機械設計 第8章 滾動軸承.

1、機械設計機械設計第8章滾動軸承第第08章滾動軸承章滾動軸承第第1節(jié)節(jié) 概述概述 內(nèi)圈 外圈 保持架 滾動體保持架：避免滾動體直接接觸，減少發(fā)熱和磨損。內(nèi)圈、外圈、滾動體：軸承鉻鋼內(nèi)圈、外圈、滾動體：軸承鉻鋼GCr15GCr15，硬度硬度 6065 HRC6065 HRC保持架：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料保持架：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料 圖8.2第第2 2節(jié)節(jié) 滾動軸承的主要類型、特點和代號滾動軸承的主要類型、特點和代號一、一、 滾動軸承的主要類型、結構和特點滾動軸承的主要類型、結構和特點 按所承受載荷的方向可分為按所承受載荷的方向可分為l向心軸承：主要承受徑向載荷向心軸承：主要承受徑向載荷R R

2、 深溝球軸承深溝球軸承（6 6） 圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承（N N）l向心推力軸承：向心推力軸承：R + AR + A 角接觸球軸承角接觸球軸承（7 7） 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承（3 3）l推力軸承：只能承受軸向載荷推力軸承：只能承受軸向載荷A A 推力球軸承推力球軸承（5 5）滾動軸承的主要類型、結構和特點滾動軸承的主要類型、結構和特點14235NAN2967P182表表8-2 圓柱滾子軸承（單列）圓柱滾子軸承（單列）（N N） 圓柱滾子軸承（多列）圓柱滾子軸承（多列）（N N）8.2.3 8.2.3 滾動軸承的滾動軸承的3 3個重要的結構特性個重要的結構特性1 1、滾動軸承的游隙、滾動軸

3、承的游隙2 2滾動軸承的公稱接觸角滾動軸承的公稱接觸角3 3角偏位和偏位角角偏位和偏位角 后置代號后置代號 特殊材料特殊材料 特殊結構特殊結構 C15 AC25 B 40 公差公差/P2、4、5、6、6x、0 游隙游隙/C1、2、0、3、4、54 4、 滾動軸承的代號（滾動軸承的代號（GB/T272GB/T27219931993）例：7211C/P5角接觸球軸承、正常寬度、輕系列、直徑角接觸球軸承、正常寬度、輕系列、直徑5555、接觸角、接觸角15 15 5 5級精度；常用游隙。級精度；常用游隙。 基本代號基本代號 五五 四四 三三 二二 一一 類型類型 內(nèi)徑內(nèi)徑2048020480 直徑系列

4、直徑系列1 1特輕特輕2 2輕輕3 3中中4 4重重 寬度系列寬度系列多數(shù)正常系列可不標多數(shù)正常系列可不標前置代號前置代號分部件：分部件：內(nèi)圈內(nèi)圈L L外圈外圈保持架保持架 K K 滾動體滾動體8.3 8.3 滾動軸承類型的選擇滾動軸承類型的選擇 1.1.軸承的載荷軸承的載荷 大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承 方向：徑向方向：徑向R R（6 6、N N）軸向軸向A A（5 5）R+ AR+ A（7 7、3 3、6 6）軸承的載荷軸承的載荷 ( (方向方向) )2.2.軸承的轉速軸承的轉速極限轉速極限轉速n nlim lim ：載荷：載荷P P 0.1C0.1C，冷卻正常，冷卻正

5、常，0 0級公差時軸級公差時軸承的最大允許轉速。承的最大允許轉速。對高轉速的軸承：對高轉速的軸承：1.1.優(yōu)先選用球軸承優(yōu)先選用球軸承（潤滑的阻力）（潤滑的阻力）2.2.輕系列軸承優(yōu)于中、重系列輕系列軸承優(yōu)于中、重系列（離心力）（離心力）3.3.實體保持架優(yōu)于沖壓保持架實體保持架優(yōu)于沖壓保持架（易形成油膜減小摩擦）（易形成油膜減小摩擦）4.4.提高公差等級、改善潤滑條件等提高公差等級、改善潤滑條件等軸承的轉速軸承的轉速推力軸承的主要承載能力表現(xiàn)在軸向，離心力過推力軸承的主要承載能力表現(xiàn)在軸向，離心力過大時無法通過徑向反力平衡，將引起較大的反大時無法通過徑向反力平衡，將引起較大的反力，發(fā)熱大，極

6、限轉速較低力，發(fā)熱大，極限轉速較低 3. 3. 軸承的調(diào)心性能軸承的調(diào)心性能 8162423 4. 4. 軸承的安裝與拆卸軸承的安裝與拆卸 5.5.經(jīng)濟性：球比滾子便宜，精度適宜經(jīng)濟性：球比滾子便宜，精度適宜24第第8章滾動軸承章滾動軸承8.4 滾動軸承的工作情況分析滾動軸承的工作情況分析一、受力分析一、受力分析1.運動關系：內(nèi)外圈相對回轉；滾動體運動關系：內(nèi)外圈相對回轉；滾動體 既自轉又公轉。既自轉又公轉。2.軸承中載荷的分布：軸承中載荷的分布：l推力軸承推力軸承 F0 =Fa /zl向心軸承，在載荷向心軸承，在載荷Fr 的作用下的作用下, 根據(jù)變形關系，中間滾動體受力根據(jù)變形關系，中間滾動

7、體受力 最大，向兩邊逐漸減小。最大，向兩邊逐漸減小。) 39 (/6 . 4) 29 (/5:maxmaxzFFzFFrr滾子：球：假設下半圈滾動體受力FrFmaxFa25角接觸軸承的載荷情況：軸向載荷對載荷分布的影響角接觸軸承的載荷情況：軸向載荷對載荷分布的影響較大，可能半圈、多半圈或整圈受載。較大，可能半圈、多半圈或整圈受載。 為保證半圈滾動體受力，則：為保證半圈滾動體受力，則：Pi球軸承球軸承Fa/Fr1.22tg滾子軸承滾子軸承Fa/Fr1.26tg軸向載荷的利弊軸向載荷的利弊？ Fa/Fr = tg FaFr263. 3. 軸承元件上的載荷及應力的變化軸承元件上的載荷及應力的變化R圖

8、圖9-7 9-7 內(nèi)圈（滾動體）內(nèi)圈（滾動體）圖圖 9-8 9-8 固定套圈固定套圈27二、滾動軸承的失效形式及設計準則 失效形式 設計準則1. 點蝕與磨損點蝕與磨損 壽命計算壽命計算2. 塑性變形塑性變形 靜載荷計算靜載荷計算元件破裂元件破裂 正確安裝正確安裝其它：其它： 磨損 、燒傷 密封；潤滑、散熱， 限制極限轉速283. 計算準則計算準則1 1）一般轉速）一般轉速n10r/minn10r/min的軸承，主要失效形式為疲勞點的軸承，主要失效形式為疲勞點蝕，故應進行疲勞壽命計算。蝕，故應進行疲勞壽命計算。2 2）對于及慢轉速）對于及慢轉速n10r/minn10r/min的軸承的軸承, ,主

9、要失效形式為表主要失效形式為表面塑性變形，應按靜強度計算。面塑性變形，應按靜強度計算。3 3）對于高速軸承，主要失效形式為由發(fā)熱引起的磨損，）對于高速軸承，主要失效形式為由發(fā)熱引起的磨損，燒傷。故不僅應進行疲勞壽命計算，還要驗算極限轉速。燒傷。故不僅應進行疲勞壽命計算，還要驗算極限轉速。298.5 滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命計算一、滾動軸承的一、滾動軸承的 ：一批相同的軸承中：一批相同的軸承中90的的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數(shù)（以軸承不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數(shù)（以106為為單位）或小時數(shù)?；绢~額定壽命用單位）或小時數(shù)。基本額額定壽命用 L10或或L10h 來表示。來表示。30二、滾動軸

10、承的基本二、滾動軸承的基本 標準規(guī)定，標準規(guī)定，基本額定壽命等于基本額定壽命等于10106 6轉時軸承所能承轉時軸承所能承受的載荷稱為基本額定動載荷受的載荷稱為基本額定動載荷，用符號，用符號C表示。表示。 對于向心軸承，基本額定動載荷指純徑向載對于向心軸承，基本額定動載荷指純徑向載荷，對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，指使套圈荷，對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，指使套圈間產(chǎn)生相對徑向位移的載荷的徑向分量，稱為徑間產(chǎn)生相對徑向位移的載荷的徑向分量，稱為徑向基本額定動載荷用符號向基本額定動載荷用符號Cr表示；表示； 對推力軸承，指純軸向載荷，稱為軸向基本額對推力軸承，指純軸向載荷，稱為軸向基本額定動載荷

11、，用符號定動載荷，用符號Ca表示。表示。 Cr 、Ca可從手冊中查出可從手冊中查出。額定動載荷曲線額定動載荷曲線見下一頁見下一頁31圖8.1132三、基本額定壽命計算三、基本額定壽命計算 由實驗作出軸承的疲勞曲線，圖中的曲線方程為：由實驗作出軸承的疲勞曲線，圖中的曲線方程為：載荷壽命曲線（6208）rPCL61010)(常數(shù)CLp103/103滾子球軸承壽命指數(shù)：33 基本額定壽命計算基本額定壽命計算)2 .8(r)10)(610PfCfLPt) 3 . 8()h()(60106PfCfnLPth)4 . 8(10606NLnfPfChtP工作溫度高于120時：Ct=ftC溫度系數(shù) ft查表8

12、.8推薦值預期壽命表hL9 .8fp 載荷系數(shù)載荷系數(shù)34四、當量動載荷（軸承的計算載荷）四、當量動載荷（軸承的計算載荷） P = XFr+YFa 受純徑向載荷的軸承受純徑向載荷的軸承N類 P = Fr 受純軸向載荷的軸承受純軸向載荷的軸承 5類 P = Fa x 徑向動載荷系數(shù)徑向動載荷系數(shù) 表8.10 Y軸向動載荷系數(shù)軸向動載荷系數(shù) 表8.10cot4 . 0Y圓錐滾子軸承受徑向與軸向聯(lián)合載荷的軸承受徑向與軸向聯(lián)合載荷的軸承 3，7，6類3536l由于接觸角存在，受徑向載荷作用時，滾動體的反由于接觸角存在，受徑向載荷作用時，滾動體的反力可分為徑向分力和軸向分力力可分為徑向分力和軸向分力;

13、軸承的軸向分力之和稱為內(nèi)部軸向力。軸承的軸向分力之和稱為內(nèi)部軸向力。圖8.12l表表8.11角接觸軸承的內(nèi)部軸向力角接觸軸承的內(nèi)部軸向力FSl為保證半圈受力為保證半圈受力， FS1.25 Fr tgl由于存在內(nèi)部由于存在內(nèi)部 軸向力，軸向力，角接觸軸承通角接觸軸承通 常成對使用。常成對使用。五、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力五、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力371.角接觸軸承的內(nèi)部軸向力，其方向視正、反角接觸軸承的內(nèi)部軸向力，其方向視正、反裝情況而定裝情況而定 正裝（面對面）正裝（面對面） 反裝（背靠背反裝（背靠背)2.角接觸軸承的角接觸軸承的載載 荷作用中心荷作用中心載荷作用中心與載荷作用中心與軸承端面距離

14、可軸承端面距離可從手冊查出。從手冊查出。FRFR徑向力徑向力Fr的計算由受力平衡條件求出的計算由受力平衡條件求出Fr1Fr2FS1FS2Fr2Fr1FS1FS2383. 角接觸軸承的軸向載荷計算角接觸軸承的軸向載荷計算作出軸承的受力：作出軸承的受力：外載荷外載荷FR 、FA內(nèi)部軸向力內(nèi)部軸向力FSFRFAFAFRFr1FS1保證半圈受力保證半圈受力Y、e查手冊查手冊70000C的的e值值 可試取可試取0.4 30000 70000C 70000AC 70000BFS=Fr/2Y FS=e Fr FS=0.68 Fr FS=1.14 Fr 表表8.11內(nèi)部軸向力內(nèi)部軸向力FSFr1Fr2Fr2F

15、S1FS2FS239 3. 角接觸軸承的軸向載荷計算角接觸軸承的軸向載荷計算根據(jù)外加軸向載荷根據(jù)外加軸向載荷FA及及內(nèi)部軸向力內(nèi)部軸向力FS1、FS2“判斷判斷”：FRFAFr1FS1FS2軸承軸承 1被壓緊，軸承被壓緊，軸承2被放松則被放松則 Fa1= FA + FS2 Fa2= FS2 結論：結論： 1. “放松放松”軸承的軸向力等于其內(nèi)部軸向力；軸承的軸向力等于其內(nèi)部軸向力； 2. “壓緊壓緊”軸承的軸向力等于外力的代數(shù)和。軸承的軸向力等于外力的代數(shù)和。 軸承軸承2 被壓緊，軸承被壓緊，軸承1 被放松則被放松則 Fa1= FS1 Fa2= FS1 -FA 2 1 Fr2設：FS1 FA

16、+ FS240六、六、一支承處成對安裝角接觸軸承的計算特點一支承處成對安裝角接觸軸承的計算特點 基本額定動載荷：基本額定動載荷： )15. 8 ()(71. 12)14. 8 ()(625. 129/77 . 0滾子軸承球軸承rrrrrrCCCCCCl計算當量載荷時，徑向和軸向計算當量載荷時，徑向和軸向載荷系數(shù)載荷系數(shù)X、Y按雙列軸承查取；按雙列軸承查??；e 值按單列軸承查取。值按單列軸承查取。41 軸承1放松：軸向力 A1= FS1 =456N軸承2壓緊：軸向力A2 = Fa + FS1 =1356N3.計算當量動載荷計算當量動載荷R1R2Fa=900NFS1FS2NYRFS4567 . 1

17、21552211NYRFS5007 . 121701222P1=R1=1x1552=1552NP2=X R2 +Y A2 =0.4 1701+1.74 1356=3040N 已知一對圓錐滾子軸承已知一對圓錐滾子軸承30204 30204 ，R1=1552NR1=1552N，R2=1701NR2=1701N，F(xiàn)a=900NFa=900N，由手冊，由手冊 C=28.2kNC=28.2kN，e=0.35e=0.35，Y=1.7Y=1.7，=12=12o o57571010”, ,取取fp=1.5fp=1.5軸軸承轉速承轉速n=385r/min,n=385r/min,求軸承的壽命。求軸承的壽命。；01

18、29. 0155245611YXeRA74. 14 . 080. 01701135622YXeRA4.計算壽命計算壽命hPfCfnLPt176720)15525 . 128200(38516667)(60103/10161hPfCfnLPt18794)30405 . 1282001(38516667)(60103/1026221SaSFFF74. 1017512cot4 . 0 Y42 一支承處成對安裝角接觸軸承的計算特點一支承處成對安裝角接觸軸承的計算特點 例：如圖，由一組圓錐滾子軸承例：如圖，由一組圓錐滾子軸承30210和軸承支承。和軸承支承。 已知已知Fr1=3000N, Fr2=200

19、0N；軸向力；軸向力FA=2200N, fp=1.2, n=880r/min，求軸承組壽命？，求軸承組壽命？84. 120cot67. 0,67. 073. 0300022001YXeFFra查表得：由解：查設計手冊得軸承解：查設計手冊得軸承30210：Cr =73.2kN,e=0.42kNCCrr17.1252 .7371. 129/7由式軸承組：NYFXFPar6058220084. 1300067. 01當量動載荷hPfCfnLpth249700)60582 . 11251701(88016670)(166703/1010軸承組壽命Fr1Fr2FA43例例8.2 有一有一6211型軸承，

20、所受徑向負荷型軸承，所受徑向負荷Fr=6000 N，軸向負荷，軸向負荷Fa=3000N，軸承轉速，軸承轉速n=1000r/min，有輕微沖擊，常溫下工作，有輕微沖擊，常溫下工作，試求其壽命試求其壽命。解解 查手冊得查手冊得6211型軸承的基本額定動負荷型軸承的基本額定動負荷Cr=43.2 kN，基，基本額定靜負荷本額定靜負荷C0r=29.2 kN444546例例8.3 8.3 某減速器主動軸選用兩個圓錐滾子軸承某減速器主動軸選用兩個圓錐滾子軸承3021030210支承，如圖支承，如圖8.148.14所示。所示。已知軸的轉速已知軸的轉速n=1 440rn=1 440rminmin，軸上斜齒輪作用

21、于軸的軸向力，軸上斜齒輪作用于軸的軸向力Fae=750NFae=750N，而，而軸承的徑向負荷分別為軸承的徑向負荷分別為FrFr1 1=5600N=5600N，F(xiàn)rFr2 2=3000N=3000N。工作時有中度沖擊，脂潤滑，。工作時有中度沖擊，脂潤滑，正常工作溫度，預期壽命正常工作溫度，預期壽命20000h20000h。試驗算軸承是否合適。試驗算軸承是否合適。47302104849508.6 滾動軸承的靜載荷計算滾動軸承的靜載荷計算l擺動、轉速極低及短期受沖擊的軸承會產(chǎn)生塑性擺動、轉速極低及短期受沖擊的軸承會產(chǎn)生塑性變形。針對失效形式應進行靜載荷計算。變形。針對失效形式應進行靜載荷計算。l基

22、本額定靜載荷基本額定靜載荷C0：使受載最大的滾動體與滾道：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力達到一定值的載荷。接觸中心處引起的接觸應力達到一定值的載荷。l當量靜載荷當量靜載荷P0： P0 =X0Fr+Y0Fa （8.17）l靜載荷計算：靜載荷計算：)16. 8(000PSC S0 靜強度安全系數(shù)，表靜強度安全系數(shù)，表8-12518.7 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計一、軸承的軸向定位與裝拆一、軸承的軸向定位與裝拆1、軸承的軸向定位（內(nèi)圈）、軸承的軸向定位（內(nèi)圈）軸肩和彈性擋軸肩和彈性擋圈組合固定圈組合固定軸肩和軸端擋軸肩和軸端擋板組合固定板組合固定軸肩和鎖緊螺軸肩和鎖緊螺母

23、組合固定母組合固定脹緊套和圓螺脹緊套和圓螺母組合固定母組合固定521、軸承的軸向定位（外圈）、軸承的軸向定位（外圈）彈性擋圈與座彈性擋圈與座孔止口組合固孔止口組合固定定止動環(huán)嵌入軸止動環(huán)嵌入軸承外圈的止動承外圈的止動槽內(nèi)組合固定槽內(nèi)組合固定軸承端蓋與座軸承端蓋與座孔止口組合固孔止口組合固定定可預緊螺紋環(huán)可預緊螺紋環(huán)固定固定532、軸承的裝拆、軸承的裝拆拆卸軸承方法拆卸軸承方法54二、軸承的配合二、軸承的配合內(nèi)圈常用配合內(nèi)圈常用配合n6, m6, k6外圈常用配合外圈常用配合J7, H7, G71、軸承轉速高配合要緊。、軸承轉速高配合要緊。2、游動端外圈要松，但、游動端外圈要松，但 不轉動。不轉動。3、剖分式軸承座，配合、剖分式軸承座，配合 要松。要松。4、經(jīng)常裝拆的軸承外圈、經(jīng)常裝拆的軸承外圈 要松，內(nèi)圈過盈要小。要松，內(nèi)圈過盈要小。55三、軸承的組合結構三、軸承的組合結構1、兩端固定式、兩端固定式562、一端固定一端游動支承、一端固定一端游動支承573、兩端游動式、兩端游動式58四、軸承游隙和