機(jī)械設(shè)計(jì)第十三章ppt課件

1、第十三章 滾動(dòng)軸承,電子科技大學(xué) 凌丹,軸承 支承軸及軸上零件 保證軸的旋轉(zhuǎn)精度 減少軸與支承之間的摩擦與磨損,與滑動(dòng)軸承相比 優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、啟動(dòng)容易、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便、易于更換； 缺點(diǎn)：抗沖擊能力差、工作時(shí)有震動(dòng)和噪聲、有些場(chǎng)合不適用,設(shè)計(jì)時(shí)所要解決的主要問(wèn)題 軸承本身的設(shè)計(jì) 根據(jù)工作條件，選擇類型及尺寸； 軸承壽命校核 滾動(dòng)軸承裝置的設(shè)計(jì) 與滾動(dòng)軸承安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的零件組合方案的設(shè)計(jì),本章內(nèi)容,概述 滾動(dòng)軸承的基本類型和及其代號(hào) 滾動(dòng)軸承的類型的選擇 滾動(dòng)軸承的工作情況 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 軸承裝置的設(shè)計(jì) 例題,內(nèi)圈1 外圈2 滾動(dòng)體3 保持架4,1. 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu),

2、滾動(dòng)軸承的附加結(jié)構(gòu),2. 滾動(dòng)軸承各部分的作用,內(nèi)圈與軸頸配合； 外圈與軸承座孔配合； 內(nèi)圈外表面和外圈內(nèi)表面上有滾道，滾動(dòng)體在滾道上滾動(dòng)。 保持架均勻分隔各滾動(dòng)體，避免各滾動(dòng)體直接接觸造成嚴(yán)重磨損,保持架的功能,防止與滾動(dòng)元件的直接接觸，使摩擦和熱量生成降到最低 引導(dǎo)滾動(dòng)體在滾道上運(yùn)轉(zhuǎn) 提供潤(rùn)滑空間 在安裝或拆卸可分離軸承時(shí)，固定滾動(dòng)元件,3. 軸承各部分的材料,內(nèi)外圈、滾動(dòng)體 強(qiáng)度高、耐磨的鉻錳高碳鋼。 保持架 沖壓保持架和實(shí)體保持架 沖壓保持架：低碳鋼板沖壓后鉚接或焊接。 實(shí)體保持架：銅合金、鋁合金或塑料切削加工,4.常用滾動(dòng)體的類型,球形、圓柱形、鼓形、圓錐形、滾針形、非對(duì)稱球面,本章

3、內(nèi)容,概述 滾動(dòng)軸承的基本類型和及其代號(hào) 滾動(dòng)軸承的類型的選擇 滾動(dòng)軸承的工作情況 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 軸承裝置的設(shè)計(jì) 例題,1、滾動(dòng)軸承的主要類型,按照滾動(dòng)體的形狀 球軸承 滾子軸承 按照承受載荷的方向 向心軸承：主要承受徑向載荷 推力軸承：主要承受軸向載荷 向心推力軸承：可以承受兩個(gè)方向的載荷,滾動(dòng)軸承的公稱接觸角,滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與軸承徑向平面的夾角稱為公稱接觸角，簡(jiǎn)稱接觸角a,軸線,軸線,軸線,我國(guó)機(jī)械工業(yè)常用軸承,1調(diào)心球軸承 2調(diào)心滾子軸承 3圓錐滾子軸承 5推力球軸承 6深溝球軸承,7角接觸球軸承 8推力圓柱滾子軸承 N圓柱滾子軸承 NA滾針軸承 NU 外球面軸承,2、各種

4、滾動(dòng)軸承的性能,調(diào)心球軸承 1,主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量的雙向的軸向載荷； 外圈滾道為球面，具有自動(dòng)調(diào)心性能,self-aligning ball bearing,調(diào)心滾子軸承 2,具有調(diào)心作用(12.5 )，主要承受徑向載荷，能承受少量的軸向載荷，承載能力比調(diào)心球軸承高,self-aligning roller bearing,圓錐滾子軸承 3,可同時(shí)承受徑向載荷和單向軸向載荷，承載能力大,Fa,Fr,Taped roller bearing,推力球軸承 51（單列）、52（雙向,只能承受軸向載荷，載荷作用線必須與軸線重合,Thrust Ball Bearing,軸圈,軸圈,座圈,

5、座圈,座圈,推力球軸承 51（單列）、52（雙向,軸圈：與軸配合 座圈：與機(jī)座配合 軸圈內(nèi)徑小于座圈內(nèi)徑,深溝球軸承 6,主要承受徑向載荷，能承受少量的軸向載荷。大量生產(chǎn)，價(jià)格最低,Deep Groove Ball Bearing,角接觸球軸承 7,可承受徑向載荷和單向軸向載荷。 一般成對(duì)使用，接觸角越大，承受軸向載荷的能力越高,70000C a =15 70000AC a =25 70000B a =40,Angular Contact Bearing,推力圓柱滾子軸承 8,能承受很大的單向軸向載荷,Thrust Roller Bearing,Thrust Roller Bearing,Fa

6、,軸向力的方向：由軸圈指向座圈,圓柱滾子軸承 N,N,NU,NJ,只能承受徑向載荷。由于滾動(dòng)體與內(nèi)外圈是面接觸，承載能力比深溝球軸承大,Cylindrical Roller Bearing,Fr,滾針軸承 NA RNA,徑向尺寸很小、只能承受徑向載荷，承載能力高于圓柱滾子軸承和深溝球軸承,Needle Roller Bearing,滾針推力滾子軸承,小 結(jié),球軸承與滾子軸承相比， 球軸承允許的極限轉(zhuǎn)速較高（球形滾動(dòng)體的重量較輕） 滾子軸承承受的載荷較大（滾子滾動(dòng)體與內(nèi)外圈線接觸）。 下列軸承主要承受徑向載荷，能承受少量的雙向軸向載荷 深溝球軸承 調(diào)心球軸承 調(diào)心滾子軸承,下列軸承只能承受徑向載

7、荷 圓柱滾子軸承 滾針軸承 下列軸承能承受軸向（單向）和徑向的聯(lián)合載荷 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承 下列軸承只能承受軸向載荷 推力球軸承 推力圓柱滾子軸承,3、滾動(dòng)軸承的代號(hào),代號(hào)：表示類型、結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級(jí)、技術(shù)性能等特征的產(chǎn)品代號(hào),類型代號(hào),尺寸代號(hào),尺寸系列代號(hào)由寬(高)度系列代號(hào)（基本代號(hào)左起第位）和直徑系列代號(hào)(基本代號(hào)左起第位)組合而成,直徑與寬度系列,直徑系列,寬度系列,高度系列,尺寸系列,寬度系列,直徑系列,向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號(hào),直徑系列代號(hào),推力軸承,向心軸承,0 1,0) 0 (0) 1,10 11,20 21,10 11,2,3,4,特輕,輕,中,重,

8、0) 2,0) 3,0) 4,12,13,22,23,24,12,13,14,22,23,24,0,1,2,1,2,窄,正常,寬,正常,尺寸系列代號(hào),寬度系列代號(hào),高度系列代號(hào),內(nèi)徑代號(hào),后置代號(hào),軸承游隙,徑向游隙,軸向游隙,溫度對(duì)軸承游隙的影響,安裝對(duì)軸承游隙的影響,壓縮,擴(kuò)張,減小的徑向游隙,安裝游隙小于原始游隙,滾動(dòng)軸承代號(hào)示例 1,6 2 2 03,公差等級(jí)為0級(jí); 游隙組為0組,7 (0) 3 12 AC / P6,游隙組為0組,滾動(dòng)軸承代號(hào)示例 2,3 0 2 13,公差等級(jí)為0級(jí); 游隙組為0組,軸承的各部分尺寸,軸承的各部分尺寸,本章內(nèi)容,概述 滾動(dòng)軸承的基本類型和及其代號(hào)

9、滾動(dòng)軸承的類型的選擇 滾動(dòng)軸承的工作情況 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 軸承裝置的設(shè)計(jì) 例題,運(yùn)行條件,現(xiàn)有空間,不對(duì)心,速度,壽命,負(fù)荷大小/方向/性質(zhì),13-3 滾動(dòng)軸承類型的選擇,一、 考慮軸承的載荷,載荷大小 滾子軸承線接觸承載能力強(qiáng) 球軸承點(diǎn)接觸承載能力較低 載荷方向 純徑向載荷： 深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承 純軸向載荷： 推力球軸承或推力滾子軸承 徑向與軸向聯(lián)合載荷： 角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承,二、 軸承的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速過(guò)高,溫度,潤(rùn)滑失效,滾動(dòng)體回火或膠合破壞,極限轉(zhuǎn)速-滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤(rùn)滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。具體可查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)或軸承樣本,選用原則： 1. 球軸承比

10、滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承,2. 在高速時(shí)，以選用超輕、特輕及輕系列的軸承；內(nèi)徑相同時(shí)，外徑越小，滾動(dòng)體就越輕小，產(chǎn)生的離心慣性力也小,3. 保持架的材料對(duì)軸承轉(zhuǎn)速影響極大，實(shí)體保持架比沖壓保持架允許有更高一些的轉(zhuǎn)速,4. 推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，若軸向載荷不是十分大，可以采用角接觸球軸承來(lái)承受純軸向力,5. 若工作轉(zhuǎn)速超過(guò)了軸承樣本，可以用提高公差等級(jí)、適當(dāng)增大游隙、選用循環(huán)冷卻等方法,調(diào)心軸承的外圈滾道表面是球面，能自動(dòng)補(bǔ)償兩滾道軸心線的角偏差，從而保證軸承正常工作。 滾針軸承對(duì)軸線偏斜最為敏感，應(yīng)盡可能避免在軸線有偏斜的情況下使用,三、軸承的調(diào)心性能,由于安裝

11、原因造成 軸承內(nèi)外圈中心線之間的相對(duì)傾斜角稱為角偏差。各類軸承內(nèi)圈軸線相對(duì)于外圈軸線的角偏差限度不同,角偏差產(chǎn)生的原因： 軸剛度差、撓曲變形大，座孔軸線不平行或不同軸、多支點(diǎn)軸,兩軸孔中心線相交,兩軸孔不同軸,軸發(fā)生撓曲變形,軸承選型舉例,1）直齒圓柱齒輪軸,2）斜齒輪、錐齒輪、蝸輪軸,3）懸臂圓錐齒輪軸,4）蝸桿軸,本章內(nèi)容,概述 滾動(dòng)軸承的基本類型和及其代號(hào) 滾動(dòng)軸承的類型的選擇 滾動(dòng)軸承的工作情況 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 軸承裝置的設(shè)計(jì) 例題,一、軸承工作時(shí)軸承元件上的載荷分布,徑向力Fr通過(guò)軸徑傳給向心軸承的內(nèi)圈，位于上半圈的滾動(dòng)體不會(huì)受力（非承載區(qū)）； 下半圈的滾動(dòng)體將此載荷傳到外圈上（承

12、載區(qū),向心軸承承受徑向載荷,在處于Fr作用線上的接觸點(diǎn)處接觸載荷最大，兩邊逐漸減小,徑向游隙的存在使實(shí)際承載區(qū)的范圍小于180,游隙較小,游隙較大,一、軸承工作時(shí)軸承元件上的載荷分布,二、滾動(dòng)體的應(yīng)力變化情況,接觸應(yīng)力為穩(wěn)定脈動(dòng)循環(huán),接觸應(yīng)力為周期性非穩(wěn)定循環(huán),O,載荷作用中心,可查軸承標(biāo)準(zhǔn),Fd 內(nèi)部軸向力，是由于結(jié)構(gòu)原因而產(chǎn)生的附加內(nèi)部軸向力。其大?。翰楸?，方向：如圖,Fd使內(nèi)外圈有分離趨勢(shì)，向心推力軸承必須： 成對(duì)使用，對(duì)稱安裝,三、派生軸向力的產(chǎn)生,角接觸向心軸承在承受徑向載荷時(shí)，要產(chǎn)生派生軸向力Fd，F(xiàn)d的方向總是由外圈的寬邊指向窄邊。 派生軸向力的大小取決于該軸承所受的徑向載荷和軸

13、承的結(jié)構(gòu),派生軸向力的計(jì)算,兩種安裝方式,正裝（面對(duì)面安裝,反裝（背對(duì)背安裝,簡(jiǎn)圖,兩外圈寬邊相對(duì),兩外圈窄邊相對(duì),反裝（背靠背安裝,正裝（面對(duì)面安裝,說(shuō) 明,圓錐滾子軸承和角接觸球軸承總是在徑向和軸向載荷聯(lián)合作用下工作。 各滾動(dòng)體外圈反力的軸向分量構(gòu)成軸承的派生軸向力，使外圈與滾動(dòng)體和內(nèi)圈組合體有分離的趨勢(shì)，即產(chǎn)生軸向竄動(dòng)量。 軸上的外部軸向載荷將阻止這種分離趨勢(shì)，減輕軸向竄動(dòng)量，并使下半圈盡可能多的滾動(dòng)體受載,本章內(nèi)容,概述 滾動(dòng)軸承的基本類型和及其代號(hào) 滾動(dòng)軸承的類型的選擇 滾動(dòng)軸承的工作情況 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 軸承裝置的設(shè)計(jì) 例題,13.5 滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算,失效形式 軸承壽命 基本

14、額定動(dòng)載荷 軸承壽命計(jì)算公式 當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 角接觸軸承軸向載荷的計(jì)算 滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算,一、失效形式,點(diǎn)蝕,金屬疲勞：長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)應(yīng)力 在使用時(shí)，軸承材料受到循環(huán)的壓應(yīng)力 即使是正確維護(hù)使用的軸承也會(huì)出現(xiàn)失效,一、失效形式,其它失效形式 永久變形 磨粒磨損 膠合 由于安裝時(shí)操作不當(dāng)、維護(hù)不當(dāng)。引起軸承元件的破裂等其他失效形式,保持架與滾動(dòng)體摩擦產(chǎn)生的磨損,外圈滾道塑性變形,內(nèi)圈脹裂,內(nèi)圈滾道磨損,安裝不當(dāng)占軸承提前失效原因的16,潤(rùn)滑不當(dāng)占軸承提前失效原因的36,潤(rùn)滑不當(dāng)包括以下三種類型: 1、填充量錯(cuò)誤: 過(guò)多 過(guò)少 2、潤(rùn)滑脂的選型錯(cuò)誤: 性能質(zhì)量達(dá)不到要求 不能適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用需要

15、 3、污染: 雜質(zhì)混入潤(rùn)滑脂中 操作不當(dāng)(工作環(huán)境臟污,滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,中、高速下運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承(n10 r/min) 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。即保證軸承在規(guī)定的壽命期內(nèi)不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕,對(duì)于轉(zhuǎn)速很低（n 10r/min)或在一定角度內(nèi)緩慢擺動(dòng)的軸承按靜強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，即保證軸承在工作中不發(fā)生超過(guò)允許的塑性變形,高速下運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承除按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還應(yīng)校核極限轉(zhuǎn)速,二、軸承的壽命,軸承中任一元件出現(xiàn)點(diǎn)蝕疲勞破壞之前所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)（以106轉(zhuǎn)為單位）或在某一轉(zhuǎn)速下工作的總小時(shí)數(shù)，稱為軸承的壽命,軸承的基本額定壽命,基本額定壽命L10 ：一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕以前

16、能運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)（以106轉(zhuǎn)為單位）或在一定轉(zhuǎn)速下工作的總小時(shí)數(shù)Lh,物理意義： 1）對(duì)一批軸承而言：指90%軸承能達(dá)到或超過(guò)的壽命。 2）對(duì)一個(gè)具體軸承而言：該軸承能達(dá)到或超過(guò)該壽命的概率為90,短時(shí)間或間斷使用，中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果 30008000,間斷使用，中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重后果 800012000,每天8h工作的機(jī)械 1200020000,每天24h連續(xù)工作的機(jī)械 4000060000,每天24h連續(xù)工作的機(jī)械 ,中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重后果 100000200000,基本額定動(dòng)載荷：使軸承的基本額定壽命達(dá)到106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所承受的載荷，用字母C表示。 對(duì)向心軸承 徑向基本額定動(dòng)載荷 Cr 對(duì)推

17、力軸承 軸向基本額定動(dòng)載荷 Ca 對(duì)向心角接觸軸承載荷的徑向分量。 不同型號(hào)的軸承有不同的基本額定動(dòng)載荷，表征了不同型號(hào)軸承承受載荷能力的大小,三、 軸承的基本額定動(dòng)載荷,通過(guò)試驗(yàn)得出如圖所示6208軸承的載荷壽命曲線,曲線上對(duì)應(yīng)于 Lh=106 的載荷為: 29.5KN,四、 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式,載荷-壽命曲線的公式,基本額定壽命,軸承轉(zhuǎn)速，r/min,當(dāng)量動(dòng)載荷，N,基本額定動(dòng)載荷，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè),預(yù)期壽命，查表,基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值,工作溫度高于120C時(shí),引入溫度系數(shù)ft（ 表134,修正后的計(jì)算公式,五、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷是在一定試驗(yàn)條件下確定的。

18、 將工作中的實(shí)際載荷換算為與基本額定動(dòng)載荷條件相同的當(dāng)量動(dòng)載荷P才能進(jìn)行計(jì)算軸承壽命。 當(dāng)量動(dòng)載荷P是一個(gè)假想的載荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷P作用下的軸承的壽命與工作中實(shí)際載荷作用下的壽命相同,對(duì)只能承受徑向載荷的向心軸承，如圓柱滾子軸承、滾針軸承， P=Fr，即Y=0,對(duì)只能承受純軸向力的推力軸承： P = Fa 即X=0,五、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,表 13-5 動(dòng)載荷系數(shù) X、Y,五、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,五、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,考慮到工作中的沖擊和振動(dòng)會(huì)使軸承壽命降低，為此又引進(jìn)載荷系數(shù)fP,載荷系數(shù) fP,六、 軸承徑向載荷和軸向載荷的確定,徑向載荷Fr是外界作用在軸上的徑向載荷在各軸承上產(chǎn)生

19、的徑向支反力,即：該軸承的水平面內(nèi)的支反力與垂直面內(nèi)的支反力的矢量和，近似認(rèn)為支反力的作用點(diǎn)位于軸承寬度的中點(diǎn)處,1. 軸承的徑向載荷,2. 軸向載荷的確定,軸向載荷并不完全由外界作用在軸上的軸向作用力產(chǎn)生。 深溝球軸承的軸向載荷由作用在軸上的總軸向力Fae決定, Fae 指向的軸承Fa= Fae ，另一軸承所受軸向力為零,角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向力由外界作用在軸上的總軸向力和派生軸向力的平衡條件決定,例題,某軸由一對(duì)代號(hào)為6210深溝球軸承支承，已知，軸受徑向外載荷FR15000N，軸向外載荷Fae1500N ，求兩軸承的軸向載荷Fa,Fae指向軸承2，則Fae由軸承2承受，軸承1不承

20、受軸向載荷，即,例題,一農(nóng)用水泵，決定選用深溝球軸承，軸頸直徑d=35mm，轉(zhuǎn)速n=1400r/min，已知徑向載荷Fr=1810N，軸向載荷Fa=740N，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=3000h，試選擇軸承的型號(hào),解：1.安裝軸承的軸頸為35mm，試選用6007軸承，查表確定該軸承的Cr = 16.2 kN，Cor = 10.5kN。 則： Fa/Fr74018100.41,相對(duì)軸向載荷,工作機(jī)為水泵，則取fp=1.1，ft=1,查表,1.若 Fae+ Fd2 Fd1 軸與內(nèi)圈和滾動(dòng)體有右移趨勢(shì),壓緊端：Fa1 = Fae+ Fd2,放松端：Fa2 = Fd2,外圈窄邊相對(duì)安裝 (正裝,向心推力軸承的

21、軸向力計(jì)算,2.若 Fae+Fd2 Fd1,放松端： Fa1 = Fd1,壓緊端： Fa2 = Fd1 - Fae,結(jié)論： 放松端軸承的軸向載荷 = 自身派生軸向力 壓緊端軸承的軸向載荷 = 其余軸向力的代數(shù)和,1. 若 Fae+ Fd2 Fd1 則有,壓緊端：Fa1 = Fae+ Fd2,放松端：Fa2 = Fd2,2.若 Fae+Fd2 Fd1 ,則有,放松端： Fa1 = Fd1,壓緊端： Fa2 = Fd1 - Fae,結(jié)論與正裝相同： 放松端軸承的軸向載荷 = 內(nèi)部軸向力,壓緊端軸承的軸向載荷 = 其余軸向力的代數(shù)和,計(jì)算向心角接觸軸承軸向載荷的步驟,計(jì)算各軸承的徑向支反力 計(jì)算各軸承的派生軸向力及方向 根據(jù)軸承安裝方式和 各力合力指向，判定“壓緊端”和“放松端”。