機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)與項(xiàng)目實(shí)踐 課件 模塊8 滾動軸承的選型設(shè)計

任務(wù)1選擇滾動軸承的類型任務(wù)2計算滾動軸承的壽命任務(wù)3設(shè)計滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)工作任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉常見型號滾動軸承各自的特點(diǎn)與應(yīng)用場合掌握滾動軸承代號一般的標(biāo)注方法掌握依據(jù)滾動軸承的壽命計算選擇軸承型號掌握滾動軸承支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法第八模塊

滾動軸承的設(shè)計滾動軸承圖8-1滾動軸承8.0

預(yù)備知識8.0.1滾動軸承的功用8.0.2滾動軸承的構(gòu)造8.0.3滾動軸承的材料8.0.1滾動軸承的功用

軸承的功用是支承軸和軸上零件，使其回轉(zhuǎn)并保持一定的旋轉(zhuǎn)精度，減少相對回轉(zhuǎn)零件間的摩擦和磨損8.0.2滾動軸承的構(gòu)造

滾動軸承的基本構(gòu)造如圖所示，它由內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架四種基本元件組成。

內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈和軸承座孔配合。內(nèi)外圈工作表面均有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體沿滾道滾動。保持架使?jié)L動體均勻分開，互不接觸，以避免滾動體間的碰撞與磨損。一般情況下，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動，而外圈不動。1—內(nèi)圈2—外圈3—滾動體4—保持架圖8-2滾動軸承的基本構(gòu)造8.0.3滾動軸承的材料

動軸承內(nèi)、外圈及滾動體采用耐磨性好、接觸疲勞強(qiáng)度高的滾動軸承鋼（如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等）制造，經(jīng)熱處理后，硬度可達(dá)到61~65HRC，工作表面需磨削、拋光。保持架一般用低碳鋼沖壓后經(jīng)鉚接或焊接而成，也有用有色金屬或塑料。

8.1任務(wù)1

選擇滾動軸承的類型8.1.1滾動軸承的類型8.1.2滾動軸承的代號8.1.3選擇滾動軸承類型的依據(jù)8.1.4選擇沖床傳動系統(tǒng)中滾動軸承的類型8.1.1滾動軸承的類型

滾動軸承按滾動體形狀的不同，可分為球軸承和滾子軸承，如圖8-3所示。滾子形狀有圓柱、圓錐、球面和滾針等。

(a)球(b)圓柱滾子(c)圓錐滾子(d)球面滾子(e)滾針圖8-3常用的滾動體表8-1軸承按接觸角分類表按能否調(diào)心，可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承的外圈滾道是球面形的，能適應(yīng)兩滾道軸線間的角偏差。標(biāo)準(zhǔn)中，不同類型的軸承用不同的數(shù)字或字母表示，表8-2列出了工程中常見的滾動軸承的名稱、代號及特性，便于對軸承的選用和使用。表8-2常用滾動軸承的類型、代號及特性8.1.2滾動軸承的代號GB/T272-1993規(guī)定了滾動軸承代號以表示各類軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級和技術(shù)性能等特征，并將代號打印在軸承端面，以便于組織生產(chǎn)和設(shè)計時的選用。

滾動軸承的代號由前置代號、基本代號和后置代號三部分構(gòu)成，其意義如表8-3所示。表8-3滾動軸承的代號其中，前置、后置代號是軸承在結(jié)構(gòu)形式、尺寸、公差、技術(shù)要求等有改變時，在其基本代號前后添加的補(bǔ)充代號。所以，常用的軸承用基本代號就能清楚地反映出它的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級等要求。1.基本代號基本代號是核心部分，共五位，由類型代號、尺寸系列代號、內(nèi)徑代號所組成。（1）內(nèi)徑代號

右起第1、2位數(shù)字是內(nèi)徑代號，它表示軸承的內(nèi)徑尺寸。如表8-4所示。（2）尺寸系列代號

由直徑系列代號和寬（高）度系列代號組成，見表8-5所示。右起第3位是直徑系列代號，表示同一內(nèi)徑而不同的外徑尺寸系列。右起第4位數(shù)字是寬（高）度系列代號。表示同一內(nèi)徑和外徑而寬（高）度不同的尺寸系列。當(dāng)軸承的寬度系列代號是“0”時，往往可以省略不寫。直徑系列向心軸承推力軸承寬度系列代號高度系列代號801234567912寬度尺寸以此遞增高度尺寸以此遞增尺寸系列代號外徑尺寸依次遞增7——17—37———————8—08182838485868————9—09192939495969————0—00102030405060709010—1—01112131415161719111—282021222324252627292122238303132333———739313234—04—24————749414245—————————95——表8-5滾動軸承的尺寸系列代號（3）類型代號

右起第5位數(shù)字表示軸承的類型，見表8-2所示。2.前置代號

前置代號用于表示軸承的分部件，用字母表示。如用L表示可分離軸承的套圈；K表示滾動體與保持架組件等等。例如LN207中的L表示可分離軸承的內(nèi)圈或外圈。3.后置代號后置代號是軸承在結(jié)構(gòu)形狀、尺寸公差、技術(shù)要求等方面有改變時，在基本代號后面的補(bǔ)充代號，用字母和數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等內(nèi)容，常用的后置代號如下：（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

是表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母緊跟著基本代號表示。如：對于角接觸球軸承，用C，AC和B分別表示接觸角為15°，25°和40°。（2）公差等級代號

滾動軸承公差共分六個精度等級，為/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、和/P0，依次由高到低，6X級僅適用于圓錐滾子軸承，0級為普通級，在軸承代號中不標(biāo)出。（3）游隙代號

軸承內(nèi)、外圈之間的位移量稱為游隙。游隙按大小分組，有小到大以此有/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5，共6個組別。/C0是常用游隙組，在軸承代號中可不標(biāo)出。公差等級代號和游隙代號同時標(biāo)注時，可省去后者字母，如/P6，/C3，應(yīng)標(biāo)注為/P63。例：7214C/P47——角接觸球軸承；2——直徑系列；14——內(nèi)徑為70mm；

C——公稱接觸角α=15°；/P4——公差等級為4級。8.1.3選擇滾動軸承類型的依據(jù)選擇滾動軸承時先選擇類型，再選擇尺寸。正確選擇滾動軸承類型時應(yīng)考慮的主要因素有：1.載荷條件軸承所受的載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。1）載荷方向承受純徑向載荷時，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承；承受純軸向載荷時，可選用推力軸承；同時承受徑向和軸向載荷時，選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。特殊地，當(dāng)軸向載荷不大時，也可選用深溝球軸承；當(dāng)徑向和軸向載荷都較大時，選用向心軸承和推力軸承的組合。2）載荷的大小中小載荷及載荷波動較小時，采用球軸承；承受較大載荷時，采用滾子軸承。3）載荷的性質(zhì)有沖擊載荷時宜選用滾子軸承。2．轉(zhuǎn)速條件轉(zhuǎn)速較高，宜選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低，宜選用滾子軸承。3．調(diào)心性能當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生偏斜。這時，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。對于支點(diǎn)跨距大、軸的彎曲變形大或多支點(diǎn)軸，也可考慮選用調(diào)心軸承。4．安裝調(diào)試性能當(dāng)軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承（如圓柱滾子軸承，滾針軸承、圓錐滾子軸承等）。當(dāng)軸承在長軸上安裝時，為了便于裝拆，可以選用其內(nèi)圈孔為1:12的圓錐孔的軸承。5．經(jīng)濟(jì)性要求一般滾子軸承比球軸承價格高，深溝球軸承價格最低，常被應(yīng)優(yōu)先選用。軸承精度愈高，則價格愈高，若無特殊要求，一般選用0級。8.1.4選擇沖床傳動系統(tǒng)中滾動軸承的類型在沖床傳動系統(tǒng)中齒輪減速箱的承受載荷平穩(wěn)，所設(shè)計的軸上零件均為漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，只受徑向載荷的作用。8.2任務(wù)2

計算滾動軸承的壽命8.2.1滾動軸承壽命計算的依據(jù)8.2.2滾動軸承壽命計算中的幾個基本概念8.2.3滾動軸承的壽命計算8.2.4計算沖床傳動系統(tǒng)中滾動軸承的壽命8.2.1滾動軸承壽命計算的依據(jù)1.滾動軸承的工作情況分析

圖8-4滾動體的載荷分布2.滾動軸承的的失效形式滾動軸承的主要失效形式有以下幾種：1）疲勞點(diǎn)蝕

軸承工作時，滾動體和套圈的接觸處受循環(huán)變化的脈動接觸應(yīng)力。工作一段時間后，接觸表面就會產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕使軸承產(chǎn)生振動、噪音，運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低。2）塑性變形

低速軸承（n＜10r/min）或間歇擺動的軸承，在過大的沖擊或靜載荷作用下，滾道和滾動體出現(xiàn)永久的塑性變形，當(dāng)變形量超過一定界限便不能正常工作。3）磨損

在密封、潤滑不良條件下工作，會使軸承過度磨損而失效。3.滾動軸承的設(shè)計準(zhǔn)則在選擇軸承時，應(yīng)針對這幾種失效形式進(jìn)行適當(dāng)計算：1）一般工作條件的回轉(zhuǎn)滾動軸承，其主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕，應(yīng)進(jìn)行軸承壽命計算，即按基本額定動載荷進(jìn)行計算。2）低速和擺動軸承或受沖擊載荷、重載的軸承，其主要失效形式是塑性變形，進(jìn)行靜強(qiáng)度計算，即按基本額定靜載荷進(jìn)行計算。3）對于高速軸承，其主要失效形式是磨損、燒傷等，除了需要進(jìn)行壽命計算外，還應(yīng)驗(yàn)算極限轉(zhuǎn)速。8.2.2滾動軸承壽命計算中的幾個基本概念

表8-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y8.2.3滾動軸承壽命計算通過大量實(shí)驗(yàn)證明，滾動軸承載荷與壽命的關(guān)系曲線如圖8-5所示。圖8-5軸承的載荷—壽命曲線

8.2.4計算沖床傳動系統(tǒng)中滾動軸承的壽命

設(shè)計步驟如下：8.3任務(wù)3

設(shè)計滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)8.3.1常用滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)8.3.2設(shè)計滾動軸承支承結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮的幾個問題8.3.3設(shè)計沖床傳動系統(tǒng)中滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)8.3.1常用滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)1.滾動軸承內(nèi)圈的定位和固定圖8-6為軸承內(nèi)圈軸向固定的常用方法。軸承內(nèi)圈的一端常用定位軸肩來固定，另一端的固定可根據(jù)軸向力的大小，選用軸用彈性擋圈（圖a）、軸端擋圈（圖b）、圓螺母（圖c）等固定形式。(a)軸用彈性擋圈(b)軸端擋圈(c)圓螺母(a)(b)(c)圖8-6軸承內(nèi)圈的軸向固定2.滾動軸承外圈的定位和固定軸承外圈軸向位置的固定可以是單向固定，也可以是雙向固定。常采用軸承端蓋（圖a）、孔用彈性擋圈、座孔凸肩（圖b）、止動環(huán)（圖c）等結(jié)構(gòu)措施。(a)(b)(c)(a)軸承端蓋(b)孔用彈性擋圈、座孔凸肩(c)止動環(huán)圖8-8軸承外圈的軸向固定3.常用滾動軸承支承結(jié)構(gòu)型式及其選擇通常一根軸需要兩個支點(diǎn)，每個支點(diǎn)由一個或兩個軸承組成。滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮軸在機(jī)器中的正確位置，防止軸向竄動及軸受熱伸長后將軸卡死等因素。滾動軸承的支承結(jié)構(gòu)主要分為以下兩類。1）兩端固定兩端固定的結(jié)構(gòu)型式中，每個支點(diǎn)的軸承限制軸的單向移動，合起來就限制了軸的雙向移動,如圖8-9所示。這種支承結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)整方便，它適合于工作溫度變化不大的短軸（跨距L≤400mm）。圖8-9兩端固定2）一端固定、一端游動一端固定、一端游動的結(jié)構(gòu)型式中，一個支點(diǎn)處的軸承雙向固定，另一個軸承可以軸向游動。圖8-10所示。這種固定方式適用于軸的工作溫度變化較大和跨距較大（L＞350mm）的場合。圖8-10一端固定、一端游動a）b）3）兩端游動兩個支承都采用外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，軸承的內(nèi)、外圈各邊都要求固定，以保證軸能在軸承外圈的內(nèi)表面作軸向游動，如圖8-11所示。如支承人字齒輪的軸系部件就采用兩端游動的結(jié)構(gòu)型式。圖8-11兩端游動8.3.2設(shè)計滾動軸承支承結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮的幾個問題1.滾動軸承支承的調(diào)整（1）軸承的軸向間隙的調(diào)整

通常采用調(diào)整墊片組，在裝配的時候，在軸承端蓋與機(jī)座之間安裝調(diào)整墊片，通過增減墊片的厚度來調(diào)整軸承的軸向間隙。圖8-9所示。（2）軸系的軸向位置的調(diào)整

某些傳動零件在安裝時要求處于準(zhǔn)確的軸向工作位置，才能保證正確嚙合。圖8-12所示為小錐齒輪軸，為便于齒輪軸向位置的調(diào)整，采用了套杯結(jié)構(gòu)。左圖中軸承正裝，有兩組調(diào)整墊片。套杯與軸承座之間的墊片用來調(diào)整錐齒輪的軸向位置，而軸承蓋與套杯之間的墊片是用來調(diào)整軸承的游隙。右圖中軸承反裝，齒輪軸向位置的調(diào)整方法與左圖相同，軸承的游隙靠圓螺母調(diào)整，而軸承蓋與套杯之間的墊片只起密封作用。2.滾動軸承的裝拆1）滾動軸承的配合滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，其內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，常選的公差代號為n6、m6、k6、js6；軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制，常選的公差代號為G7、H7、J7、M7。標(biāo)注軸承配合時，只需標(biāo)注軸頸直徑及軸承孔直徑的公差符號，如圖8-13所示。2）滾動軸承的裝拆由于滾動軸承的配合通常較緊，為便于裝配，防止損壞軸承，應(yīng)采取合理的裝配方法保證裝配質(zhì)量，組合設(shè)計時也應(yīng)采取相應(yīng)措施。安裝軸承時，大軸承可采用壓力機(jī)在內(nèi)圈上施加壓力將軸承壓套在軸頸上，如圖8-14a）所示，對于中小型軸承可采用手錘輕而均勻地敲擊配合套圈裝入，如圖8-14b）所示，尺寸大且配合緊的軸承可將孔件加熱膨脹后再進(jìn)行裝配。需注意的是，力應(yīng)施加在被裝配的套圈上，否則會損傷軸承。拆卸軸承時，可采用專用的拆卸工具，如圖8-15所示。圖8-14軸承的裝配

圖8-15軸承的拆卸3.滾動軸承的潤滑滾動軸承潤滑的目的除了減少軸承摩擦、磨損外，同時也有冷卻、吸震、防銹和減少噪聲的作用。滾動軸承常用的潤滑方式有潤滑脂潤滑和潤滑油潤滑兩類，通常根據(jù)速度因數(shù)dn值來選擇，見表8-7。（d為軸承內(nèi)徑，mm；n為軸承的工作轉(zhuǎn)速）表8-7滾動軸承潤滑方式的選擇1）潤滑脂潤滑脂潤滑的特點(diǎn)是潤滑脂不易流失、便于密封和維護(hù)、一次填充可運(yùn)轉(zhuǎn)較長時間且油膜強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是摩擦系數(shù)大，散熱效果差。因此裝填潤滑脂時一般不超過軸承空隙的1/3~1/2，以免因潤滑脂過多而引起軸承發(fā)熱，影響軸承正常工作。2）潤滑油潤滑

在高速和溫度較高場合工作的滾動軸承，應(yīng)優(yōu)