滾動軸承.ppt

第十八章 滾動軸承,18.1 概述 滾動支承設(shè)計內(nèi)容： 1、 軸承本身設(shè)計：正確選用軸承的類型和尺寸 2、 軸承組合設(shè)計：安裝、調(diào)整、潤滑、密封等的設(shè)計,學(xué)習(xí)本章的目的主要解決三個問題：,1、如何選擇滾動軸承的類型；,2、滾動軸承的壽命計算；,3、滾動軸承組合設(shè)計；,18.1.1 構(gòu)造,18.1.2 材料,內(nèi)、外圈和滾動體用軸承鉻鋼制造，常用溫度不高于120 保持架：沖壓式：低碳鋼板制成；實體式：銅合金等。,18.1.3 優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1、 起動靈敏、效率高； 2、 運動精度高 ； 3、 軸向尺寸緊湊； 4、 潤滑簡便； 5、 宜互換。,缺點： 1、抗沖擊性能差； 2、工作時有噪聲； 3、徑向尺寸大。,應(yīng)用場合：中速、中載和一般工作條件下運轉(zhuǎn)的機(jī)器中廣泛應(yīng)用。,18.2 滾動軸承的類型及選擇,1、按承載方向和公稱接觸角分為：,滾動體與套圈接觸處的法線 與軸承的徑向平面之間的 夾角，稱為公稱接觸角。,向心軸承：045，主要承受徑向載荷；,徑向接觸軸承0 的向心軸承；,向心角接觸軸承 045的向心軸承；,推力軸承： 45 90 ，主要承受軸向載荷；,軸向接觸軸承90的推力軸承,推力角接觸軸承 45 90的推力軸承,2、按滾動體的種類可分為：球軸承和滾子軸承,18.3 滾動軸承的代號,用數(shù)字或字母表示 1調(diào)心球軸承 3圓錐滾子軸承 5推力球軸承 6深溝球軸承 7角接觸球軸承 n圓柱滾子軸承,內(nèi)徑尺寸 代號 10 00 12 01 15 02 17 03 20480 d/5 22、28、32及500以上 /內(nèi)徑,類型和代號2,在實際應(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,18.2.1 滾動軸承的類型,類型代號為0（6）,類型代號為1（1）,類型代號為2（9）,類型代號為3（7）,類型代號為4（0）,類型代號為5（8）,類型代號為6（0）,類型代號為7（6）,類型代號為n（2）,類型代號為8（9）,舉例說明 6204 6軸承類型為深溝球軸承 （0）2尺寸系列代號，寬度系列代號為0（可省略） 2為直徑系列代號 04內(nèi)徑代號 d=20mm 72211ac 7角接觸軸承 22尺寸系列代號，寬度系列代號2，直徑系列代號為2 11為內(nèi)徑代號，d=55mm ac接觸角=25 精度為0級,18.2.2 滾動軸承類型的選擇,1、根據(jù)載荷的大小及性質(zhì),載荷大或沖擊大選滾子軸承（線接觸）；,徑向、軸向載荷角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3),軸向載荷不大時，可用深溝球軸承,載荷小或沖擊小選球軸承（點接觸） ；,2、根據(jù)載荷的方向,純徑向載荷選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（n),純軸向載荷選推力軸承（5 或 8 ）,3、根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低,轉(zhuǎn)速高選球軸承；,選用實體保持架；,不用推力軸承承受純徑向載荷；,4、根據(jù)回轉(zhuǎn)精度,精度要求高選球軸承；,5、根據(jù)軸承剛度及調(diào)心性能,軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點支承 選調(diào)心軸承（ “1” 類 或 “2” 類 ）；,6、 裝調(diào)性能,圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承內(nèi)外圈可分離，便于拆裝。,7、 經(jīng)濟(jì)性,球軸承比滾子軸承便宜；,精度低的軸承比精度高的軸承便宜。,18.4 滾動軸承的力分析|、失效和計算準(zhǔn)則 18.4.1 向心軸承中作用力的分析,各滾動體上的受力情況如何？,當(dāng)軸承僅受到純軸向力 fa 作用時：,載荷由各滾動體平均分擔(dān)，即：,qi qj,當(dāng)軸承僅受到純徑向力 fr 作用時：,接觸點產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)圈下沉，,f2,fmax,f1,f2,f1,最多只有半圈滾動體受載。,承載區(qū)各滾動體的變形量不同，受載大小也不同。,對于點接觸軸承：,對于線接觸軸承：,滾動體與套圈滾道接觸點的接觸應(yīng)力是變應(yīng)力，,因此：,可看成脈動循環(huán)變應(yīng)力。,全部滾動體個數(shù),18.4.2 角接觸軸承中的附加軸向力fs,o,角接觸球軸承,o 支反力作用點，即法線與軸線的交點。,向心角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）受純徑向載荷作用后，會產(chǎn)生附加軸向力 fs 。,附加軸向力：,注意 fs 的方向,不同類型的軸承附加軸向力的計算不同，附加軸向力的方向是由軸承外圈的寬邊指向窄邊，始終使內(nèi)外圈相分離。,角接觸軸承一般成對反向安裝使用。,滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕。,18.4.3 滾動軸承的失效,1、疲勞點蝕 最主要的失效形式,防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。,接觸應(yīng)力過大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。,2、塑性變形 低速軸承的主要失效形式,原因是載荷過大或沖擊載荷作用。,3、磨損、膠合、保持架斷裂等,使用維護(hù)不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效。,18.4.4 滾動軸承的計算準(zhǔn)則,1、 一般軸承： 壽命計算、靜強(qiáng)度校核 2、 不轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)速極低或擺動的軸承：靜強(qiáng)度校核 3、 高速軸承： 壽命計算、極限速度校核。 三個基本參數(shù) 1、基本額定動載荷cr或ca 2、 基本額定靜載荷c0r或c0a 3、 極限速度n0,18.5 滾動軸承的動載荷和壽命計算 18.5.1 基本額定動載荷和基本額定壽命,軸承壽命,軸承中任一元件 出現(xiàn)疲勞點蝕 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,一批相同 的軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中90 的軸承不發(fā)生疲勞點蝕 前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)。,90,10,用 l 10（r）或 l10h（h）表示。,完好,按基本額定壽命選用軸承，可靠性為90 。,注意：基本額定壽命隨運轉(zhuǎn)條件而變化。,比如：外載增大，基本額定壽命降低。,基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。,基本額定動載荷,規(guī)定軸承在 額定壽命 為 106 轉(zhuǎn) 時，所能承受的最大載荷，用 c 表示。,即：在c 的作用下，運轉(zhuǎn) 106 轉(zhuǎn) 時，有10的軸承出現(xiàn)點蝕，90的軸承完好。,基本額定動載荷越大,軸承的承載能力越大,對于具體軸承，c 為定值，按手冊查取。,c r 向心軸承的基本額定動載荷，稱為徑向額定動載荷。,c a 推力軸承的基本額定動載荷，稱為軸向額定動載荷。,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際載荷的作用等效。用 p 表示。,計算式：,x 徑向系數(shù),y 軸向系數(shù),查表18.7,x、y 的作用是將fr、fa折合成當(dāng)量動載荷。,x、y 取決于：fa/fr 和判斷系數(shù) e 。,若：,fa/fr e,x 0、y 0,若：,fa/fr e,x 1、y 0,判斷系數(shù) e 根據(jù) fa/c0r 確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力。,基本額定靜載荷,或：,18.5.2 當(dāng)量動載荷,實際工作條件下，需引入載荷系數(shù) fd 修正 p：,對于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：,對于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：,18.5.3 基本額定壽命,目的 根據(jù)工作條件和設(shè)計要求，選擇合適的軸承。,為壽命指數(shù)，球軸承 3，滾子軸承 10/3 。,f1 f2 fn (l10)1 (l10)2 (l10)n,當(dāng)載荷為額定動載荷c 時：,實際計算時，常用小時數(shù)表示軸承的額定壽命：,已知軸承的c ，計算額定壽命,根據(jù)預(yù)期壽命lh，計算所需的c ,預(yù)期壽命,所需額定動載荷,小時,壽命計算時，應(yīng)滿足：,或：,18.5.4 角接觸軸承的載荷計算,為使f s 得到平衡，角接觸軸承必須成對使用。,一般有兩種安裝形式：,正裝 面對面安裝,兩軸承外圈的窄邊相對，,即附加軸向力指向相對。,反裝 背靠背安裝,兩軸承外圈的寬邊相對，,即附加軸向力指向相背。,正裝時跨距短，軸剛度大；,反裝時跨距長，軸剛度小；,問題：兩個角接觸軸承朝一個方向布置行嗎？,為簡化計算，認(rèn)為支反力作用于軸承寬度的中點。,角接觸軸承的軸向載荷fa的計算（以正安裝為例）,當(dāng)外載既有徑向載荷fr又有軸向載荷fa時，角接觸軸承的軸向載荷 fa ？,要同時考慮軸向外載 f a和附加軸向力 fs 。,當(dāng)軸處于平衡狀態(tài)時 fs1+fa=fs2 若不滿足此關(guān)系式，可能出現(xiàn)兩種情況。 1） fs1+fafs2,fs1+fa=fs2+fs2,fs2=fs1+fafs2,2) fs1+fafs2,計算角接觸軸承軸向載荷的方法： 1） 根據(jù)軸承所受軸向外載荷和軸承附加軸向力的合力指向，找出被“壓緊”和被“放松”的軸承； 2） 被“壓緊”軸承所受的軸向力等于除自身以外其它軸向力的向量和； 3) 被“放松”軸承的所受的軸向力等于自身的附加軸向力。,選擇軸承的類型和直徑系列,滾動軸承選擇的一般過程,滾動軸承尺寸選擇的過程,由力分析確定軸承所承受的fr與fa,18.9 滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 18.9.1 滾動軸承軸系支點固定的結(jié)構(gòu)型式,滾動軸承的固定方式取決條件： 1） 是否傳遞軸向載荷 2） 軸承的類型 3） 是游動支承還是固定支承,一、 軸承組合的軸向固定,1、單個軸承的內(nèi)圈常用的軸向固定,2、單個軸承的外圈常用的軸向固定,二、滾動軸承拆裝,軸或座孔凸肩的圓角半徑必須小于相應(yīng)的軸承座圈的圓角半徑，,軸肩高度不能大于內(nèi)圈高度。,三、支承結(jié)構(gòu)的基本形式,1、 兩端單向固定,兩支點距離小于400mm的短軸或在工作中溫升較小的軸。,2、 一端雙向固定，一端游動,軸的支承跨距較大或工作時溫升較高。,3、 兩端游動 要求左右游動的軸。,18.9.2 滾動軸承的配合,軸承內(nèi)圈與軸采用基孔制配合,軸承外圈與支座孔采用基軸制配合,18.9.3 提高軸系剛度的措施,滾子軸承比球軸承剛度好，雙列比單列軸承剛度好。,1、 選擇合理的軸承類型,2、 合理安排軸承的組合方式,3、 軸承預(yù)緊 預(yù)緊可增加軸承剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長軸承壽命。 預(yù)緊主要用在角接觸球軸承和推力球軸承上，有時也用于圓錐滾子軸承中。 預(yù)緊的方法 定位預(yù)緊 定壓預(yù)緊,18.10 滾動軸承的潤滑和密封 18.10.1 滾動軸承的潤滑,18.10.2 滾動軸承的密封,對于一根軸上兩個支承的座孔，必須盡可能地保持同心。最好的辦法是采用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把兩軸承孔一次鏜出；,正確選擇軸承的配合，保證軸承正常運轉(zhuǎn)，防止內(nèi)圈與軸、外圈與外殼孔在工作時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；,在安裝軸承的過程中，應(yīng)確保實施安裝軸承的力不作用的滾動體上，否則將使軸承損壞；,對軸承適當(dāng)?shù)仡A(yù)緊，以此提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛度、減小機(jī)器工作時軸的振動。,在進(jìn)行滾動軸承的安裝設(shè)計時，應(yīng)注意以下問題：,應(yīng)盡量保證軸及軸承座有足夠的剛度，以避免過大的變形使?jié)L動體受阻滯 而使軸承提前損壞；,超低溫液氫泵用混合式陶瓷軸承,滾動軸承的應(yīng)用,1883年德國的fischer先生發(fā)明了磨制鋼球的球磨機(jī)并創(chuàng)建fag公司以來，伴隨著滾動軸承工業(yè)的誕生和發(fā)展，fag的產(chǎn)品在幾乎所有可能的領(lǐng)域內(nèi)得到了充分的認(rèn)證并一直扮演著十分重要的角色，,滾動軸承的應(yīng)用,滾動軸承的應(yīng)用,瑞典skf公司新一代skf球面滾子軸承-explorer“探索者“系列的性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過iso國際標(biāo)準(zhǔn)的計算方法，而iso亦無法恰當(dāng)?shù)仡A(yù)測其預(yù)期壽命 軸承如此經(jīng)久耐用，它將改變工業(yè)設(shè)備的維修計劃 軸承如此先進(jìn)卓越，它將為設(shè)計工程師，開拓一個充滿嶄新選擇的世界，從而創(chuàng)造新一代的工業(yè)機(jī)械設(shè)備。,滾動軸承的應(yīng)用,這類軸承適用于內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)。由于其特殊的設(shè)計，可以應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速、高溫、不利于潤滑且又具有特殊載荷和運動狀態(tài)的支承。其中，kzk曲柄銷支