機(jī)械設(shè)計(jì)課件濮良貴版本13

1、第十三章 滾動(dòng) 軸承13-1 概述13-2 滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)13-3 滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇13-4 滾動(dòng)軸承的工作情況13-5 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇13-6 軸承裝置的設(shè)計(jì)13-7 滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承性能對(duì)照13-8 滾動(dòng)軸承例題分析概述 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的（例如：轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪與軸）。概 述滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)精度高、啟動(dòng)力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件，選用方便。本章主要講授： 滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和代號(hào)（認(rèn)識(shí)軸承）； 滾動(dòng)軸承的選用（包括類(lèi)型選擇、尺寸選擇、承載能力驗(yàn)算）； 滾動(dòng)軸承的裝置設(shè)計(jì)。滾動(dòng)軸承的構(gòu)成：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等虛擬演

2、示(各類(lèi)滾動(dòng)體)類(lèi)型和代號(hào)1滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)一、滾動(dòng)軸承的分類(lèi)夾角叫作軸承的接觸角；夾角叫作載荷角。 按滾動(dòng)體的不同分類(lèi)：球軸承、滾子軸承； 按可承受的外載荷分類(lèi)：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承； 按軸承的結(jié)構(gòu)形式不同分類(lèi)：類(lèi)型和代號(hào)2滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中，滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式有很多。作為標(biāo)準(zhǔn)的滾動(dòng)軸承，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中分為13類(lèi)，其中，最為常用的軸承大約有下列類(lèi):深溝球軸承圓柱滾子軸承推力球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承調(diào)心球軸承更多的滾動(dòng)軸承虛擬現(xiàn)實(shí)中的滾動(dòng)軸承類(lèi)型和代號(hào)3二、滾動(dòng)軸承的代號(hào)方法滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)前置代號(hào) 基本代號(hào) 后置代號(hào) 軸承的分部件代號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3、代號(hào)密封與防塵結(jié)構(gòu)代號(hào)保持架及其材料代號(hào)特殊軸承材料代號(hào)公差等級(jí)代號(hào)游隙代號(hào)多軸承配置代號(hào)其它代號(hào)五四三二一類(lèi)型代號(hào)尺寸系列代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)寬度系列代號(hào)直徑系列代號(hào)滾動(dòng)軸承代號(hào)構(gòu)成：代號(hào)用于表征滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類(lèi)型、精度等，由GB/T272規(guī)定。 前置代號(hào)表示軸承的分部件?；敬?hào)表示軸承的類(lèi)型與尺寸等主要特征。后置代號(hào)表示軸承的精度與材料的特征。 類(lèi)型和代號(hào)4 內(nèi)徑代號(hào)：內(nèi)徑代號(hào)5=內(nèi)徑，如：08表示軸承內(nèi)徑d=508=40mm。 類(lèi)型代號(hào)：常用軸承代號(hào)為3、5、6、7、N五類(lèi)，詳細(xì)代號(hào)查閱類(lèi)型代號(hào)表。 公差等級(jí)代號(hào)：公差分2、4、5 、6(6x)、 0級(jí)，共五個(gè)級(jí)別 。以/P2 、/P4

4、、 /P5、 /P6(/P6x)為代號(hào)，0級(jí)不標(biāo)注 。 游隙代號(hào)：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六個(gè)組別。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5為代號(hào)，0組不標(biāo)注。 滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)高級(jí) 低級(jí) 游隙值：小 大 內(nèi)徑 d10121517代 號(hào)00010203特殊情況： 尺寸系列代號(hào)：表達(dá)相同內(nèi)徑但外徑和寬度不同的軸承。但對(duì)圓錐滾子軸承(3類(lèi))和調(diào)心滾子軸承(2類(lèi))不能省略“0”。外徑系列代號(hào)：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列代號(hào)：一般正常寬度為“0”，通常不標(biāo)注。 類(lèi)型和代號(hào)5滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型和代號(hào)三、軸承代號(hào)示例6308：6深溝球軸承，3中

5、系列，08 內(nèi)徑d=40mm， 公差等級(jí)為0級(jí)，游隙組為0組； N105/P5： N圓柱滾子軸承，1特輕系列，05內(nèi)徑d=20mm，公差等級(jí)為5級(jí)，游隙組為0組；7214AC/P4： 7角接觸球軸承，2輕系列，14內(nèi)徑d=70mm，公差等級(jí)為4級(jí)，游隙組為0組，公稱(chēng)接觸角=15；30213：3圓錐滾子軸承，2輕系列，13內(nèi)徑d=65mm，0正常寬度(0不可省略)，公差等級(jí)為0級(jí)，游隙組為0組；6103： 6深溝球軸承，1特輕系列，03內(nèi)徑d=17mm，公差等級(jí)為0級(jí)，游隙組為0組；注：滾動(dòng)軸承代號(hào)比較復(fù)雜，上述代號(hào)僅為最常用的、最有規(guī)律的部分。具體應(yīng)用時(shí)，若遇到看不懂的代號(hào)時(shí)，應(yīng)查閱GB/T2

6、72-93。 類(lèi)型代號(hào)表滾動(dòng)軸承主要類(lèi)型代號(hào)表6深溝球軸承L直線(xiàn)軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號(hào)軸承類(lèi)型代號(hào)軸承類(lèi)型類(lèi)型選擇1滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇選擇軸承的類(lèi)型和直徑系列按軸徑確定軸承內(nèi)徑滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件，同學(xué)們應(yīng)能在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)使用的要求較合理地選擇滾動(dòng)軸承的類(lèi)型與規(guī)格。一、滾動(dòng)軸承選擇的一般過(guò)程如下：對(duì)沒(méi)有嚴(yán)格要求的軸承可不進(jìn)行承載能力驗(yàn)算END進(jìn)行承系能力驗(yàn)算合格不合格對(duì)有較嚴(yán)格要求的軸承 類(lèi)型選擇2滾動(dòng)軸承的類(lèi)型

7、選擇二、滾動(dòng)軸承類(lèi)型選擇應(yīng)考慮的問(wèn)題1承受載荷情況2尺寸的限制3轉(zhuǎn)速的限制4調(diào)心性要求方向：向心軸承用于受徑向力；推力軸承用于受軸向力；向心推力軸承用于承受徑向力和周向力聯(lián)合作用。大小：滾子軸承或尺寸系列較大的軸承能承受較大載荷；球軸承或尺寸系列較小的軸承則反之。當(dāng)對(duì)軸承的徑向尺寸有較的嚴(yán)格限制時(shí)，可選用滾針軸承。球軸承和輕系列的軸承能適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，滾子軸承和重系列的軸承則反之；推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低。調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿(mǎn)足一定的調(diào)心要求。 工作情況1滾動(dòng)軸承的工作情況滾動(dòng)軸承工作時(shí)，并非所有滾動(dòng)體都同時(shí)受載。 滾動(dòng)體同時(shí)受載的程度與軸承所受的徑向力和軸向力的大小有關(guān)，一般以控制約

8、半圈滾動(dòng)體同時(shí)受載為宜（如右圖所示）。工作時(shí)，軸承各個(gè)元件上載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時(shí)時(shí)變化的，而固定套圈受載最大處的工作狀態(tài)最為惡劣。向心推力軸承在純徑向力Fr的作用下會(huì)產(chǎn)生派生軸向力Fd。當(dāng)約有半圈滾動(dòng)體受載時(shí)，F(xiàn)d計(jì)算如下：圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(a=15)70000AC(a =25)70000B(a =40)Fd=Fr(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr向心推力軸承實(shí)際承受的軸向力Fa取決于產(chǎn)生派生軸向力Fd和外加于軸承的軸向力Fae，其關(guān)系式為： Fa maxFd ， Fae詳細(xì)分析詳細(xì)分析 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇1滾動(dòng)軸承尺寸的選擇滾動(dòng)軸承尺寸的選擇取決于軸

9、承承受的載荷、對(duì)軸承壽命要求以及可靠性的要求等。滾動(dòng)軸承的載荷有動(dòng)載荷與靜載荷之分，不同的載荷對(duì)應(yīng)著不同的失效形式。載荷及失效形式的分析是本節(jié)的重要內(nèi)容。滾動(dòng)軸承的壽命主要是指軸承的疲勞壽命，由于疲勞壽命與概率密切相關(guān)率，因此軸承的壽命必然與可靠性問(wèn)題相關(guān)。本節(jié)從以下方面講述滾動(dòng)軸承尺寸的選擇： 滾動(dòng)軸承的失效形式 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 向心推力軸承的軸向力計(jì)算 滾動(dòng)軸承的靜承載能力 滾動(dòng)軸承尺寸選擇的過(guò)程 滾動(dòng)軸承的可靠度 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇2滾動(dòng)軸承尺寸的選擇一、滾動(dòng)軸承的失效形式套圈和滾動(dòng)體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承最基本和常見(jiàn)的失效形式，是作為滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。

10、點(diǎn)蝕膠合斷裂u 轉(zhuǎn)速較高而潤(rùn)滑油不足時(shí)引起軸承燒傷；u 潤(rùn)滑油不清潔而使?jié)L動(dòng)體和滾道過(guò)度磨損；u 裝配不當(dāng)而使軸承卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)各種類(lèi)型的失效，下列為常見(jiàn)的失效形式：磨損除了點(diǎn)蝕以外，軸承還可能發(fā)生其它多種的失效形式。例如：這些失效形式可以通過(guò)加強(qiáng)裝配過(guò)程管理等措施來(lái)克服。更多的失效 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇3滾動(dòng)軸承尺寸的選擇二、滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命是指軸承的滾動(dòng)體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。顯然，通常談的滾動(dòng)軸承壽命是指滾動(dòng)軸承的疲勞壽命。與一般結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命一樣，滾動(dòng)軸承的疲勞壽命的離散性也是相當(dāng)大的（見(jiàn)右

11、圖）。u 基本額定壽命基本額定壽命：具有90可靠度時(shí)軸承的壽命，用L10表示。u 基本額定動(dòng)載荷基本額定動(dòng)載荷：使軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用字母C表示。u 基本額定壽命計(jì)算式基本額定壽命計(jì)算式。為軸承的工作轉(zhuǎn)速載荷；為軸承所承受的當(dāng)量動(dòng)（滾子軸承）；（球軸承）；其中：min)/(3103rnP100 90 80 70 60 5040 30 20 10 0151020未失效軸承數(shù)量%軸承的壽命/（106r）)10(610rPCL)(60106hPCnLh或 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇4滾動(dòng)軸承尺寸的選擇三、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)把作用在軸承上的實(shí)際

12、載荷轉(zhuǎn)換為與確定軸承C值的載荷條件相一致當(dāng)量動(dòng)載荷當(dāng)量動(dòng)載荷（用字母P表示）。各類(lèi)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷可按下式計(jì)算：arYFXFP式中：Fr與Fa分別為軸承實(shí)際承受的徑向載荷與軸向載荷 X、Y分別為軸承的徑向動(dòng)載荷系數(shù)與軸向動(dòng)載荷系數(shù)(查表） 為了計(jì)及實(shí)際載荷波動(dòng)的影響，可對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷乘上一個(gè)載荷系數(shù) f p 。)(arPYFXFfP：即載荷性質(zhì)載荷系數(shù) f p舉例無(wú)沖擊或輕微沖擊1.01.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8機(jī)床、車(chē)輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷?yè)P(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊1.83.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇5滾動(dòng)軸承

13、尺寸的選擇四、向心推力軸承的軸向力計(jì)算當(dāng)FaeFd2Fd1時(shí)，相當(dāng)于軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，軸承1的軸向力為Fa1FaeFd2 軸承2的軸向力為Fa2Fd2當(dāng)FaeFd2Fd1時(shí)，相當(dāng)于軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊”，軸承1的軸向力為Fa1Fd1 軸承2的軸向力為Fa2Fd2Fae 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇6滾動(dòng)軸承尺寸的選擇向心推力軸承所受軸向力Fa的計(jì)算方法可以歸納為： 由派生軸向力及外加軸向力的計(jì)算與分析，判斷被“放松”或被“壓緊”的軸承；向心推力軸承所受軸向力Fa的計(jì)算方法也可以歸納為： 就一個(gè)支點(diǎn)的軸承而言，對(duì)比其本身派生軸向力與外加軸向力（另一支點(diǎn)的派生軸向力與外加軸向力

14、之合力），其較大者為該軸承的軸向力。aeddaaeddaFFFFFFFF122211,max,maxFa與Fd2同向取“+”Fa與Fd1同向取“+”即： 確定被“放松”軸承的軸向力僅為其本身派生的軸向力； 被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身派生的軸向力后其余各軸向力之合力。 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇7滾動(dòng)軸承尺寸的選擇五、滾動(dòng)軸承的靜承載能力對(duì)于在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動(dòng)的軸承，其失效形式不是疲勞點(diǎn)蝕，而是因滾動(dòng)接觸面上的接觸應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)大的塑性變形。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)每一種規(guī)格的滾動(dòng)軸承規(guī)定了一個(gè)不應(yīng)超過(guò)得載荷界限基本額定靜載荷，用C0表示。軸承上作用的徑向載荷Fr與軸向載荷F

15、a應(yīng)折合成一個(gè)當(dāng)量靜載荷P0即： P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，可由軸承手冊(cè)查取。按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為：000PSC 式中：S0為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，可由設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇8滾動(dòng)軸承尺寸的選擇六、滾動(dòng)軸承尺寸選擇的過(guò)程由力分析確定軸承所承受的Fr與Fa計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P=fP(XFr+YFa)明確軸承的工作轉(zhuǎn)速n與預(yù)計(jì)壽命L10計(jì)算軸承應(yīng)滿(mǎn)足的基本額定動(dòng)載荷PnLC/ 16101060由軸承樣本（手冊(cè)）查取合適的軸承 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇9滾動(dòng)軸承尺寸的選擇七、滾動(dòng)軸承的可靠度在一般的工程問(wèn)題中，均以軸承的基本額定動(dòng)載

16、荷和基本額定壽命來(lái)衡量軸承的承載能力，這時(shí)對(duì)應(yīng)的可靠度均為90%。但是，對(duì)于航空航天產(chǎn)品、國(guó)防裝備等，對(duì)于軸承的可靠度有更高的要求。這時(shí)滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算須引入可靠性系數(shù)a1，即修正壽命為：)(601016101PCnaLaLn可靠度%909596979899LnL10L5L4L3L2L1a11.00.620.530.440.30.21可靠度不為90%時(shí)的額定壽命修正系數(shù)a1 (GB/T6391-1995)a1也可按下式計(jì)算確定：5 . 111)9 . 0lnln(Ra 式中R為要求達(dá)到的可靠度。 軸承裝置的設(shè)計(jì)1軸承裝置的設(shè)計(jì) 軸承的裝置設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：軸承的定位和緊固、軸承的配置設(shè)計(jì)、軸承

17、位置的調(diào)節(jié)、軸承的潤(rùn)滑與密封、軸承的配合以及軸承的裝拆等問(wèn)題。一、滾動(dòng)軸承的定位和緊固滾動(dòng)軸承的軸向緊固是指將軸承的內(nèi)圈或外圈相對(duì)于軸或軸承座實(shí)施緊固。具體的緊固方法有很多，下面列舉常用的方法。 軸承裝置的設(shè)計(jì)2軸承裝置的設(shè)計(jì)一、滾動(dòng)軸承的配置軸承的配置問(wèn)題是指：對(duì)于一個(gè)軸系應(yīng)采用幾個(gè)軸承支承、如何支承、如何配置等問(wèn)題。常用的軸承配置方案有以下三類(lèi)，每一類(lèi)又有若干具體方案。 軸承裝置的設(shè)計(jì)3軸承裝置的設(shè)計(jì)三、軸系部件的位置調(diào)整錐齒輪或蝸桿在裝配時(shí)，通常需要進(jìn)行軸向位置的調(diào)整。為了便于調(diào)整，可將確定其軸向位置的軸承裝在一個(gè)套杯中，改變套杯在外殼孔中的位置即可方便地對(duì)軸系部件進(jìn)行整體調(diào)整。 軸承裝

18、置的設(shè)計(jì)4軸承裝置的設(shè)計(jì)四、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封1潤(rùn)滑的目的 潤(rùn)滑可以降低滾動(dòng)軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量； 軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油潤(rùn)滑可以到起冷卻作用，從而降低軸承的工作溫度，延長(zhǎng)使用壽命； 良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，可在滾動(dòng)體與滾道間形成一層使兩者隔開(kāi)的油膜，可以使接觸壓力減??； 軸承零件表面覆蓋一層潤(rùn)滑劑，可以防止表面氧化生銹。選哪一類(lèi)潤(rùn)滑方式，這與軸承的速度有關(guān)。選擇潤(rùn)滑方式時(shí)，可查閱各類(lèi)潤(rùn)滑方式的dn值界限表。2潤(rùn)滑方式的選擇軸承常用的潤(rùn)滑方式有油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑兩類(lèi)。3密封作用：阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，防止?jié)櫥瑒┝魇?。密封裝置可分為：非接觸式密封和接觸式密封。 軸承裝置的設(shè)計(jì)5軸承裝置的設(shè)計(jì)五、滾動(dòng)軸承的配合與裝拆 滾動(dòng)軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。 滾動(dòng)軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，外徑與外殼孔的配合采用基軸制。裝拆滾動(dòng)軸承時(shí)，不能通過(guò)滾動(dòng)體來(lái)傳力，以免使?jié)L道或滾動(dòng)體造成損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時(shí)以使用專(zhuān)門(mén)的工具為宜。 1滾動(dòng)軸承的配合2滾動(dòng)軸承的安裝與拆卸 軸承的內(nèi)、外圈屬于薄壁零件，容易變形。當(dāng)它裝入外殼孔或裝在軸上后，其內(nèi)外圈的不圓度將受到外殼孔及軸頸形狀的影