以,10,6,为单位）或小时数。,基本额额定寿命用,L,10,或,L,10h,来表示。,（一）,基本额定寿命,29,（二,）,滚动轴承的基本额定动载荷,轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命等于,10,6,次的载荷值，用符号,C,表示。,对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷,Cr，,对于深沟球轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承 径向基本额定动载荷,C,r,对推力轴承 轴向基本额定动载荷,C,a,9.4.1,滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷,Cr、Ca,可从手册中查出,30,9.4.2,滚动轴承的当量动载荷,仅能承受径向载荷的轴承,N,类,P=,f,p,R,仅能承受轴向载荷的轴承,5,类,P=,f,p,A,P=,f,p,（X F,r,+Y,F,a,）,轴,向载荷系数，表,9-7，,e,径,向动载荷系数,冲击载荷系数 表,9-8,（9-6,）,（9-7,）,（9-8,）,31,载荷,寿命曲线,（,6208,）,1.,基本额定寿命计算,由实验作出轴承的疲劳曲线，图中的曲线方程为：,9.4.4,滚动轴承的寿命计算,32,9.4.4,滚动轴承的寿命计算,1.,基本额定寿命计算,工作温度高于,120,时：,C,t,=,f,t,C,温度系数,f,t,查表,9-9,33,2.,修正额定寿命计算,9.4.4,滚动轴承的寿命计算,34,9.4.3,角接触轴承,的,载荷的计算,1,、内部轴向力,2,、,角接触,轴承的轴向载荷,3,、,角接触,轴承的,当量动载荷,例题,35,1,、角接触轴承的内部轴向力,Fs,s,9.4.3,角接触轴承,的,载荷的计算,由于接触角存在，受径向载荷作用时，滚动体的反力可分为径向分力和轴向分力，各轴向分力之和即为轴承内部轴向力。（图,9-11,）,保证半圈受力,F,S,1.25,Fr,tg,由于存在内部 轴向力，角接触轴承通常成对使用。,36,角接触轴承的内部轴向力，其,方向,视正、反装情况而定,正装（面对面）,反装（背对背）,F,r,F,a,F,a,F,r,R,1,R,2,R,2,R,1,S,1,S,1,S,2,S,2,保证半圈受力,Y、e,查表,9-7,70000,C,的,e,值,可试取,0.4,30000 70000,C 70000AC 70000B,Fs,=Fr/2Y,Fs,=e Fr,Fs,=0.68 Fr,Fs,=1.14 Fr,表9-12,1,、内部轴向力,Fs(,大小、方向,),9.4.3,角接触轴承,的,载荷的计算,径向力,F,r,的计算由受力平衡条件求出,内部轴向力的大小（,p304,表9-12,）,37,根据,F,s1、,F,s2,及外加,轴向载荷,F,A,“,判断,”,：,F,r,F,A,R,1,R,2,Fs1,Fs2,轴承,1,被压紧，轴承,2,被放松则,Fa,1,=F,A,+F,s2,Fa,2,=F,s2,结论：,1.,“,放松,”,轴承的轴向力等于其内部轴向力；,2.,“,压紧,”,轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。,轴承,2,被压紧，轴承,1,被放松则,Fa,1,=F,s1,Fa,2,=F,s1,-F,A,2,1,2,、角接触轴承的轴向载荷,Fa,38,2,、角接触轴承的轴向载荷,Fa,总结：轴承轴向力,Fa,的确定：,1,、确定轴承的,内部轴向力,Fs,的大小及方向，,2,、确定轴系所受外部轴向力,F,A,的大小及方向，,3,、根据力的平衡条件确定哪个轴承被压紧，哪个轴承放松,4、,“,放松,”,轴承的轴向力等于其内部轴向力；,“,压紧,”,轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。,F,r,F,A,R,1,R,2,Fs1,Fs2,2,1,39,3,、向心推力轴承的当量动载荷,由径向受力平衡,条件求出支点反力,F,A,F,r,Fr,2,Fr,1,40,摆动、转速极低及短期受冲击的轴承会产生塑性变形。针对失效形式应进行静载荷计算。,基本额定静载荷,C,0,：,使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。,当量静载荷,P,0,：,P,0,=X,0,F,r,+Y,0,F,a,（9-19）,静载荷计算：,S,0,静强度安全系数，表,9-14,S,0,1,？,9.5,滚动轴承的静载荷计算,41,例题,：,图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承,30205,，轴上径向载荷,Fr=3000N,轴向载荷,F,A,=500N,求轴承的轴向载荷。,1.,计算径向力,F,r1,=F,r2,=,1500N,50,50,Fr,1,Fr,2,F,r,F,A,2.,计算内部轴向力,Fs,R,1,R,2,F,A,=500N,S,1,S,2,查附录表,2，,Y=1.6,42,轴承,放松：,Fa,1,=,Fs,1,=468.7N,轴承,压紧：,Fa,2,=,F,A,+,Fs,1,=968.7N,R,1,R,2,F,A,=500N,S,1,S,2,3.,计算轴向载荷,43,例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈,d,0,=3035mm；,齿轮分度圆直径,d=45mm，F,t,=3000N，F,r,=1200N，,F,a,=900N；n=385rpm，,中等冲击载荷；计算轴承寿命。,1.,计算径向力,垂直平面,F,rr1,=F,rr2,=,600,F,ra1,=F,ra2,=202.5,则,F,VI,=397.5，F,V2,=802.5,水平平面,F,t1,=F,t2,=1500,解：选取轴承型号,“,30206,”,（7206,）,C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7,50,50,R,r1,R,r2,R,a1,R,a2,R,t1,R,t2,Fr,1,Fr,2,F,r,F,a,F,t,44,轴承,放松：,F,S1,=,Fs,1,=456N,轴承,压紧：,F,S2,=,F,a,+S,1,=1356N,3.,计算当量动载荷,R,1,R,2,F,a,=900N,S,1,S,2,P,1,=f,P,Fr,1,=1.5,1552=2328,N,P,2,=,f,P,(X,Fr,2,+Y,F,a,2,),=1.5,(0.4 1701+1.7 1356)=4478,N,2.,计算轴向力,由手册选轴承型号,“,30206,”,C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7,4.,计算寿命,45,例题：齿轮减速器的高速轴轴承转速,4000,r/min,采用一对内径,40,mm,的深沟球轴承，已知轴承径向载荷,Fr=2000N，,轴向载荷,Fa,=900N,预期寿命,L,h,=4000h,试,选择轴承型号。,解,：,1,、求当量动载荷,P,由表16-4，,f,p,=1.3,初定,由表16-5,，得,X=0.56，Y=1.9,46,(2),求基本额定动载荷,(3),选择轴承型号,由,附录表,3,，按内径,d=40mm,选6308,轴承,Cr=40800N,Crc,，C,0r,=24000N,Fa/C,0r,=0.0375,仍满足,结论：选用深沟球轴承,6308,47,慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。,基本额定静载荷,C,0,：,使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。,当量静载荷,P,0,：,P,0,=X,0,Fr+Y,0,Fa,静载荷计算：,S,0,静强度安全系数，表,13-8,S,0,1,？,9.5,滚动轴承的静载荷,48,9.6,一支撑处成对安装的角接触轴承的滚动轴承的寿命计算,计算按一个双列角接触轴承进行：,基本额定动载荷：,X、Y,按双列轴承选用，,e,按单列轴承选用,49,