滾動軸承計(jì)算與選擇課件

第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-1

概述

滾動軸承是現(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接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的（例如：轉(zhuǎn)動的齒輪與軸）。§13-1

概述滾動軸承組成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架。外圈：與軸承座相配；保持架：防止?jié)L動體直接接觸。內(nèi)圈：與軸頸相配；滾動體：將滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦；常見的滾動體有六種形狀：球圓柱滾子圓錐滾子非對稱球面滾子球面滾子滾針§13-1

概述軸承材料內(nèi)圈、外圈和滾動體——硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性。常用材料：GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等工作表面：經(jīng)磨削拋光

保持架——較軟材料，易成形，減摩常用：低碳鋼、銅合金、鋁合金、工程塑料等

附加特殊元件或特殊結(jié)構(gòu)：無內(nèi)圈或外圈、防塵密封、止動環(huán)等。

滾動軸承的特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件，選用方便。本章主要內(nèi)容：

滾動軸承的類型和代號（認(rèn)識軸承）；

滾動軸承的選用（包括類型選擇、尺寸選擇、承載能力驗(yàn)算）；

滾動軸承的裝置設(shè)計(jì)?？紤]軸承的裝拆、固定、調(diào)試、潤滑、密封等。第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-2

滾動軸承的主要類型和代號一、滾動軸承的分類◆按滾動體的不同分類：球軸承、滾子軸承；

在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承的承載能力和耐沖擊能力都好，但球軸承摩擦小、高速性能好?！?3-2

滾動軸承的主要類型和代號◆按可承受的外載荷分類：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承；夾角α：滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角叫作軸承的接觸角；夾角β：即載荷角。接觸角α↑→軸向承載能力↑座圈軸圈FaFrFrFaβαNN§13-2

滾動軸承的主要類型和代號◆按軸承的結(jié)構(gòu)形式不同分類：在實(shí)際應(yīng)用中，滾動軸承的結(jié)構(gòu)形式有很多。作為標(biāo)準(zhǔn)的滾動軸承，在國家標(biāo)準(zhǔn)中分為13類，其中，最為常用的軸承大約有下列６類: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軸承二、滾動軸承的代號方法滾動軸承代號構(gòu)成：代號用于表征滾動軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等，由GB/T272規(guī)定?！?3-2

滾動軸承的主要類型和代號前置代號基本代號后置代號

軸承的分

部件代號內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

代

號保

持

架

及

其

材

料

代

號特

殊

軸

承

材

料

代

號公

差

等

級

代

號游

隙

代

號多

軸

承

配

置

代

號其

它

代

號五四三二一類

型

代

號尺寸系

列代號內(nèi)

徑

代

號寬

度

系

列

代

號直

徑

系

列

代

號前置代號——表示軸承的分部件。基本代號——表示軸承的類型與尺寸等主要特征。后置代號——表示軸承的精度與材料的特征?！?3-2

滾動軸承的主要類型和代號2.尺寸系列代號

表達(dá)相同內(nèi)徑但寬度和外徑不同的軸承。

但對圓錐滾子軸承(3類)和調(diào)心滾子軸承(2類)不能省略“0”。外徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列代號：一般正常寬度為“0”，通常不標(biāo)注。0003004002001.

類型代號

6深溝球軸承51推力球軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承2調(diào)心滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型§13-2

滾動軸承的主要類型和代號3.內(nèi)徑代號

軸承內(nèi)徑d/(mm)內(nèi)徑代號示例10001201150210~171703深溝球軸承6201內(nèi)徑d=12mm20~480用內(nèi)徑除以5所得的商數(shù)表示。深溝球軸承6210

內(nèi)徑d=50mm

代號示例C角接觸球軸承

公稱接觸角15oα=7210C

AC角接觸球軸承

公稱接觸角25oα=7210ACB角接觸球軸承

公稱接觸角40oα=7210B

圓錐滾子軸承接觸角加大32310BE加強(qiáng)型,改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),增大承載能力

NU207E§13-2

滾動軸承的主要類型和代號4.內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號5.公差等級代號：公差分2、4、5、6(6x)、0級，共五個(gè)級別。以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)為代號，0級不標(biāo)注。6.游隙代號：游隙分1、2、0、3、4、5共六個(gè)組別。以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5為代號，0組不標(biāo)注。高級低級游隙值：小大§13-2

滾動軸承的主要類型和代號三、軸承代號示例6308：6─深溝球軸承，3─中系列，08─內(nèi)徑d=40mm，公差等級為0級，游隙組為0組；N105/P5：7214AC/P4：7─角接觸球軸承，2─輕系列，14─內(nèi)徑d=70mm，公差等級為4級，游隙組為0組，公稱接觸角α=25°；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)，公差等級為0級，游隙組為0組；6103：6─深溝球軸承，1─特輕系列，03─內(nèi)徑d=17mm，公差等級為0級，游隙組為0組；注：滾動軸承代號比較復(fù)雜，上述代號僅為最常用的、最有規(guī)律的部分。具體應(yīng)用時(shí)，若遇到看不懂的代號時(shí)，應(yīng)查閱GB/T272-93。N─圓柱滾子軸承，1─特輕系列，05─內(nèi)徑d=25mm，公差等級為5級，游隙組為0組；第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-3

滾動軸承的類型選擇選擇軸承的類型和直徑系列按軸徑確定軸承內(nèi)徑一、滾動軸承選擇的一般過程對沒有嚴(yán)格要求的軸承可不進(jìn)行承載能力驗(yàn)算END進(jìn)行承載能力驗(yàn)算合格不合格對有較嚴(yán)格要求的軸承§13-3

滾動軸承的類型選擇二、滾動軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題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軸向力聯(lián)合作用。大?。簼L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)對軸承的徑向尺寸有較嚴(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)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求。第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-4

滾動軸承的工作情況δFmax一、工作時(shí)軸承元件上的載荷及應(yīng)力的變化◆向心軸承受徑向載荷Fr時(shí)，上半圈滾動體不受力；下半圈滾動體受力大小方向各不相同。Fr§13-4

滾動軸承的工作情況滾動體、運(yùn)轉(zhuǎn)的外圈或內(nèi)圈上的某一點(diǎn)應(yīng)力變化情況。固定的外圈或內(nèi)圈上在承載區(qū)內(nèi)某一點(diǎn)應(yīng)力變化情況。OσHFNit通過承載區(qū)的時(shí)間通過非承載區(qū)的時(shí)間σHOFNit§13-4滾動軸承的工作情況二、向心推力軸承軸向載荷對載荷分布的影響◆向心推力滾動軸承工作時(shí)，并非所有滾動體都同時(shí)受載。滾動體同時(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)，一般以控制約半圈滾動體同時(shí)受載為宜。FrFrFrFrFaFaFaFaFa=0β=0ββββ=90oFr=0第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)一、滾動軸承的失效形式滾動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)各種類型的失效，下列為常見的失效形式：更多的失效§13-5

滾動軸承尺寸的選擇一、滾動軸承的失效形式滾動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)各種類型的失效，下列為常見的失效形式：§13-5

滾動軸承尺寸的選擇疲勞點(diǎn)蝕：塑性變形：磨損：§13-5

滾動軸承尺寸的選擇套圈和滾動體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承最基本和常見的失效形式，是作為滾動軸承壽命計(jì)算的依據(jù)－－滾動軸承壽命計(jì)算。

轉(zhuǎn)速較高而潤滑油不足時(shí)引起軸承燒傷；潤滑油不清潔而使?jié)L動體和滾道過度磨損；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。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加強(qiáng)裝配過程管理等措施來克服?！?3-5

滾動軸承尺寸的選擇二、滾動軸承的壽命計(jì)算

基本額定壽命：具有90％可靠度時(shí)軸承的壽命，用L10表示。2051015501000未失效軸承數(shù)量／%軸承的壽命/（106r）圖中：壽命為1百萬轉(zhuǎn)時(shí).可靠度為90%

壽命為5百萬轉(zhuǎn)時(shí).可靠度只有50%單個(gè)軸承的壽命－－軸承的滾動體或套圈首次出現(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)。材料相同、尺寸相同、同一批產(chǎn)品，壽命都相差非常大。零件數(shù)目多，精度有差異§13-5

滾動軸承尺寸的選擇

基本額定壽命：具有90％可靠度時(shí)軸承的壽命，用L10表示。

基本額定動載荷：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。1015L10L10(106轉(zhuǎn))載荷－壽命曲線(6208)152025PC30P(KN)12345510§13-5

滾動軸承尺寸的選擇

基本額定壽命計(jì)算式

。－軸承的工作轉(zhuǎn)速

載荷；－軸承所承受的當(dāng)量動

（滾子軸承）；（球軸承）；其中：min)/(3103rnP==eeL10/(106r)P/kN1CL1L2P1P2當(dāng)t>100℃時(shí)，→C↓

引進(jìn)溫度系數(shù)ft

進(jìn)行修正。軸承工作溫度℃溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60ft§13-5

滾動軸承尺寸的選擇

基本額定壽命計(jì)算式

L10/(106r)P/kN1CL1L2P1P2－驗(yàn)算公式－設(shè)計(jì)公式§13-5

滾動軸承尺寸的選擇三、滾動軸承的當(dāng)量動載荷在進(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)量動載荷（用字母P表示）。式中：Fr與Fa－軸承實(shí)際承受的徑向載荷與軸向載荷X、Y－軸承的徑向動載荷系數(shù)與軸向動載荷系數(shù)(查表）為了計(jì)及實(shí)際載荷波動的影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個(gè)載荷系數(shù)fp。載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2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1.2～1.8機(jī)床、車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊1.8～3.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等四、角接觸軸承中的派生軸向力Fd§13-4

滾動軸承的工作情況FrFNiFdiFriαFd——派生軸向力

派生軸向力使內(nèi)外圈分離，故角接觸軸承應(yīng)同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。且為了能承受雙向軸向載荷，最好成對配置（面對面或背對背）。向心推力軸承在純徑向力Fr的作用下會產(chǎn)生派生軸向力O2O121O2O121FaeFaeFreFre當(dāng)約有半圈滾動體受載時(shí)，F(xiàn)d計(jì)算如下：圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(a=15o)70000AC(a=25o)70000B(a=40o)Fd=Fr／(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr四、角接觸軸承中的派生軸向力Fd§13-4滾動軸承的工作情況FrFNiFdiFriαFd——派生軸向力向心推力軸承在純徑向力Fr的作用下會產(chǎn)生派生軸向力§13-5

滾動軸承尺寸的選擇五、★向心推力軸承的軸向力計(jì)算?軸向力的平衡：若軸向力正好平衡，應(yīng)滿足：Fd1=Fd2+Fae

但Fd1、Fd2查表由公式算出，不一定恰好滿足上述關(guān)系式。O221O1O2O121FreFaeFr1Fr2Fr1Fr2Fd1Fd2?徑向力的平衡：將軸視為簡支梁，有：Fre=Fr1+Fr2(將在《軸》一章中解決)取軸和與其相配合的軸承內(nèi)圈為分離體：Fd1Fd2FaeFre五、★向心推力軸承的軸向力計(jì)算F1'≠F2'+FA

時(shí)，怎么辦？★當(dāng)Fae＋Fd2＞Fd1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：Fa1＝Fae＋Fd2軸承2的軸向力：Fa2＝Fd2★當(dāng)Fae＋Fd2＜Fd1時(shí)，相當(dāng)于軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊”:軸承2的軸向力：Fa2＝Fd1－Fae軸承1的軸向力：Fa1＝Fd1§16-3滾動軸承的選擇計(jì)算Fd1Fd2FaeFreO221O1O2O121FreFaeFr1Fr2Fr1Fr2Fd1Fd2§13-5

滾動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；

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?！?3-5

滾動軸承尺寸的選擇五、滾動軸承的靜承載能力

擺動、轉(zhuǎn)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(yīng)進(jìn)行靜載荷計(jì)算?；绢~定靜載荷C0：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值的載荷。當(dāng)量靜載荷P0：P0=X0Fr+Y0Fa靜載荷計(jì)算:S0－－靜強(qiáng)度安全系數(shù)，可由設(shè)計(jì)手冊查取。國標(biāo)規(guī)定，如向心球軸承為4200MPa在國家標(biāo)準(zhǔn)中，對每一種規(guī)格的滾動軸承規(guī)定了一個(gè)不應(yīng)超過得載荷界限—基本額定靜載荷，用C0表示。例：圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個(gè)圓錐滾子軸承，軸頸d0=30~35mm；齒輪分度圓直徑d=45mm，F(xiàn)te=3000N，F(xiàn)re=1200N，F(xiàn)ae=900N；n=385rpm，中等沖擊載荷；計(jì)算軸承壽命。垂直平面

Rr1=Rr2=

600Ra1=Ra2=202.5

則RVI=397.5，RV2=802.5解：選取軸承型號30206C=24.8kN，e=0.36，Y=1.75050R1R2Rr1Rr2Ra1Ra2FreFae

Rt1

Rt2Fte1.計(jì)算徑向力Fr1、Fr2

水平平面

Rt1=Rt2=1500

∴軸承1放松：軸向力Fa1=Fd1=456N

軸承2壓緊：軸向力Fa2=Fa1+Fd1=1356N2.計(jì)算軸向力Fa1、Fa2（

Fr1=1552N，F(xiàn)r2=1701N）由手冊C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；查表13-7，對于圓錐滾子軸承，有Fd=Fr/(2Y)Fr1Fae=900NFd1Fd2Fr2∵Fae+Fd1=1356N>Fd2=500N

3.計(jì)算當(dāng)量動載荷P1=fPFr1=1.51552=2328NP2=fP(X

Fr2+YFa2)

=1.5(0.41701+1.71356)=4478N4.計(jì)算壽命P=XFr+YFaC=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；Fr1=1552N，F(xiàn)r2

=1701NFa1=456N，F(xiàn)a2=1356N軸頸轉(zhuǎn)速n=385rpm圖示某軸用一對30309軸承支承。軸上載荷F＝6000N，F(xiàn)a＝l000N，已知，L1＝100mm，L2＝200mm，軸的轉(zhuǎn)速n＝960r／min，軸承受輕微沖擊，載荷系數(shù)fp=1.2。30309軸承特性參數(shù)：C＝64800N；Co＝61200N，派生軸向力Fd=Fr/2Y，Y=2.1。試分析：(1)哪個(gè)軸承危險(xiǎn)？(2)若預(yù)期壽命Lh’＝15000h，該軸承能否合用？一對軸承中當(dāng)量動載荷大的那個(gè)軸承危險(xiǎn)。①求支反力Fr1、Fr2

Fr2＝F-Fr1=6000-4000=2000N②計(jì)算軸承的軸向載荷Fa1、Fa2先計(jì)算內(nèi)部軸向力：Fd=Fr/2YFd1=Fr1/2Y＝4000/2×2.1＝952NFd2=Fr2/2Y=200/2×2.1＝476N ∵Fd1+Fa=952+1000=1952N>Fd2＝476N軸承2壓緊，軸承1放松∴Fa1＝Fd1=952N Fa2＝Fd1+Fa＝1952N③計(jì)算當(dāng)量動載荷

Fa1/Fr1＝952/4000＝0.239<e=0.29，得：X=1，Y=0P1=fp(XFr1+YFa1)=1.2×4000＝4800NFa2/Fr2＝1952/2000＝0.976>e＝0.29，得：X=0.4，Y=2.1P2=fp(XFr2+YFa2)=1.2×(0.4×2000＋2.1×1952)＝5879N∵P2>P1∴軸承2危險(xiǎn)。（2）

合用。第十三章滾動軸承§13-1

概述§13-2

滾動軸承的主要類型和代號§13-3

滾動軸承的類型選擇§13-4

滾動軸承的工作情況§13-5

滾動軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)一、支承部分的剛性和同心度

1.保證軸和軸承座有足夠的剛度減速箱體§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)一、支承部分的剛性和同心度

2.保證軸承座孔的同心度二、軸承的配置軸承的配置問題是指：對于一個(gè)軸系應(yīng)采用幾個(gè)軸承支承、如何支承、如何配置等問題。常用的軸承配置方案有以下三類：§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)1.★雙支點(diǎn)各單向固定C=0.2~0.3mm預(yù)留補(bǔ)償間隙§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)1.★雙支點(diǎn)各單向固定§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)一個(gè)支點(diǎn)雙向固定以承受軸向力、另一端游動。適用于溫度變化較大的長軸。固定支承游動支承L游動支承2.一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)2.一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)3.兩端游動支承§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)三、滾動軸承的軸向緊固滾動軸承的軸向緊固是指將軸承的內(nèi)圈或外圈相對于軸或軸承座實(shí)施緊固。四、軸承的裝拆§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)錯誤的施力裝內(nèi)圈于軸上內(nèi)外圈同時(shí)施力§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)圈：軸肩高度<內(nèi)圈外經(jīng)四、軸承的裝拆結(jié)構(gòu)不合理！§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)外圈：應(yīng)留拆卸高度，或留螺孔。四、軸承的裝拆§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)

游隙：滾動軸承中滾動體與內(nèi)外圈滾道之間的間隙。

徑向游隙：一個(gè)