第18章 滾動軸承

第18章滾動軸承18-1

概述18-2滾動軸承的類型、代號和選擇18-3

滾動軸承的工作情況及設(shè)計準(zhǔn)則18-4

滾動軸承的計算18-5滾動軸承的組合設(shè)計重點(diǎn):

滾動軸承的代號、類型、尺寸選擇滾動軸承的壽命計算滾動軸承組合設(shè)計難點(diǎn):

角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向力計算滾動軸承的結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架外圈內(nèi)圈滾動體保持架§18-1概述滾動軸承的材料保持架：避免滾動體直接接觸，減少摩擦和磨損材料：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料內(nèi)圈、外圈、滾動體：高硬度、高接觸疲勞強(qiáng)度、良好耐磨性和沖擊韌性材料：含鉻軸承鋼，硬度61~65HRC1、摩擦阻力小,功率損耗少,起動靈敏；2、潤滑簡便,易于更換,價格低；3、抗沖擊能力差,高速時出現(xiàn)噪音;壽命也比不上液體潤滑的滑動軸承；滾動軸承的特點(diǎn)軸承的選擇→┌類型的選擇└尺寸的選擇軸承組合設(shè)計→安裝、調(diào)整、潤滑與密封滾動軸承設(shè)計的內(nèi)容§18-2滾動軸承的類型、代號和選擇一、滾動軸承的分類1按滾動體形狀分2按受載方向分按滾動體形狀分

按受載性質(zhì)分球軸承滾子軸承向心軸承向心推力軸承推力軸承一、滾動軸承的分類§18-2滾動軸承的類型、代號和選擇1

按滾動體形狀分按滾動體形狀分：球軸承、滾子軸承又可細(xì)分為：球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、球面滾子軸承2按受載方向分按受載方向和公稱接觸角分：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

向心軸承:a=0o向心推力軸承：0o<a<90o向心角接觸軸承:0o<a≤45o推力角接觸軸承:45o<a<90o推力軸承:a=90oαα＝900αα＝0以FR(徑向載荷)為主FＲ＋FＡ(徑向為主)FA＋FR(軸向為主)FＡ(軸向載荷)注意：在徑向載荷作用下產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fs，其方向是使內(nèi)外圈分離，所以要成對使用內(nèi)部軸向力Fs的大小與α有關(guān)二、滾動軸承的基本類型和特點(diǎn)1

向心軸承(a=0o)深溝球軸承:6類→nlim最高、價廉,優(yōu)先采用受力類型:Fr,不大的Fa(雙向)圓柱滾子軸承:N類→承載力較大受力類型:

很大的Fr,不能承受軸向力Fa滾針軸承:NA類→內(nèi)外圈可分離,徑向尺寸小受力類型:

很大的Fr,不能承受軸向力Fa2

調(diào)心軸承(a=0o)調(diào)心球軸承:1類→調(diào)心性能最好受力類型：Fr,不大的Fa(雙向)調(diào)心滾子軸承:2(3)類→調(diào)心性能好、承載力較大受力類型：Fr,不大的Fa(雙向)3

向心推力軸承(0o＜α<90o)角接觸球軸承:７類，a＝15o、25o、40o受力類型：Fr,單向Fa圓錐滾子軸承：3類受力類型：Fr,單向Fa4

推力軸承(a=90o)推力球軸承:

5類受力類型：只承受軸向(Fa)單列：承受單向軸向力雙列：承受雙向軸向力根據(jù)載荷大小、性質(zhì)、軸承的轉(zhuǎn)速、調(diào)心性能、安裝和拆卸、價格等確定軸承類型其中，載荷(包括大小和方向)、轉(zhuǎn)速的大小一般是最主要的高速，平穩(wěn)低載：60000（深溝球軸承）載荷較大+沖擊：滾子軸承徑/軸向載荷較大：較低轉(zhuǎn)速：30000（圓錐滾子）較高轉(zhuǎn)速：70000角接觸球軸承軸向載荷>>徑向載荷：推力+向心組合三、滾動軸承的類型選擇2極限轉(zhuǎn)速:3調(diào)心性能:1承載能力:滾子＞球(線＞點(diǎn))球＞滾子調(diào)心＞非調(diào)心球＞滾子主要考慮如下幾個方面：1.軸承的載荷

大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承方向：徑向Fr(6、1、N)，軸向Fa(5),Fr+Fa(7、3、6)軸承的載荷方向大?。簼L子軸承優(yōu)于球軸承方向：徑向Fr（6、1、N）軸向Fr

（5）Fr+Fa

（7、3、6）2.軸承的轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速nlim

：載荷P

0.1C，冷卻正常，0級公差時軸承的最大允許轉(zhuǎn)速。對高轉(zhuǎn)速的軸承：1)優(yōu)先選用球軸承（潤滑的阻力）2)輕系列軸承優(yōu)于中、重系列（離心力）3)實(shí)體保持架優(yōu)于沖壓保持架（易形成油膜減小摩擦）4)提高公差等級、改善潤滑條件等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，將引起較大的反力，發(fā)熱大，極限轉(zhuǎn)速較低3.軸承的調(diào)心性能8~16’2~4’2~3

4.軸承的安裝與拆卸5.經(jīng)濟(jì)性四、滾動軸承的代號前置代號基本代號后置代號尺寸系列代號分部件代號類型代號內(nèi)徑代號直徑系列代號寬度系列代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號密封與防塵代號公差等級代號。。。字母21345字母(+數(shù)字)1內(nèi)徑尺寸代號2尺寸系列代號3類型代號1基本代號表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)表明軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列、類型1）類型代號基本代號左起第一位，用數(shù)字或字母表示代號為0（雙列角接觸球軸承），則省略表18-2代號軸承類型舊代號3圓錐滾子軸承75推力球軸承86深溝球軸承07角接觸球軸承6N圓柱滾子軸承2NA滾針軸承42）尺寸系列代號直徑系列代號、寬度系列代號直徑系列代號：基本代號左起第三位數(shù)字指結(jié)構(gòu)相同、內(nèi)徑相同的軸承使用不同直徑的滾動體，在外徑和寬度方面的變化系列0,1—特輕2—輕

3—中4—重寬度系列代號：基本代號左起第二位數(shù)字，常與直徑系列代號同時使用表示同一內(nèi)徑和外徑的軸承可以有不同的寬度多數(shù)正常系列可不標(biāo)表18-50,1特輕2輕5輕寬3中6中寬4重3）內(nèi)徑尺寸代號基本代號左起第四、五位數(shù)字內(nèi)徑d:（即軸的直徑）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~96——數(shù)字x5mm表18-4常用的幾類滾動軸承，一般無前置代號2前置代號用字母表示表示成套軸承分部件公差等級(精度)代號：表18-70、6x、6、5、4、2六級精度，逐漸增高表示成：/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：表18-6如：C—a=15o、AC—a=25o、B—a=40o

軸承徑向游隙系列代號：/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5六組游隙，由小到大0組(/C0)）游隙常用，可省略3后置代號用字母（+數(shù)字）表示表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封與防塵、保持架及其材料、軸承材料及公差等級等例：7212AC

│││└││└│└└└深溝球軸承└直徑系列為3(中),寬度系列為0(不標(biāo))└內(nèi)徑d=25mm0級公差(不標(biāo))│角接觸球軸承直徑系列為2(輕),寬度系列為0(不標(biāo))內(nèi)徑d=60mm=25例：6305(/P0)│││└││└0級公差(不標(biāo))└圓錐滾子軸承└寬度系列為0└直徑系列為4(重)└內(nèi)徑=45mm例:30409││││││││││例：7

211C/P55級精度接觸角15

直徑55mm正常寬度、輕系列角接觸球軸承失效形式：內(nèi)外圈運(yùn)動疲勞點(diǎn)蝕——

最主要的失效形式，滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點(diǎn)蝕過大塑性變形——

低速軸承的主要失效形式，接觸應(yīng)力過大(載荷過大或沖擊載荷)，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形磨損、膠合、內(nèi)外圈和保持架破損等——使用維護(hù)不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效設(shè)計準(zhǔn)則：一般轉(zhuǎn)速的軸承—

進(jìn)行壽命(額定動載荷)計算，防止疲勞點(diǎn)蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承

—按靜強(qiáng)度(額定靜載荷)計算，防止塑性變形§18-3滾動軸承的工作情況及設(shè)計準(zhǔn)則1基本概念2壽命計算3當(dāng)量動載荷P的計算4角接觸向心軸承軸向載荷Fa的計算5滾動軸承的靜載荷計算針對失效形式：疲勞點(diǎn)蝕*§18-4滾動軸承的計算1

基本概念—壽命軸承壽命：(106r或h)軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)基本額定壽命：用L或Lh表示一組同一型號軸承在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其可靠度為90％時，能達(dá)到或超過的壽命。寓意：一批軸承中有90％的壽命將比其基本額定壽命長一個軸承在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概率有90％，失效率為10％注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化比如：外載荷增大，額定壽命降低因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力90％10％完好Ｌ/(1×106r)R/(％)1

基本概念—基本額定動載荷定義：當(dāng)一套軸承進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)并且基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的最大載荷，用C表示即：在C的作用下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，有10％的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90％的軸承完好對于具體軸承，C為定值，按手冊查取對向心軸承(0o

a

45o)，C為純徑向載荷——Cr對推力軸承(45o<a90o)，C為純軸向載荷——Ca額定動載荷越大軸承的承載能力越大壽命L10(106r)載荷P(N)oC21534壽命L10=1載荷P=C載荷P=C壽命L10=1載荷P≠C壽命L10=?NσrNo

指數(shù)球軸承:滾子軸承:2

壽命計算壽命計算的基本公式:作壽命計算,解決兩類問題:(1)已知軸承型號及載荷P,求壽命(2)已知軸承載荷P及預(yù)期壽命L'h,

選擇軸承型號3

當(dāng)量動載荷

P

的計算對于向心軸承，C為徑向載荷Cr對于推力軸承，C為軸向載荷Ca但軸承可能同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa為了與C在相同的條件下進(jìn)行比較，引入當(dāng)量動載荷的概念當(dāng)量動載荷：一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用P表示實(shí)際載荷的條件不同時，按確定基本額定動載荷的條件進(jìn)行換算后的載荷——即為純徑向力Fr、純軸向力Fa計算式：X－徑向載荷系數(shù)Y－軸向載荷系數(shù)見表18-11FaFrFaFrCCrCaPPrPa相對應(yīng)X:徑向載荷系數(shù)Y:軸向載荷系數(shù)查表18-11(1)只受Fr的向心軸承：(2)只受Fa的推力軸承：(3)受Fr和Fa的向心軸承和向心推力軸承3.當(dāng)量動載荷P的計算X、Y－徑,軸向系數(shù)表(18-11)①查判斷系數(shù)e→Ｃ０r:軸承的額定靜載荷,查P319附錄②判Fa/Fr與e的關(guān)系→定X、YFa/Fr≤e

－軸向力較小,可忽略不計,只計Fr→

Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計→即：X≠1,Y≠0Fa/Fr＞e按(Fa/C0r)查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-11→e=1.5tgα深溝球軸承－角接觸球軸承圓錐滾子軸承解：查得：C0r=29200ＮP319①查e：②求X、Y:③求Ｐ:Fa1/C0r=1635/29200=0.056→e1=0.26∵Fa1/Fr1=1635/3500=0.467＞e1∴X1=0.56,Y1=1.71∵Fa2=0X2=1,Y2=0P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.56×3500+1.71×1635=4756ＮP2=Fr2=2500Ｎ∵P1＞P2∴Ⅰ軸承危險例：已知齒輪軸采用一對6211軸承，已知軸承載荷Fr1=3500Ｎ，F(xiàn)a1=1635Ｎ，F(xiàn)r2=2500Ｎ，F(xiàn)a2=0，試求P1、P2。已知某軸承，型號為6210，已求得軸承所受徑向載荷Fr=3000Ｎ，軸向載荷Fa=870Ｎ，求壽命L10

和P解：(1)求當(dāng)量動載荷P方法：查手冊,C=35000N,C0=23200N(2)求壽命L10若n=1500r/min壽命計算步驟：(1)徑向載荷Fr的計算Fr1VFr2VFr1HFr2HFreFaeFteFteFr2HFr1HFreFaeFte21FreFaeFr1VFr2V124.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算(2)軸向載荷Fa的計算1)向心軸承Fa的計算兩端單向固定:Fa緊=FaeFa松=0FaeFae一端固定,一端游動:Fa固定=FaeFa游動=0FaeFae4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算向心推力軸承的內(nèi)部軸向力FS

(7類、3類)2)向心推力軸承Fa的計算(2)軸向載荷Fa的計算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算派生軸向力Fs大小見表18-12FsFrFiFi’’Fi’O角接觸球軸承注意Fs

的方向α表18-12內(nèi)部軸向力Fs3000070000Ca=15o70000ACa=25o70000B

a=40oFs=Fr/(2Y)Fs=eFrFs=0.68FrFs=1.14Fr2)向心推力軸承Fa的計算Fr1Fr2FaeFS1FS2Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2FaeFS1FS2FaeFae正安裝反安裝(2)軸向載荷Fa的計算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算Fr1Fr2FaeFS1FS2FS1FS2Fae根據(jù)軸向受力平衡條件確定①若Fae+FS2>FS1

軸左移,1壓緊,2放松F'S1F'S12)向心推力軸承Fa的計算(2)軸向載荷Fa的計算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算FS1FS2FaeF'S2②若Fae+FS2<FS1

軸右移,1放松,2壓緊判別方法:①先確定軸上各軸向力(外加軸向力和內(nèi)部軸向力)的方向;②判斷哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”;③放松端的軸向載荷等于它本身的內(nèi)部軸向力;④壓緊端的軸向載荷等于除去它本身的內(nèi)部軸向力外,其余所有軸向力的代數(shù)和.2)向心推力軸承Fa的計算(2)軸向載荷Fa的計算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算Fr1Fr2FS1FS2FS1FS2反安裝①若Fae+FS1>FS2

軸左移,1放松,2壓緊FaeFae②若Fae+FS1<FS2

軸右移,1壓緊,2放松F'S2驗證:F'S12)向心推力軸承Fa的計算(2)軸向載荷Fa的計算4.徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的計算驗證:結(jié)論：軸承反裝時，可得到與正裝同樣的結(jié)論結(jié)論總結(jié)如下：根據(jù)排列方式判明派生軸向力Fs1、Fs2的方向判明軸向合力指向及軸可能移動的方向，分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”“放松”端的軸向載荷等于自身的內(nèi)部軸向力“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身派生軸向力后其它軸向力的代數(shù)和對于能承受少量軸向力而a=0的向心軸承(如深溝球軸承)：FaFr1Fr2因為：a＝0,Fs1＝0，F(xiàn)s2＝0所以：F合力＝Fa圖中：Fa1＝0Fa2＝Fa例:如圖所示,標(biāo)明各軸向力,并求兩端軸承的軸向載荷。Fr1Fr221FS1FS2Fae若Fae+FS2>FS1

軸右移,1壓緊,2放松121212例:試判斷圖示三種情況下左右軸承哪個壽命低。已知：一對6205軸承一對7205B軸承正安裝一對7205B軸承反安裝解：(一)求Fr(二)求Fa(1)一對6205軸承左端軸承壽命低1212一對7205B軸承正安裝一對7205B軸承反安裝(二)求Fa(2)一對7205B軸承正安裝左端軸承壽命低軸右移,1松2緊(2)一對7205B軸承反安裝左端軸承壽命低軸左移,1松2緊例：一對反裝7312AC軸承,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N，F(xiàn)A＝2000N，由1軸承指向2軸承，求Fa1、Fa2。解:①畫安裝簡圖,Fs2與FA同向②求Fa1，F(xiàn)a2→

Fs1＝0.68Fr1＝0.68×5000＝3400NFs2＝0.68Fr2＝0.68×8000＝5440NFs2Fs11FA2Fr1Fr2∴Fa1＝Fs2＋FA＝7440N,Fa2＝Fs2＝5440N∵Fs2＋FA＝7440N＞Fs1＝3400N∴Ⅰ緊Ⅱ松1、求Fr1、Fr2:(徑向載荷)→求支反力2、求Fa1、Fa2:(1)徑向接觸軸承(6、1、2類)FA1212FA└一端固定、一端游動Fa1=FA,Fa2=0FA指向者受力Fa1=0,Fa2=FA┌兩端固定→→固定端受力(2)角接觸軸承(3、7類)安裝型式正安裝→Ｆs面對面反安裝→Ｆs背對背F1′F2′F1′F2′①畫安裝簡圖→求Fs1、Fs2表(18-12)

②Fa=┌本身的內(nèi)部軸向力(放松端）└除本身的內(nèi)部軸向力外其余軸向力之和（緊端）軸承壽命計算步驟3求P1、P2:(當(dāng)量動載荷Ｐ)P＝XFr＋YFa①查判斷系數(shù)e深溝球軸承－角接觸球軸承圓錐滾子軸承按Fa/C0r查e┌α＝15°→按Fa/C0r查e└

α＝25°、α＝40°→表18-12→e=1.5tgαp.299②判Fa/Fr

與e的關(guān)系→定X、Y┌Fa/Fr≤e

－軸向力較小,可忽略不計,只計Fr→Ｐ＝Fr→即：X=1,Y=0

－軸向力較大,要計→即：X1,Y0└Fa/Fr＞e4求Lh(C)例接上題,如果n＝960r/min,fP＝1.2,求軸承壽命解：查得7212AC軸承的C＝58200N，e＝0.68∵Fa1／Fr1＝7440／5000＝1.488＞e∴X1＝0.41

，Y1＝0.87P1＝X1Fr1＋Y1Fa1＝0.41×5000＋0.87×7440＝8523N∵Fa2／Fr2＝5440／8000＝0.68=eP2＝Fr2＝8000N∴X2＝1,Y2＝0∵P1＞P2∴Ⅰ軸承危險(Fa1＝7440N,Fa2=5440N,Fr1＝5000N,Fr2＝8000N)5軸承靜載荷計算失效形式：過大塑性變形對象：低速或受較大沖擊載荷作用的軸承目的：防止軸承元件發(fā)生塑性變形基本額定靜載荷C0

：限制塑性變形的極限載荷值，由手冊查取對向心軸承為C0r

－徑向基本額定靜載荷對推力軸承為C0a

－軸向基本額定靜載荷徑向軸承或角接觸軸承的當(dāng)量靜載荷P0:實(shí)際選用：推力軸承的當(dāng)量靜載荷：靜強(qiáng)度校核公式：X0、Y0分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)(表18-13)S0為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，P301一軸承的固定

二軸承組合的調(diào)整

三軸承的配合

四軸承的裝拆§18-5滾動軸承的組合設(shè)計(一)軸承的固定1.支點(diǎn)固定型式(1)兩端