滾動軸承的選擇與校核.ppt

1、第八章 滾動軸承的選擇與校核,8-1 概述,8-2 滾動軸承的主要類型及其代號,8-3 滾動軸承的選擇,8-4 滾動軸承的工作情況及設計約束,8-5 滾動軸承的校核計算,滾動軸承： 依靠其主要元件間的滾動接觸來支承轉動或擺動零件。,8-1 概述,滾動軸承是標準件，主要掌握,構造,保持架：,滾動體：,外圈：,內(nèi)圈：,裝在軸上。,裝在軸承座孔中。,在兩套圈之間滾動并傳遞載荷。,將滾動體均勻隔開。,常見滾動體有：,球,滾子： 圓柱形、滾針、圓錐形、球面、非對稱球面、螺旋等,滾動軸承的主要優(yōu)點：,滾動軸承的主要缺點：,摩擦力矩和發(fā)熱較小。,維護比較方便，潤滑劑消耗較少。,軸承單位寬度的承載能力較大。,

2、大大減少有色金屬的消耗。,徑向外廓尺寸比滑動軸承大。,接觸應力高，承受沖擊載荷能力較差，高速重載時壽命低。,小批生產(chǎn)特殊的滾動軸承時成本較高。,減振能力比滑動軸承低。, 按接觸角的大小和承受載荷的方向，滾動軸承分為兩類：,8-2 滾動軸承的主要類型及其代號,一、滾動軸承的主要類型、性能和特點, 按滾動體的形狀，滾動軸承分為球軸承和滾子軸承。,向心軸承和推力軸承。,向心軸承，其公稱接觸角從0o到45o，又可分為：,接觸角：滾動體與套圈接觸處的法線與軸承徑向平面之間的夾角。,，承受軸向力的能力。,徑向接觸軸承和向心角接觸軸承。,徑向接觸軸承，公稱接觸角 0o的向心軸承，主要承受徑向載荷（如 圓柱滾

3、子軸承）。,其中，公稱接觸角 0o的球軸承（如 深溝球軸承），除主要承受徑向載荷外，也能承受較小的軸向載荷。, 推力軸承,向心角接觸軸承，公稱接觸角 從0o到45o的向心軸承，同時承受徑向載荷和單向的軸向載荷（如 角接觸球軸承）。,其公稱接觸角 從45o到90o，分為：,軸向接觸軸承，公稱接觸角 90o的推力軸承，只能承受軸向載荷。,推力角接觸軸承，公稱接觸角 從45o到90o的推力軸承，主要承受軸向載荷，但也能承受一定的徑向載荷。,推力調(diào)心滾子軸承, 按自動調(diào)心性能，滾動軸承分為自動調(diào)心軸承和非自動調(diào)心軸承。, 按結構形式不同，標準滾動軸承有很多類，最常用的有六類:,調(diào)心滾子軸承（2）,滾針

4、軸承（NA),向心角接觸軸承,徑向接觸軸承,推力圓柱滾子軸承（8）,軸向接觸軸承,滾動軸承主要類型及其代號,13-2 滾動軸承的代號,滾動軸承代號構成：,用代號表示軸承的結構、尺寸、類型、精度等內(nèi)容，并打印在軸承上。,二、滾動軸承的代號,1. 基本代號, 內(nèi)徑代號：,由軸承內(nèi)徑代號和組合代號組成。,基本代號用來表明軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬（或高）度系列和類型。,直徑系列：結構、內(nèi)徑相同的軸承在外徑或?qū)挾确矫娴淖兓盗小?寬（或高）系列：結構、內(nèi)徑和直徑系列都相同的軸承，在寬（或高）度方面的變化系列。, 直徑系列代號和寬（或高）度系列代號統(tǒng)稱為尺寸系列代號：,直徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2

5、)、中(3)、重(4)。,寬度系列為0系列（窄系列）時，或?qū)挾认盗袨?系列（正常系列）時，代號為“0（或1）”，省略不標。,對于調(diào)心滾子軸承（2類）、圓錐滾子軸承（3類）和圓柱滾子軸承（N類），寬（或高）度系列代號0或1應標出。,無論哪類軸承，只要用（）的0或1都不標出。,3. 后置代號,2. 前置代號,表示軸承的分部件，用字母表示。,如：LN207表示N207軸承的外圈可分離；,K81107表示推力圓柱滾子軸承81107的滾子、保持架組件。,用字母和數(shù)字表示軸承的結構、公差及材料的特殊要求等等。,內(nèi)部結構代號是用表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結構，用字母緊跟基本代號表示。 如：公稱接觸角為15、

6、25和40度的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內(nèi)部結構不同。, 公差等級代號：分為2級、4級、5級、6級、6x級和0級。,代號為 /P0 、/P6x 、/P6 、 /P5 、/P4 、 /P2 。,代號： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 。, 游隙代號：,游隙：指一個套圈相對于另一個套圈，沿徑向或沿軸向， 從一個極限位置到另一個極限位置的移動量。,游隙分為1組、2組、0組、3組、4組、5組，共六個組別。,6308：,深溝球軸承，3中系列，內(nèi)徑d=40mm， 公差為0級，游隙為0組；,N105/P5/C3：,圓柱滾子軸承，1特輕系列，內(nèi)徑d=25mm，公差為5級，游隙為

7、3組；,7214AC/P4：,7角接觸球軸承，2輕系列，內(nèi)徑d=70mm，公差為4級，游隙為0組，公稱接觸角=25；,30213：,圓錐滾子軸承，2輕系列，內(nèi)徑d=65mm，公差為0級，游隙為0組；,注：遇到看不懂的代號時，查閱GB/T272-93。,設計滾動軸承部件時，需要：,8-3 滾動軸承的選擇,選擇軸承類型時，需要考慮：,（1）正確選擇出能滿足約束條件的滾動軸承，包括：,A 合理選擇軸承。,B 校核所選出的軸承是否能滿足疲勞強度、轉速、靜強度及經(jīng)濟等方面的約束。,（2）進行滾動軸承部件的組合設計。,一、類型選擇,軸承的工作條件、各類軸承的特點、價格等因素。,1）軸承所受載荷的大小、方向

8、和性質(zhì),當FA很大而FR較小時，選2或N或65或8組合使用。,當FR很大而FA較小時，可選 6類。,選擇軸承類型時，主要考慮的問題有：,（1）載荷的大小和性質(zhì),球軸承適宜于中小載荷及載荷波動較小的場合；滾子軸承則可用于重載荷及載荷波動較大的場合。,（2）載荷的方向,轉速高、載荷小或要求旋轉精度高時，宜選球軸承。,推力軸承不適宜高轉速，若軸向載荷不大，可用7類代替。,3）調(diào)心要求,軸的剛度低、軸承座孔的同軸度低、支點跨度大、多支點軸或因軸受力大造成很大的彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生偏斜，此時選調(diào)心軸承。,2）軸承的轉速,轉速低、載荷大或有沖擊載荷時，選用滾子軸承。,5）經(jīng)濟性,精度

9、高的價格高，滾子軸承比球軸承價格高。,4）軸承的安裝和拆卸,當軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承（ N、NA、3）。,當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。,二、尺寸系列、內(nèi)徑等的選擇,尺寸系列包括直徑系列和寬度系列。,就直徑系列而言，載荷很小時，一般可以選擇超輕或特輕系列。,而載荷很大時，可以選擇重系列。,一般情況下選用輕系列或中系列，待校核后根據(jù)具體情況進行調(diào)整。,就寬度系列而言，一般可以選擇正常系列。,若結構上有特殊要求時，可根據(jù)具體情況選用其他系列。,軸承內(nèi)徑根據(jù)軸頸直徑初步確定。,公差等級一般選0級，若

10、有特殊要求，根據(jù)具體情況再定。,8-4 滾動軸承的工作情況及設計約束,外載荷作用于軸承上是通過滾動體由一個套圈傳遞給另一個套圈的。,一、滾動軸承的載荷分布,滾動軸承的載荷分布與各個滾動體在接觸處的彈性變形有關。,每個滾動體所承受載荷的大小，取決于接觸處的彈性變形。,點接觸：,線接觸：,根據(jù)赫茲公式，可得以下的載荷分布。,式中， 為所在位置 處的滾動體載荷；,Qmax 為最大滾動體載荷（圖8-3）；,為在位置 處的滾動體位移；,為最大位移（圖8-3）。,根據(jù)滾動體受力與外載荷平衡的條件，可求得到Qmax與徑向力Fr及軸向力Fa之間的關系。,點接觸：,線接觸：,Z為滾動體數(shù)目。,若所考察的軸承為半

11、周承受載荷（圖8-4中 0.5），可求得：,二、軸承工作時元件上載荷及應力的變化,工作時內(nèi)圈上的任意一點，在承受載荷區(qū)，每次與滾動體接觸就受載荷一次，因此該點的載荷和應力是周期性變化的。,外圈各點所受載荷隨位置不同而大小不同，且外圈固定，在承受載荷區(qū)的任意一點，每次與滾動體接觸就受載荷一次，且所受載荷最大值不變，承受穩(wěn)定的脈動載荷。,滾動體工作時，有自轉和公轉，其上任意一點，所受載荷和應力也是變化的，其變化規(guī)律與內(nèi)圈相似，只是變化頻率增加。,主要失效形式有：,1）疲勞點蝕： 是最常見的失效形式。,滾動體和套圈滾道承受循環(huán)接觸應力。,點蝕使軸承產(chǎn)生振動和噪音而失效。,三、滾動軸承失效形式和設計約

12、束,2）塑性變形：,對于轉速很低或間歇擺動的軸承，會因過大的載荷或沖擊載荷，使?jié)L動體或內(nèi)、外圈滾道產(chǎn)生塑性變形，形成不均勻的凹坑。,3）磨粒磨損、粘著磨損（膠合）：,多塵條件下工作的軸承，易產(chǎn)生磨粒磨損。,潤滑不良的高速軸承，易產(chǎn)生粘著磨損（膠合） 。,磨損,膠合,軸承在不同工況下其主要失效形式不同：,中速運轉，主要失效形式是疲勞點蝕，按疲勞壽命進行校核計算。,高速運轉，主要失效形式是過渡磨損和燒傷，除進行疲勞壽命進行校核計算外，還要校核其極限轉速。,低速運轉或不轉動，主要失效形式是過大的塑性變形，按靜強度進行校核計算。,此外，軸承組合結構設計要合理，保證充分的潤滑和可靠的密封，對提高軸承的壽

13、命和保證正常工作是非常重要的。,8-5 滾動軸承的校核計算,軸承的壽命：對于單個滾動軸承來說，在套圈、滾動體材料首次出現(xiàn)疲勞點蝕之前，一套圈相對另一套圈所能運轉的轉數(shù)。,一、滾動軸承的疲勞壽命計算,1. 基本額定壽命和基本額定動載荷,軸承壽命的離散性是相當大的（見右圖）。,軸承的壽命/（106r）,基本額定壽命L10：一批相同的軸承，在相同條件下運轉，其中90軸承不發(fā)生疲勞點蝕以前能運轉的總轉數(shù)，或在一定轉速下所能運轉的總工作小時數(shù)。,基本額定動載荷C：軸承的基本額定壽命為106轉時，軸承所能承受的動載荷。,徑向接觸軸承的 C 是徑向載荷，用 Cr表示。,向心角接觸軸承的 C 是所受載荷的徑向

14、分量，也用 Cr 表示。,軸向接觸軸承的 C 是中心軸向載荷，用 Ca表示。,L10 的可靠度 R90。,6208軸承的載荷壽命曲線：,2. 滾動軸承疲勞壽命計算的基本公式,該曲線公式表示為：, 為壽命指數(shù)，對于球軸承 3；對于滾子軸承 10/3。,式中，P為當量動載荷（N）。,實際計算中，用小時數(shù)表示比較方便。令轉速為n（r/min），則,壽命計算時，引入溫度系數(shù)ft，則,常以設備的中修期或大修期作為軸承的設計壽命。,疲勞壽命校核計算應滿足的約束條件為：,式中，Lh為軸承預期計算壽命，見表86。,滾動軸承的壽命計算2,3. 滾動軸承的當量動載荷,當量動載荷：是由軸承實際所受載荷轉換得到的假想

15、載荷，它與基本額定動載荷 C 的確定條件及性質(zhì)相同，用 P表示。,當量動載荷,式中：Fr 、Fa 分別為軸承承受的徑向載荷和軸向載荷；,X 、Y 分別為軸承的徑向載荷系數(shù)與軸向載荷系數(shù) ；,對只能承受純徑向載荷的向心圓柱滾子軸承、滾針軸承、 螺旋軸承 ：,對只能承受純軸向載荷的推力軸承 ：,根據(jù)機器的實際工作情況，引入載荷系數(shù)f p ，用于計入 沖擊、振動對載荷的影響。,對于下列情況，需要向軸承制造廠查詢壽命計算公式的適用情況：,1、向心球軸承（深溝球軸承和角接觸球軸承等），當P超過C0r（徑向基本額定靜載荷，可從產(chǎn)品樣本或手冊中查出）或0.5Cr中的任何一個值時；,2、向心滾子軸承，當P超過

16、0.5Cr時；,3、推力球軸承，當P超過0.5C0a（軸向基本額定靜載荷）時。,當 Fa / Fr e 時（e為軸向載荷影響系數(shù)或稱判別系數(shù)），表示軸向載荷對軸承壽命影響較大，計算當量動載荷時必須考慮Fa的作用，此時 P = XFr+YFa,當 Fa / Fr = e 時，表示軸向載荷對軸承壽命影響較小，計算當量動載荷時只須考慮Fr的作用，F(xiàn)a可忽略，此時： P = Fr,4. 角接觸球軸承與圓錐滾子軸承的軸向載荷Fa的計算,角接觸球軸承和圓錐滾子軸承承受純徑向載荷時，要產(chǎn)生派生軸向力S。,軸承安裝不同時，產(chǎn)生的派生軸向力也不同。,原因：承載區(qū)內(nèi)每個滾動體的反力都是沿滾動體與套圈接觸點的法線方

17、向傳遞的。,工作情況2,角接觸球軸承及圓錐滾子軸承的派生軸向力的大小取決于該軸承所受的徑向載荷和軸承結構，按表89計算。,軸承所受總載荷的作用線與軸承軸心線的交點 ， 即為軸承載荷中心（支反力的作用點）。,派生力的方向總是由軸承寬度中點指向軸承載荷中心。,S的方向：沿軸線由軸承外圈的寬邊窄邊。,13-4 滾動軸承的壽命計算,一成對安裝的向心接觸軸承，F(xiàn)R及FA分別為作用在軸上的徑向載荷及軸向載荷。兩軸承受的徑向載荷分別為Fr1及Fr2，相應的派生軸向力為S1及S2。,滾動軸承的壽命計算4,對上圖進行分析：,如果S1FA S2，則軸有右移的趨勢，此時軸承被“壓緊”，軸承被“放松”。,根據(jù)力的平衡

18、關系，作用在軸承的外圈上的力應是S2S2，且有：,即,作用在軸承上的總的軸向力為,作用在軸承上的軸向力為,如果S1FA S2，則軸有左移的趨勢，此時軸承被“壓緊”，軸承被“放松”。,根據(jù)力的平衡關系，作用在軸承的外圈上必有一個平衡力S1作用。,作用在軸承、上的軸向力分別為,綜上可知，計算角接觸球軸承和圓錐滾子軸承所受軸向力的方法可歸結為：,（1）根據(jù)軸承的安裝方式及軸承類型，確定軸承派生軸向力S1、S2的方向及大?。?（2）確定作用于軸上的軸向外載荷的合力FA的方向及大?。?（3）判明軸上全部軸向載荷的合力指向，再根據(jù)軸承的安裝方式找出被“壓緊”和“放松”的軸承；,（4）被“壓緊”軸承的軸向載

19、荷等于除本身派生軸向載荷以外的其他所有軸向載荷的代數(shù)和；,（5）被“放松”軸承的軸向載荷等于軸承自身的派生軸向載荷。,7. 滾動軸承修正的額定壽命,基本額定壽命L10的可靠度為90%。但是，重要機器中的軸承，往往對可靠度有更高的要求。,某個可靠度下的壽命：,式中： 壽命修正系數(shù)，見表88。,可靠度不為90時的壽命修正系數(shù) (GB6391-86),二、極限轉速校核,滾動軸承轉速過高，會使摩擦表面間產(chǎn)生很高的溫度，影響潤滑劑的性能，破壞油膜，從而導致滾動體回火或元件膠合失效。,轉速約束條件：,極限轉速nlim：在一定載荷和潤滑條件下，軸承所允許的最高轉速。,軸承樣本和手冊中，列出了特定條件下的極限

20、轉速 nlim。,（P 0.1C，潤滑與冷卻條件正常，軸承公差等級為0級）,實際工作條件下的極限轉速： nmax f1 f2 nlim,式中：f1 載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對極限轉速的影響。,f2載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對極限轉速的影響。,當軸承在重載荷下（P 0.1C）工作時，接觸應力將增大； 而向心軸承承受軸向力作用時，將使受載滾動體數(shù)目增加，增大軸承接觸表面間的摩擦，使?jié)櫥儔摹?f1、f2值可從圖813中查得。,對于轉速很低或緩慢擺動的軸承，為防止塑性變形失效，需計算軸承的靜強度，據(jù)此選擇軸承尺寸。,三、靜強度校核,約束強度條件為： 或,式中，S0為軸承靜強度安全系數(shù)

21、，見表811。,C0r為徑向額定靜載荷，使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處 的接觸應力達到如下定值時的載荷。,調(diào)心球軸承：4600MPa；,其他向心球軸承：4200MPa；,所有向心滾子軸承：4000MPa；,單列角接觸球軸承，其徑向額定靜載荷是指使軸承套圈間僅產(chǎn)生相對純徑向位移的載荷的徑向分量。,C0a為軸向額定靜載荷，使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處的接觸應力達到如下定值時的載荷。,推力球軸承：4200MPa；,所有推力滾子軸承：4000MPa；,徑向接觸軸承的 C0 是徑向載荷。,向心角接觸軸承的 C0 是所受載荷的徑向分量。,軸向接觸軸承的 C0 是中心軸向載荷。,C0r、C0a可從

22、有關設計手冊中查到。,P0r為徑向當量靜載荷，在最大載荷滾動體與滾動接觸中心處， 引起與實際載荷條件下相同接觸應力的徑向靜載荷。,P0a為軸向當量靜載荷，在最大載荷滾動體與滾動接觸中心處， 引起與實際載荷條件下相同接觸應力的中心軸向靜載荷。,（1）深溝球軸承，角接觸球軸承，調(diào)心球軸承,P0r = X0Fr+Y0Fa,P0r和P0a分別按下面的公式進行計算：,P0r = Fr,（2）向心球軸承和 的向心滾子軸承,P0r = X0Fr+Y0Fa ，,P0r = Fr,P0r = Fr,（3） 的推力軸承,P0a = Fa,（4） 的推力軸承,P0a = 2.3Frtga + Fa,Fr軸承徑向載荷

23、，即軸承實際載荷的徑向分量。,式中：X0、Y0為當量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)。,Fa軸承軸向載荷，即軸承實際載荷的軸向分量。,選擇軸承的類型和直徑系列,滾動軸承是標準零件，應能在機械設計過程中，根據(jù)使用的要求較合理地選擇滾動軸承的類型與規(guī)格。,滾動軸承選擇的一般過程如下：,滾動軸承尺寸選擇的過程,確定軸承所承受的FR與FA,計算當量動載荷FP=fP(XFR+YFA),明確軸承的工作轉速n與預期壽命L10,計算軸承應滿足的基本額定動載荷,由軸承樣本（手冊）查取合適的軸承,（1）下列軸承中， 能很好地承受徑向載荷與軸向載荷的聯(lián)合作用；而 則具有良好的調(diào)心作用。,A 短圓柱滾子軸承 B 推力球軸承 C 圓錐滾子軸承 D 調(diào)心滾子軸承,（2）在良好的潤滑和密封條件下，滾動軸承的主要失效形式是 。,A 塑性變形 B 膠合 C 磨損 D 疲勞點蝕,（3） 下列四種型號的滾動軸承中，只能承受徑向載荷的是 。,A 6208 B N208 C 30208 D 51208,（4）代號為7212AC的滾動軸承，對它的承載情況描述最準確的是 。,A 只能承受徑向載荷 B 單個軸承能承受雙向載荷 C 只能承受軸向載荷 D 能同