第13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,*,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,6,、静载荷计算（自学）,7,、极限转速（自学）,8,、成对安装角接触轴承的计算特点（自学）,9,、滚动轴承组合设计,第十三章 滚动轴承,1,、概述,标准件,、专门轴承厂生产，只需选型和组合设计。,一、构造,核心元件,：滑动,滚动,使滚动体等距离分布，,滚动体间的摩擦、磨损。,滚子轴承,：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针,线接触,保持架,内圈,外圈,滚动体,有时无,球轴承,：球,点接触,二、材料,内外圈、滚动体：强度高、耐磨的铬锰高碳钢。,保持架：软材料，低碳钢板冲压后铆接或焊接。,三、特点：与滑动轴承比较,优点：,1,）起动力矩小，可在负载下起动；,2,）径向游隙较小，运动精度高；,3,）轴向宽度较小；,4,）可同时承受径向、轴向载荷,轴承组合较简单,;,5,）便于密封、易于维护；,6,）不需有色金属，标准件，成本低。,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,）有的场合无法使用；,基本代号,前置代号,后置代号,类型代号,内径代号,尺寸系列代号,数字,或,字母,表示不同类型的轴承,表示,结构、内径相同,的轴承,在外径和宽度（高度,）方面的变化系列,表示轴承,公称直径,的大小,20480mm,代号,5=,内径,mm,有特殊要求时使用,表示轴承结构、形状、材料、公差等级等,2,、滚动轴承的代号（,GB/T27293,）,代号：表示类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等,特征,的产品代号。,但对圆锥滚子轴承,(3,类,),和调心滚子轴承,(2,类,),不能省略“,0,”,。,外径系列代号,：,特轻,(0,、,1),、轻,(2),、中,(3),、重,(4),。,宽度系列代号,：,一般正常宽度为“,0,”,，通常不标注。,公差等级代号：,公差分,2,、,4,、,5,、,6(6x),、,0,级，共五个级别。,以,/P2,、,/P4,、,/P5,、,/P6(/P6x),为代号，,0,级不标注,。,高级,低级,内径,d,10,12,15,17,代,号,00,01,02,03,内径代号特殊情况：,内部结构代号：具体见手册，主要掌握：,1,）圆锥滚子轴承：,30000(=1018),30000B(=2730,大锥角,),2,）角接触球轴承：,70000C,（,=15,）、,70000AC,（,=25,）、,70000B,（,=40,）。,3,）,E,：加强型,N207E,配置代号,有时轴承需成对安装。,举例：,7306AC/P4,角接触球轴承，,=20,，,d=30mm,，精度为,4,级,面对面（,/DF,）背对背,(/DB),串联,(/DT),6 2 1 2,N 2 2 0 8,尺寸系列代号为,2,表示轴承内径,8,5=40mm,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,表示轴承内径,12,5=60mm,尺寸系列代号为,22,3 3 3 1 5 E,表示轴承内径,15,5=75mm,圆锥滚子轴承,尺寸系列代号为,33,加强型,3,、滚动轴承的类型和选择,一、滚动轴承的主要类型,主要掌握：,5,、,50000,型,:,推力球轴承,单向：单向,F,a,双向：双向,F,a,1,、,60000,型,:,深沟球轴承,2,、,70000,型,:,角接触球轴承,70000AC,：,=25,70000C,：,=15,70000B,：,=40,4,、,N0000,型,:,圆柱滚子轴承,:,内外圈间可自由移动,3,、,30000,型,:,圆锥滚子轴承,6,、,调心,功能,10000,型：调心球,20000,型：调心滚子,外圈滚道为,内球面,按载荷方向、,的不用分为：,承受,轴向载荷,能力,向心轴承,=0 45,，主要,径向载荷,。,向心角接触轴承,：,，如,3,、,7,类；,径向接触轴承,：,=0,，如,6,、,N,类；,推力轴承,=4590,，主要,轴向载荷,；,轴向接触轴承,：,推力角接触轴承,：,公称,接触角,：套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线间夹角。,向心推力轴承,二、类型的选择,1,、球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。,承载能力：球轴承滚子轴承,耐冲击：球轴承滚子轴承,n,lim,：球轴承滚子轴承,载荷大、有冲击,时选,滚子轴承，转速高,时选,球轴承。,2,、载荷性质,同时,F,a,、,F,r,：,角接触球轴承,或,圆锥滚子轴承,；,F,r,大、,F,a,小：,深沟球轴承,；,F,a,大、,F,r,小：推力角接触轴承；,3,、轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：,调心轴承,。,座孔不平形,不同轴,挠曲变形,举例：,4,、轴承装拆、调整方便：内、外圈可分离型,(,如,3,、,QJ,类,),。,5,、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度,价,；,1,）直齿圆柱齿轮轴：,2,）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴：,3,）悬臂圆锥齿轮轴：,4,）蜗杆轴：,分别承受,Fa,、,Fr,5,）滑轮轴：,4,类：双列深沟球轴承,（,轴较长）,4,、滚动轴承的力分析、失效和计算准则,一、向心轴承中作用力的分布,由于内部游隙，最多只有半圈滚动体受载，且受载大小不同。,点接触轴承：,线接触轴承：,0,F,r,作用线下滚动体变形量。,由于：,i,0,F,2,F,1,F,0,1,、载荷分布,H,t,内圈或滚动体上某一点,H,的变化规律。,外圈上某一点,H,的变化规律。,H,t,均为,脉动循环。,2,、应力变化规律,二、,角接触轴承,中的附加轴向力,F,s,70000,型、,30000,型,由于“,公称接触角,”,存在：,F,r,作用,F,s,F,s,滚动体法向反力,F,i,径向分力,F,ri,轴向分力,F,si,（附加轴向力）,各种角接触轴承附加轴向力：,70000C,70000AC,70000B,30000,e,判断系数,P374,表,18.7,Y,轴向动载系数,P374,表,18.7,F,s,存在,30000,型、,70000,型轴承成对使用，使,F,s,与,F,s,方向相反，使轴受力合理。,F,s,方向,：由轴承,外圈的宽边指向窄边,，通过内圈作用于轴上,附加轴向力,F,s,是由于角接触轴承承受,径向力,F,r,引起的。,即“,接触线箭头,”方向。,3,类：,6,类：,=,F,s,=,F,s,F,s,F,s,F,s,F,s,F,s,F,s,简化画法,三、滚动轴承的失效,2,、塑性变形：静载荷、冲击作用下,变形凹坑。,3,、磨损：磨粒磨损、粘着磨损；,1,、,疲劳点蚀,：回转轴承上，各元件受,脉动,接触应力。,4,、其它：电腐蚀、锈蚀、元件破裂等；,四、滚动轴承计算准则,1,、一般条件下的回转滚动轴承：,接触疲劳,寿命计算,、静强度计算。,（重点、难点）,2,、摆动、,n,很低轴承,(,）：静强度计算,3,、高速轴承：寿命计算和,（,=N,0,修正系数）,三个基本性能参数：,C,r,、,C,a,基本额定动载荷：疲劳寿命,C,0r,、,C,0a,基本额定静载荷：静强度,N,0,极限转速：控制磨损,5,、滚动轴承的动载荷和寿命计算,一、基本额定动载荷和基本额定寿命,1,、,轴承寿命,：轴承中,任一元件,出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。,同型号轴承：,离散性大,、寿命相差数十倍。,一批轴承：服从一定的,概率分布,规律。,最低寿命：过于保守,采用,基本额定寿命,。,最长寿命：不安全,计算时，若按,2,、,基本额定寿命,：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中,10%,的轴承,发生疲劳点蚀,前运转的总转数（,L,10,），或一定工作转速下工作的小时数（,L,10h,）。,可靠度,R=90%,L,10,的物理意义：,1,）对一批轴承而言：指,90%,轴承能达到或超过的寿命。,2,）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为,90%,。,3,）当可靠度不为,90%,时，对,L,10,进行修正：,可靠性寿命修正系数,表,18.10,（,P380,）,3,、,基本额定动载荷,C,：,L,10,=10,6,r,时，轴承所能承受的最大恒定载荷。,即：在,C,作用下，轴承工作,10,6,r,而不点蚀失效的,R=90%,C,r,：,径向,基本额定动载荷,对向心轴承（,6,、,N,）：,C,r,纯径向载荷,对角接触轴承（,3,、,7,）：,C,r,载荷的径向分量,C,a,：,轴向,基本额定动载荷：,5,类,C,a,纯轴向载荷,C,1,）,C,由试验得出，查手册；,2,）,C,轴承抗疲劳承载能力,；同类不同型号轴承，,C,不同。,3,）设计时需满足：一定工况下的,轴承所需的,C,C,说明：,材质、工作温度、零件硬度变化：对,C,修正,温度系数,硬度系数,二、当量动载荷,实际工作时，轴承可能,同时受,F,a,、,F,r,将,F,r,、,F,a,转化为,与,C,性质相同,的载荷,当量动载荷,P,X,径向,动载系数,，,F,r,对寿命影响效应的大小；,Y,轴向,动载系数,，,F,a,对寿命影响效应的大小；,将,F,r,、,F,a,折合为,C,r,或,C,a,为了与,C,在相同条件下比较,转化,式中：,向心轴承：,P=F,r,；推力轴承：,P=,F,a,由表,18.7,知，,X,、,Y,受,e,轴向载荷“判断系数”,影响,由,确定,1,）当,时，,F,a,较小，忽略不计，取,X=1,、,Y=0,；,2,）当,时，需计入,F,a,影响，,X,1,，,Y,0,，查手册,考虑机器,冲击振动,，,P,的公式为：,f,d,冲击载荷系数（表,18.8,）,三、基本额定寿命,已知：,时，,。,时，,PL,曲线,寿命指数,球轴承：,=3,滚子轴承：,=10/3,工程中常用小时数表示寿命：,n,轴承转速,r/min,注意：,L,10h,与,n,有关，,L,10,与,n,无关,。,设计时，应：,若已知,，求得,（,N,）,查手册，选型号，使,用于校核寿命,用于设计选型,例,18.1,：,P376,轴承预期使用寿命,四、角接触轴承的载荷计算,1,、作用于轴上的外载荷,F,R,在,、,成对安装的轴承上产生径向载荷,F,r1,F,r2,轴上有外载荷：,F,R,和,F,A,F,r,作用点为“,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）,由前知：,F,r1,、,F,r2,F,s1,、,F,s2,（轴向）,产生,F,s1,、,F,s2,、,F,A,如何作用到轴承上？,2,、轴向载荷计算,正安装时：“,”,型,右端轴承“压紧”,左端轴承“放松”,（,1,）若,合力,右：轴有右移趋势,F,s1,F,s2,F,A,阻止轴右移：,F,s2,F,s2,左端“压紧”,右端“放松”,正安装,：合力指向端为“压紧端”,（,2,）,合力,左：轴有左移趋势,F,s1,F,s2,F,A,阻止轴左移：,F,s1,F,s1,反安装：,合力指向端为“放松端”,1,）根据轴承,安装方式,和,F,A,、,F,s1,、,F,s2,合力,指向，判定“,压紧端,”和“,放松端,”。,2,）,放松端,：,F,a,等于本身,F,s,。,3,）,压紧端,：,F,a,等于除本身,F,s,外，其它轴向力的代数和,。,反安装时：“,”,型,总结：,角接触滚动轴承寿命计算小结：,1,、求支反力（力平衡、力矩平衡）,F,r1,、,F,r2,；,2,、求,附加轴向力,F,s1,、,F,s2,(,对,3,类：,Y,取,时值,),3,、根据轴承,安装方式,及,合力的指向,判定“,压紧,”、“,放松,”端，求出,F,a1,、,F,a2,；,4,、根据,？：是,X,、,Y,查表，否,X=1,、,Y=0,？：是,X,、,Y,查表，否,X=1,、,Y=0,，,取,5,、校核式：,设计选择式：,深沟球轴承,：无,F,s,，,F,A,由,压紧端,承受，,即：,F,a,压紧,=F,A,，,F,a,放松,=0,球轴承：,=3,滚子轴承：,=10/3,F,A,F,R,6,、静载荷计算（自学）,7,、极限转速（自学）,8,、成对安装角接触轴承的计算特点（自学）,9,、滚动轴承组合设计,组合设计内容：,正确合理考虑轴承,安装、固定、调整、密封、润滑、轴系刚度、精度,问题。,组合设计要求：,固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。,轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承的组合。,6,类,一、滚动轴承轴系的固定,在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有“左移”、“右移”趋势，防止轴向窜动，三种固定结构：,1,、,两端单向固定,（双支点单向固定）,3,类和,7,类,安装时，轴承外圈与端盖,间隙：,0.250.4mm,很小，不必画出,允许轴少量热膨胀，用,垫片,或,调整螺钉,调节。,用于,t,不高,每个轴承承受,一个方向的轴向力,。,不大,的轴。,组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力,F,A,。,F,A,大,:,30000,70000,型,F,A,小,:,60000,型,轴承类型,2,、,一端双向固定,、,一端游动,（单支点双向固定）：,用于,t,较高,固定端,：,承受双向轴向力,（,6,；一对,3,、,7,类；向心推力组合）,大,的轴,补偿,（游动端自由伸缩）,游动端,：,补偿,，防止卡死,N,类,：滚子与外圈间游动,6,类,：外圈与座间游动,内圈与轴固定,6,类,6,类,N,类,6,类,N,类,一对,7,类,一对,3,类,6,类,向心推力组合,3,、,两端游动,与其相啮合的齿轮轴系：两端单向固定,（保证两轴都得到轴向定位）,用于需左、右双向游动的轴，如人字齿轮的小齿轮轴。,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,（大尺寸轴承）：热油,8090,加热轴承,或干冰,冷却轴颈,。,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,3/4,。,拆：专用拆卸器。,三、滚动轴承的安装方式及调整,1,、安装方式,正、反安装将影响轴系刚度。,正安装,：,面对面,安装,(“,”),安装调整方便,用得较多。,反安装,：,背对背,安装,(“,”),2,、轴承（轴系）调整,1,）,轴承间隙,的调整,2,）,轴系位置,的调整,锥齿轮传动,：要求两齿轮,锥顶重合,。,蜗杆传动,：要求,蜗轮中间平面通过蜗杆轴线,。,四、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,影响。,游隙,影响,运转精度,寿命,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）,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。,3,、与轴承相配合的轴与孔：较高的加工精度，形位,公差要求。,P391,、表,18.15,五、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,3,、轴承预紧,向心角接触轴承,预变形,预紧,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,加金属垫片 磨窄套圈 内外套筒宽度,预紧方法,4,、机架上安装轴承处加筋或增加厚度。,5,、,一根轴上，两个轴承尽量取同一型号,；若型号不同，则在小外径轴承外加一套圈，保证相同孔径，以便一次镗出，保证同心度。,六、润滑与密封,1,、润滑,目的：,1.,摩擦阻力、,磨损；,2.,吸振、冷却、防锈、密封等。,方式：,高速,油润滑,低速,脂润滑,高温、真空,固体润滑,由,速度因数,dn,查表,18.17,脂润滑：,装填量,轴承空间得,1/31/2,否则,摩擦发热,润滑剂：取决于速度、载荷、温度等。,载荷大、工作温度高时,高粘度油，易形成油膜；,dn,大或喷雾润滑,低粘度油，搅油损失小、冷却好。,2,、密封,目的：,1.,防止润滑剂从轴承中流失；,2.,防止灰尘、水分浸入。,分类：,接触式,线速度较低时用,注意结构图,静止件与运动件不能直接接触，,轴,与,端盖,间应有间隙。,毡圈密封，脂润滑,v,5m/s,密封圈密封，油润滑,v,412m/s,非接触式,不受速度限制,