東北石油大學機械設計基礎第16章 滾動軸承

1、東北石油大學機械設計基礎第東北石油大學機械設計基礎第1616章章 滾動軸承滾動軸承 第第16章章 滾動軸承滾動軸承 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 16-2 滾動軸承的代號滾動軸承的代號 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件 傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心 距較大的場合。與齒輪傳動相比，它 們具有結構簡單，成本低廉等優(yōu)點。 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 各零件的作用：各零件的作用： 外圈：外圈

2、：支撐零件或軸系；支撐零件或軸系； 保持架保持架: 將滾動體分開。將滾動體分開。 內(nèi)圈：內(nèi)圈：支撐軸；支撐軸； 滾動體：滾動體：滑動滑動滾動；滾動； 硬度和接觸疲勞強度硬度和接觸疲勞強度 、耐磨性和沖擊韌性、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：用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達：6165HRC。工作表面需。工作表面需 經(jīng)磨削或拋光。經(jīng)磨削或拋光。 保持架：保持架：低碳鋼，低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。高速軸承：有色金屬或塑料。 滾動軸承的組成：滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。 滾動副的材料要求：滾動副的材料要求： 優(yōu)點：優(yōu)點

3、：摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便、 和易于互換等。和易于互換等。 缺點：缺點：抗沖擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音?？箾_擊能力差、高速時出現(xiàn)噪音。 接觸角：接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸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。心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。 接觸角接觸角 軸向承載能力軸向承載能力 = = 0 表表16-1 各類軸承的公稱接觸角各類軸承的公稱接觸角 軸承類型軸承類型 公稱接觸角公稱接觸角 向心軸承向心軸承推力軸承推力軸承 徑向接觸徑向接觸角接觸角接觸軸向接觸軸向接觸角接觸角接觸 0

4、4545 = 9= 90 45 9090 滾動軸承滾動軸承 標準化標準化; 設計人員的主要任務是設計人員的主要任務是: 熟悉標準，正確選用。熟悉標準，正確選用。 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 軸承類軸承類 型型 按載荷方按載荷方 向分向分 按滾動體形按滾動體形 狀分狀分 向心軸承向心軸承 推力軸承推力軸承 圓柱滾子圓柱滾子 圓錐滾子圓錐滾子 球面滾子球面滾子 滾針滾針 球軸承球軸承 滾子軸承滾子軸承 分類：分類： 表表16-2 滾動軸承的主要類型和特性滾動軸承的主要類型和特性 軸承名稱、軸承名稱、 類型及代號類型及代號 結構簡圖結構簡圖 承載方向承載方向極限轉速極

5、限轉速 允許角偏差允許角偏差主要特性和應用主要特性和應用 調心球軸承調心球軸承 10000 中中2 3 主要承受徑向載荷，主要承受徑向載荷， 同時也能承受少量同時也能承受少量 軸向載荷。因為外軸向載荷。因為外 滾道表面是以軸承滾道表面是以軸承 中點為中心的球面，中點為中心的球面， 故能調心。故能調心。 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型和特點 調心滾調心滾 子軸承子軸承 20000C 低低0.5 2 比10000小 能承受很大的徑向載能承受很大的徑向載 荷和少量軸向載荷。荷和少量軸向載荷。 承載能力大，具有調承載能力大，具有調 性能。性能。 圓錐滾圓錐滾 子軸承子軸承 300

6、00 中中2 能同時承受較大的徑能同時承受較大的徑 向、軸向聯(lián)合載荷。向、軸向聯(lián)合載荷。 因線性接觸，承載能因線性接觸，承載能 力大，內(nèi)外圈可分離，力大，內(nèi)外圈可分離， 裝拆方便，稱對使用。裝拆方便，稱對使用。 推力球軸承推力球軸承 50000 低低不允許不允許 只能承受軸向載荷，且作用線只能承受軸向載荷，且作用線 必需與軸線重合。分為單、雙必需與軸線重合。分為單、雙 向兩種。高速時，因滾動體離向兩種。高速時，因滾動體離 心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱 嚴重，壽命較低，可用于軸向嚴重，壽命較低，可用于軸向 載荷大、轉速不高之處。載荷大、轉速不高之處。a)單向單向 表表16

7、-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱、軸承名稱、 類型及代號類型及代號 結構簡圖結構簡圖 承載方向承載方向極限轉速極限轉速允許角偏差允許角偏差主要特性和應用主要特性和應用 推力球軸承推力球軸承 50000 低低 不允許不允許 只能承受軸向載荷，且作用線只能承受軸向載荷，且作用線 必需與軸線重合。分為單、雙必需與軸線重合。分為單、雙 向兩種。高速時，因滾動體離向兩種。高速時，因滾動體離 心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱 嚴重，壽命較低，可用于軸向嚴重，壽命較低，可用于軸向 載荷大、轉速不高之處。載荷大、轉速不高之處。 b)雙向雙向 深溝

8、球軸承深溝球軸承 60000 高高816 能同時承受較大的徑能同時承受較大的徑 向、軸向聯(lián)合載荷。向、軸向聯(lián)合載荷。 因線性接觸，承載能因線性接觸，承載能 力大，內(nèi)外圈可分離，力大，內(nèi)外圈可分離， 裝拆方便，稱對使用。裝拆方便，稱對使用。 角接觸角接觸 球軸承球軸承 70000C(=15=15 ) 70000AC(=25=25 ) 70000B(=40=40 ) 較高較高210 能同時承受較大的徑能同時承受較大的徑 向、軸向聯(lián)合載荷。向、軸向聯(lián)合載荷。 大，承載能力越大，大，承載能力越大， 有三種規(guī)格。稱對使有三種規(guī)格。稱對使 用。用。 表表16-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主

9、要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱、軸承名稱、 類型及代號類型及代號 結構簡圖結構簡圖 承載方向承載方向極限轉速極限轉速允許角偏差允許角偏差主要特性和應用主要特性和應用 表表16-2 滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)）滾動軸承的主要類型和特性（續(xù)） 軸承名稱、軸承名稱、 類型及代號類型及代號 結構簡圖結構簡圖 承載方向承載方向極限轉速極限轉速允許角偏差允許角偏差主要特性和應用主要特性和應用 推力圓柱推力圓柱 滾子軸承滾子軸承 80000 低低 不允許不允許 能承受很大的單向能承受很大的單向 軸向載荷。軸向載荷。 圓柱滾圓柱滾 子軸承子軸承 N0000 較高較高24 能承受較大的徑向。因能承受較大的徑向。

10、因 線性接觸，內(nèi)外圈只允線性接觸，內(nèi)外圈只允 許有小的相對偏轉。除許有小的相對偏轉。除U 結構外，還有內(nèi)圈無擋結構外，還有內(nèi)圈無擋 邊邊(NU)、外圈單擋邊、外圈單擋邊 (NF)、內(nèi)圈單擋邊、內(nèi)圈單擋邊(NJ)等等 型式型式 滾針軸承滾針軸承 a) NA0000 b) RNA0000 低低 只能承受徑向載荷。承只能承受徑向載荷。承 載能力大，徑向尺寸特載能力大，徑向尺寸特 小。一般無保持架，因小。一般無保持架，因 而滾針間有摩擦，極限而滾針間有摩擦，極限 轉速低。轉速低。 不允許不允許 a) b) 1. 承載能力承載能力 承受徑向載荷為主；承受徑向載荷為主； 幾點說明：幾點說明： 滾子軸承滾子

11、軸承(1.53)球軸承球軸承 2. 極限轉速極限轉速 當當d 20 mm時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。時，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。 0 4545 45 90100 時，時， C 引進溫度系數(shù)引進溫度系數(shù) ft 進行修正。進行修正。 3 10/3 = 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。 表表16-9 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 軸承工作軸承工作 溫度溫度 溫度系數(shù)溫度系數(shù) ft 100 250200150125300 10.950.900.700.800.60 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 表表16-10 載荷系數(shù)載荷系數(shù) 載荷

12、性質載荷性質 無沖擊或輕微沖擊無沖擊或輕微沖擊 中等沖擊中等沖擊 強烈沖擊強烈沖擊 fP1.01.21.21.81.83.0 NL n f Pf C h t P /1 6 10 60 或： h Pf Cf n L P t h 60 10 6 修正結果：修正結果： 工作中沖擊振動工作中沖擊振動 C 引進載荷系數(shù)引進載荷系數(shù) fP 進行修正。進行修正。 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 表表16-11 軸承預期壽命軸承預期壽命Lh的參考值的參考值 使使 用用 場場 合合 不經(jīng)常使用的儀器和設備不經(jīng)常使用的儀器和設備 500 Lh /h 短時間或間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果短時間或

13、間斷使用，中斷時不致引起嚴重后果 40008000 間斷使用，中斷時會引起嚴重后果間斷使用，中斷時會引起嚴重后果 800012000 每天每天8h工作的機械工作的機械 1200020000 每天每天24h連續(xù)工作的機械連續(xù)工作的機械 4000060000 四、當量動載荷的計算四、當量動載荷的計算 含義：含義：當量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷當量動載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響雙重影響，經(jīng)換，經(jīng)換 算后的算后的假想載荷假想載荷。其效果與某一個基本額定動載荷相當。其效果與某一個基本額定動載荷相當。 計算公式：計算公式：P=X Fr+Y Fa X-徑向動載荷系數(shù)；徑向動載荷系數(shù)； Y

14、-軸向動載荷系數(shù)。軸向動載荷系數(shù)。 向心軸承：向心軸承：P=Fr推力軸承：推力軸承： P=Fa 查表1612 P260 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 表表16-12 向心軸承當量載荷系數(shù)向心軸承當量載荷系數(shù)X、Y的值的值 軸承類型軸承類型 深溝球軸承深溝球軸承 0.172 0.19 2.3 12.3Fa C0r e Fa / Fr eFa / Fr e XYXY 0.345 0.22 1.99 0.689 0.26 1.71 1.03 0.28 1.55 1.38 0.30 0.56 1.45 1 0 0.178 0.38 1.47 0.357 0.40 1.40 0.714

15、 0.23 1.30 1.07 0.46 1.23 = = 15 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 角角 接接 觸觸 球球 軸軸 承承 = 25= 25 - 0.68 0.41 0.87 1 0 = 4= 40 - 1.14 0.35 0.57 1 0 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承(單列單列) - 1.5tg 0.4 0.4ctg 1 0 調心球軸承調心球軸承(雙列雙列) - 1.5tg 0.65 0.65ctg 1 0 (單列單列) 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算五、角接觸向心軸承軸向載荷的計算 受力分析：受力分析： Fr 由于的存

16、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 = Fi +Fi Fi Fi F 總軸向力F= Fi 為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動，這種軸承應為使內(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。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 表表16-13 角接觸向心球軸承角接觸向心球軸承 軸承類型軸承類型 角接觸向心球軸承角接觸向心球軸承 F eFr 0.68Fr 1.14Fr 圓錐滾子軸圓錐滾子軸承承 = = 15 = = 25 = = 40 Fr / (2Y) Y是是 的軸向系數(shù)的軸向系數(shù)e Fr Fa -內(nèi)部軸向

17、力內(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 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 1.若若 FA+ + F2 F1 壓緊端：壓緊端：Fa1 = = FA+ + F2 放松端：放松端：Fa2 = = F2 2.若若 FA+ +F2 F1 則有：則有： 結論與正裝相同！結論與正裝相同！ 壓緊端：壓緊端：Fa1 = = FA+ + F2 放松端：放松端：Fa2 = = F2 2.若若 FA+ +F2 F1 ,則有：則有： 放松端：放松端： Fa1 = = F1 壓緊端：壓緊端： Fa2 = = F1 - - FA 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 一、滾動軸

18、承的潤滑一、滾動軸承的潤滑 潤滑劑潤滑劑 潤滑目的潤滑目的-減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 密封目的密封目的-防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇?。防止灰塵、水分進入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А?潤滑脂潤滑脂 潤滑油潤滑油 固體潤滑劑固體潤滑劑 用于特殊場合 用速度因素用速度因素dn 值作為選擇潤滑劑的條件值作為選擇潤滑劑的條件: - 常用常用 - 高速、高溫高速、高溫 當當dn (1.52) 105 mmr/min時，采用脂潤滑，否則用油潤滑。時，采用脂潤滑，否則用油潤滑。 脂潤滑優(yōu)點：脂潤滑優(yōu)點：

19、不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運不容易流失、便于密封和維護，充填一次，可運 轉較長時間。轉較長時間。 油潤滑優(yōu)點：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。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。 二、滾動承的密封二、滾動承的密封 潤滑油的選擇：潤滑油的選擇： 潤滑油的粘度根據(jù)速度因素潤滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作和工作 溫度溫度t來確定。來確定。 1000000 500000 200000 100000 50000 20000 10000 -40-20 0 204060100 12080 dn/(mmr/min) t / 潤

20、滑油粘度的選擇潤滑油粘度的選擇 5cSt(40時時) 10 20 65 110 250 400 滾動承的密封方式的選擇與滾動承的密封方式的選擇與潤滑的種類、潤滑的種類、 工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度 有關。有關。 分類分類 接觸式接觸式 非接觸式非接觸式 組合式密封組合式密封 毛氈圈密封毛氈圈密封 密封圈密封密封圈密封 間隙密封間隙密封 迷宮式密封迷宮式密封 -毛氈迷宮式密封毛氈迷宮式密封 例如：例如： dn=100000，t=90 可用可用 110 號潤滑油號潤滑油 110 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 毛氈圈密封毛氈圈密封 適用

21、場合：適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓脂潤滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓 周軸速度周軸速度v45 m/s，工作溫度不工作溫度不 超過超過90 適用場合：適用場合： 脂或油潤滑，軸頸圓周軸速度脂或油潤滑，軸頸圓周軸速度 v45 m/s，工作溫度工作溫度: - 40100 (a) (b) 防漏油防漏油防灰塵防灰塵 密封圈密封密封圈密封 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 接觸式密封：接觸式密封： 適用場合：適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。 靠軸與

22、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0.10.3 mm。 間隙封圈間隙封圈 (a)(b) =0.10.3 mm 非接觸式密封：非接觸式密封： 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 將旋轉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 和軸向兩種結構。 適用場合：適用場合：脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封用脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封用 脂的滴點。密封效果可靠。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 =1.52 mm。 迷宮式封圈迷宮式封圈 =0.10.2 mm (a)(b)

23、 =1.52 mm 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 適用場合：適用場合：適用于脂潤滑或油潤滑，密封效果可靠。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。 組合封圈組合封圈 組合式密封：組合式密封： 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 一、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；無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸 一、軸承類型的選擇一、軸承類型的

24、選擇 1.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；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；錐滾子軸承；如斜齒輪軸 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 一、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；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；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 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 一、軸承類型的選擇一、軸承類型的選擇 1

25、.無軸向載荷時，宜用深溝球軸承；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；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。純軸向載荷作用時，必須采用推力軸承。 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 二、軸承的固定二、軸承的固定 固定方式固定方式 兩端固定兩端固定 一端固定、一端游動。一端固定、一端游動。 兩端固定支承兩端固定支承 C=0.20.3 mm 預留補償間隙預留補償間隙 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 兩端固定支承兩端固定支承 16-5

26、 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 2. 一端固定、一端游動一端固定、一端游動 固定支承固定支承 游動支承游動支承 L 一個支點雙向固定以承受軸向力、另一端游動。一個支點雙向固定以承受軸向力、另一端游動。 適用于溫度變化較大的長軸。適用于溫度變化較大的長軸。 選用深溝球軸承 時， 外圈與端蓋 間應留有間隙。 游動支承游動支承 選用圓柱滾子軸承時， 外圈應雙向固定。 調整墊片調整墊片 加減墊片加減墊片 二、二、 軸承組合的調整軸承組合的調整 加減墊片的厚度加減墊片的厚度 調整墊片調整墊片 加減墊片加減墊片 1. 軸承間隙的調整軸承間隙的調整 螺釘調整螺釘調整 方法：方法： 螺釘調整螺釘調整 2. 軸承的預緊軸承的預緊 對于某些可調游隙的軸承，在安裝時給與一定的軸向壓緊力，使得內(nèi)外圈 產(chǎn)生相對移動而消除游隙，并在套圈和滾動體接觸處產(chǎn)生彈性預變形，借 此提高軸的旋轉精度和剛度。這種方法稱為軸承的預緊。 方法方法 加金屬墊片加金屬墊片 磨窄套圈磨窄套圈 16-5 滾動軸承的組合設計滾動軸承的組合設計 3. 軸承組合位置的調整軸承組合位置的調整 對于某些可調游隙