滾動軸承及裝置設(shè)計

滾動軸承及裝置設(shè)計第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號各零件的作用：外圈：支撐零件或軸系；保持架:將滾動體分開。內(nèi)圈：支撐軸；滾動體：滑動

滾動；滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。內(nèi)外圈上有滾道，當內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿著滾道滾動。裝在機座或零件軸孔內(nèi)；滾動副的材料要求：一、滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承的裝配保持架：低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。硬度和接觸疲勞強度↑、耐磨性和沖擊韌性↑

用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：61~65HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、和易于互換等。缺點：抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音。滾動軸承按其承受載荷的方向（接觸角）和滾動體的形狀分類。接觸角：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稱為公稱接觸角。接觸角↑→

軸向承載能力

↑它是滾動軸承的一個重要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。滾動軸承標準化;并由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)。設(shè)計人員的主要任務是:熟悉標準，正確選用。第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月α=0?表14-1各類軸承的公稱接觸角軸承類型公稱接觸角向心軸承主要承受徑向載荷推力軸承主要承受軸向載荷徑向接觸角接觸軸向接觸角接觸0?<α<45?αα=90?α45?<α<90?α第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承類型按載荷方向分按滾動體形狀分向心軸承推力軸承圓柱滾子圓錐滾子球面滾子滾針球軸承滾子軸承二、分類：表14-2滾動軸承的主要類型和特性軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用調(diào)心球軸承10000中2?~3?

主要承受徑向載荷，同時也能承受少量軸向載荷。因為外滾道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心。第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)心滾子軸承20000C低0.5?~2?

比10000小能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大，具有調(diào)性能。圓錐滾子軸承30000中2’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。a)單向表14-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月推力球軸承50000低不允許只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。b)雙向深溝球軸承60000高8’~16’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)較高2’~10’能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。α大，承載能力越大，有三種規(guī)格。稱對使用。表14-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月表14-2滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）軸承名稱、類型及代號結(jié)構(gòu)簡圖承載方向極限轉(zhuǎn)速允許角偏差主要特性和應用推力圓柱滾子軸承80000低不允許能承受很大的單向軸向載荷。圓柱滾子軸承N0000較高2’~4’能承受較大的徑向。因線性接觸，內(nèi)外圈只允許有小的相對偏轉(zhuǎn)。除U結(jié)構(gòu)外，還有內(nèi)圈無擋邊(NU)、外圈單擋邊(NF)、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等型式滾針軸承a)NA0000b)RNA0000低只能承受徑向載荷。承載能力大，徑向尺寸特小。一般無保持架，因而滾針間有摩擦，極限轉(zhuǎn)速低。不允許a)b)第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1.承載能力承受徑向載荷為主；幾點說明：由于結(jié)構(gòu)不同，各類軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說明如下。滾子軸承≈(1.5~3)球軸承

在同樣的外形尺寸下。2.極限轉(zhuǎn)速當d≤20mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷。0?<α<45?→45?<α<90?→承受軸向載荷為主；α=0?→α=90?→滾動體為滾子，則只能承受徑向載荷；若滾動體為球，可承受一定的軸向載荷。只能承受軸向載荷。轉(zhuǎn)速過高

→

溫度↑→

潤滑失效

→

滾動體回火或膠合破壞。極限轉(zhuǎn)速----滾動軸承在一定載荷與潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。大載荷采用滾子軸承第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3.角偏差影響軸承正常運轉(zhuǎn)。角偏差↑→

可采用調(diào)心軸承。滾針軸承對軸線傾斜最敏感，應緊可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角稱為角偏差。調(diào)心軸承θ第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動軸承的代號，滾動軸承的代號寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號共5位

后置代號表14-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加2.基本代號：表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。類型代號----左起第一位，為0（雙列角接觸球軸承）則省略。是軸承代號的基礎(chǔ)，有三項成套軸承分部件代號1.前置代號----成套軸承分部件代號。0第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)心滾子軸承20000C圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向b)雙向深溝球軸承60000角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000調(diào)心球軸承10000第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月省略寬度代號為0內(nèi)徑相同，而直徑系列代號不同的四種軸承的比較。000設(shè)計：潘存云300設(shè)計：潘存云400200尺寸系列代號----左起第二、三位。特輕輕中重寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表14-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月表14-4向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號直徑系列代號推力軸承向心軸承01(0)0(0)1101120211011234特輕輕中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常寬正常尺寸系列代號寬度系列代號高度系列代號第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)徑代號----基本代號左起第四、五位。表14-5軸承的內(nèi)徑代號

內(nèi)徑代號軸承內(nèi)徑尺寸mm001001020304~99數(shù)字5121517寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表14-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3.后置代號----用字母（或加數(shù)字）表示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)表15-6軸承后置代號排列順序后置代號組含義1密封與防塵套圈變形238保持架及材料游隙軸承材料公差等級配置其它7456寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號基本代號

后置代號表14-3滾動軸承代號的排列順序（）類型代號尺寸系列代號注：代表字母；代表數(shù)字或加成套軸承分部件代號第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月注：公差等級中0級最低，向右依次增高，2級最高。表14-7軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用代號軸承類型代號含義示例Bα=40?7210B

角接觸球軸承Cα=15?7210C

ACα=25?7210AC圓錐滾子軸承B接觸角α加大32310BE

加強型N207E表14-8公差等級代號

代號省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等級符合標準的0級6級6x級5級4級2級示例62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月實例：說明滾動軸承62203和

7312AC/P6

的含義622037(0)312AC/P6軸承內(nèi)徑d=17mm直徑系列代號，2(輕)系列寬度系列代號，2(寬)系列深溝球軸承公稱接觸角α=25?軸承內(nèi)徑d=12×5=60mm直徑系列代號，3(中)系列寬度系列代號，0(窄)系列，代號為0，不標出角接觸球軸承公差等級6級第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-2滾動軸承類型的選擇一、軸承類型的選擇1.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸設(shè)計：潘存云第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-2滾動軸承類型的選擇一、軸承類型的選擇1.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時，宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；如斜齒輪軸設(shè)計：潘存云第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-2滾動軸承類型的選擇一、軸承類型的選擇1.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時，宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；如斜齒輪軸設(shè)計：潘存云第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-2滾動軸承類型的選擇一、軸承類型的選擇1.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時，宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；如斜齒輪軸3.純軸向載荷作用時，必須采用推力軸承。第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-3滾動軸承的主要失效形式和設(shè)計準則二、失效形式疲勞破壞永久變形早期磨損膠合內(nèi)外圈和保持架破裂維護保養(yǎng)不當而造成。Fr一、滾動體的受力分析受純徑向載荷Fr時，上半圈滾動體不受力；下半圈各滾動體受力大小方向均不同?？梢詫С觯?/p>

z為滾動體的總數(shù)。所有水平分力相互抵銷，鉛垂分力與外載荷平衡。受純軸向載荷時，各滾動體受力相同；徑向載荷的分布Fmaxδ0第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×10-6r)對一組同一型號的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機因素的影響，即使在相同條件下運轉(zhuǎn)，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對一個具體的軸承，很難預知其確切的壽命。實驗表明：壽命與可靠性有關(guān)。如圖軸承壽命定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴展跡象之前的工作小時數(shù)稱為：可靠度：一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分比.對于單個軸承而言，其損壞的可能性只有90%單位為百萬轉(zhuǎn)106r，或小時.換句話說壽命為1百萬轉(zhuǎn)時.可靠度為90%，壽命為5百萬轉(zhuǎn)時.可靠度只有50%，軸承壽命§14-4滾動軸承的壽命計算第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月基本額定壽命：一組同一型號軸承，在同一運轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時，能達到或超過的壽命L(Lh)在到達額定壽命時，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%?；绢~定動載荷：當一套軸承運轉(zhuǎn)達到一百萬轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷C。.向心軸承記為：Cr，可查表推力軸承記為：Ca第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月大量試驗得如下關(guān)系：壽命指數(shù)：---球軸承---滾子軸承用小時表示：P---當量動載荷

當t>100℃

時，→C↓

引進溫度系數(shù)ft

進行修正。310/3ε=一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下，滾動軸承具有與實際載荷作用下的壽命。表14-9溫度系數(shù)軸承工作溫度℃

溫度系數(shù)ft10025020015012530010.950.900.700.800.60第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月表14-10載荷系數(shù)

載荷性質(zhì)無沖擊或輕微沖擊中等沖擊強烈沖擊fP1.0~1.21.2~1.81.8~3.0修正結(jié)果：工作中沖擊振動→C↓引進載荷系數(shù)fP

進行修正。第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月表14-11軸承預期壽命Lh的參考值使用場合不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備500Lh/h

短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果4000~8000間斷使用，中斷時會引起嚴重后果8000~12000每天8h工作的機械12000~20000每天24h連續(xù)工作的機械40000~60000四、當量動載荷的計算滾動軸承的基本動載荷是在一定的實驗條件下確定的。對于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對于推力軸承是指承受中心軸向載荷。實際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須將實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷后，才能和基本額定動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱為當量載荷。含義：當量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響，經(jīng)換算后的假想載荷。其效果與某一個基本額定動載荷相當。計算公式：P=XFr+Y

FaX----徑向動載荷系數(shù)；Y----軸向動載荷系數(shù)。向心軸承：P=Fr推力軸承：P=Fa查表16—12P260第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月表14-12向心軸承當量載荷系數(shù)X、Y的值軸承類型深溝球軸承0.1720.192.312.3Fa

C0r

eFa/Fr>eFa/Fr

≤eXYXY0.3450.221.990.6890.261.711.030.281.551.380.300.561.4510………………0.1780.381.470.3570.401.400.7140.231.301.070.461.23α=15?1.430.470.441.1910………………角接觸球軸承α=25?----0.680.410.8710α=40?----1.140.350.5710圓錐滾子軸承(單列)----1.5tgα0.40.4ctgα10調(diào)心球軸承(雙列)----1.5tgα0.650.65ctgα10(單列)設(shè)計：潘存云第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算受力分析：Fr由于α的存在，即使在徑向載荷的作用下，其接觸力可分解為徑向和軸向兩個分量。Fi=F’i+F”iF’iF”iαF’總軸向力F’=∑F’i為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應:成對使用，對稱安裝。下面分兩個軸承面對面或背對背安裝兩種情況進行詳細分析Fi表14-13角接觸向心球軸承

軸承類型角接觸向心球軸承F’eFr

0.68Fr1.14Fr圓錐滾子軸承α=15?α=25?α=40?Fr/(2Y)Y是的軸向系數(shù)>eFrFa----內(nèi)部軸向力F’的近似值可按如下近似公式計算第i個滾動體第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計：潘存云a1a2O1O2121.若FA+F’2>F’1壓緊端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1放松端：Fa1=F’1

壓緊端：Fa2=F’1-FAFa外圈窄邊相對安裝(正裝)結(jié)論：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)和本身除外軸承2(放松端)承受的軸向載荷：F’2Fr2F’1Fr1由于軸承1的右端已固定，軸不能向右移動，軸承1被壓緊。由平衡條件得軸承1(壓緊端)承受的軸向載荷：則軸承2被壓緊。由平衡條件得：第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計：潘存云a2a1O1O212外圈寬邊相對安裝(反裝)FaF’2Fr2F’1Fr1反裝時選左邊的軸承為1，右邊的軸承為2。1.若FA+F’2>F’1

則有：結(jié)論與正裝相同！壓緊端：Fa1=FA+F’2

放松端：Fa2=F’2

2.若FA+F’2<F’1

,則有：放松端：Fa1=F’1

壓緊端：Fa2=F’1-FA結(jié)論：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)和本身除外第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、滾動軸承的潤滑潤滑劑潤滑目的--減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪?！?4-5滾動軸承的潤滑和密封密封目的--防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇?。潤滑脂潤滑油固體潤滑劑用于特殊場合用速度因素dn

值作為選擇潤滑劑的條件:---常用---高速、高溫當dn<(1.5~2)×105

mm·r/min時，采用脂潤滑，否則用油潤滑。

脂潤滑優(yōu)點：不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運轉(zhuǎn)較長時間。油潤滑優(yōu)點：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán)境下使用。dn間接反映了軸頸的圓周速度。第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、滾動承的密封潤滑油的選擇：潤滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作溫度t來確定。1000000500000200000100000500002000010000-40-20020406010012080dn/(mm·r/min)t/℃

潤滑油粘度的選擇5cSt(40℃時)102065110250400滾動承的密封方式的選擇與潤滑的種類、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。分類接觸式非接觸式組合式密封毛氈圈密封密封圈密封間隙密封迷宮式密封---毛氈迷宮式密封例如：dn=100000，t=90℃

可用110號潤滑油110第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計：潘存云毛氈圈密封適用場合：脂潤滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓周軸速度v<4~5

m/s，工作溫度不超過90℃

矩形斷面的毛氈圈被安裝在梯形槽內(nèi)，它對軸產(chǎn)生一定的壓力而起到密封作用。適用場合：脂或油潤滑，軸頸圓周軸速度v<4~5m/s，工作溫度:-40~100℃

設(shè)計：潘存云(a)設(shè)計：潘存云(b)防漏油防灰塵密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡膠制成，有的具有金屬骨架，有的沒有，制成標準件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰塵、雜質(zhì)接觸式密封：錯誤結(jié)構(gòu)第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月適用場合：脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。

靠軸與端蓋之間的細小環(huán)形間隙密封，間隙愈小愈長，效果愈好，間隙取0.1~0.3mm。間隙封圈設(shè)計：潘存云(a)設(shè)計：潘存云(b)δ=0.1~0.3mmδ非接觸式密封：δ第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月適用場合：脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封用脂的滴點。密封效果可靠。

圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會變長，間隙取δ=1.5~2mm。迷宮式封圈δ=0.1~0.2mm設(shè)計：潘存云(a)設(shè)計：潘存云(b)δδ=1.5~2mmδ將旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的間隙做成迷宮形式，并在間隙中充填潤滑油或潤滑脂以加強密封效果。分為徑向和軸向兩種結(jié)構(gòu)。第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月適用場合：適用于脂潤滑或油潤滑，密封效果可靠。

也可以把多種密封形式組合在一起。這是組合密封的一種型式----毛氈加迷宮，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，提高密封效果。組合密封的方式很多，不一一列舉。設(shè)計：潘存云組合封圈組合式密封：第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、軸承的固定固定方式為了保證軸承在機器中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應正確進行軸承的組合設(shè)計，處理軸承與其周圍零件的之間的關(guān)系，也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其它零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。兩端固定一端固定、一端游動。兩端固定支承C=0.2~0.