Ch13機(jī)械設(shè)計

1、第十三章 滾動軸承13-1 概述13-2 滾動軸承的主要類型和代號13-3 滾動軸承的類型選擇13-4 滾動軸承的工作情況13-5 滾動軸承尺寸的選擇13-6 軸承裝置的設(shè)計13-7 滾動軸承與滑動軸承性能對照13-8 滾動軸承例題分析概述 滾動軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的（例如：轉(zhuǎn)動的齒輪與軸）。13-1 概 述滾動軸承的特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件，選用方便。本章主要講授： 滾動軸承的類型和代號（認(rèn)識軸承）； 滾動軸承的選用（包括類型選擇、尺寸選擇、承載能力驗算）； 滾動軸承的裝置設(shè)計。滾動軸承的構(gòu)成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架

2、等(各類滾動體)類型和代號113-2 滾動軸承的主要類型和代號一、滾動軸承的分類夾角叫作軸承的接觸角；夾角叫作載荷角。 按滾動體的不同分類：球軸承、滾子軸承； 按可承受的外載荷分類：向心軸承、推力軸承、向心推力軸承； 按受力分類圖 按軸承的結(jié)構(gòu)形式不同分類：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)心球軸承更多的滾動軸承類型和代號3二、滾動軸承的代號方法前置代號 基本代號 后置代號 軸承的分部件代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號密封與防塵結(jié)構(gòu)代號保持架及其材料代號特殊

3、軸承材料代號公差等級代號游隙代號多軸承配置代號其它代號五四三二一類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號寬度系列代號直徑系列代號滾動軸承代號構(gòu)成：代號用于表征滾動軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等，由GB/T272規(guī)定。 前置代號表示軸承的分部件?；敬柋硎据S承的類型與尺寸等主要特征。后置代號表示軸承的精度與材料的特征。 類型和代號4 內(nèi)徑代號：內(nèi)徑代號5=內(nèi)徑，如：08表示軸承內(nèi)徑d=508=40mm。 類型代號：常用軸承代號為3、5、6、7、N五類，詳細(xì)代號查閱類型代號表。 公差等級代號：公差分2、4、5 、6(6x)、 0級，共五個級別 。以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)為代號，0級

4、不標(biāo)注 。 游隙代號：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六個組別。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5為代號，0組不標(biāo)注。 高級 低級 游隙值：小 大 內(nèi)徑 d10121517代 號00010203特殊情況： 尺寸系列代號：表達(dá)相同內(nèi)徑但外徑和寬度不同的軸承。但對圓錐滾子軸承(3類)和調(diào)心滾子軸承(2類)不能省略“0”。外徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。寬度系列代號：一般正常寬度為“0”，通常不標(biāo)注。 類型和代號5三、軸承代號示例6308：6深溝球軸承，3中系列，08 內(nèi)徑d=40mm， 公差等級為0級，游隙組為0組； N105/P5： N圓柱滾子

5、軸承，1特輕系列，05內(nèi)徑d=20mm，公差等級為5級，游隙組為0組；7214AC/P4： 7角接觸球軸承，2輕系列，14內(nèi)徑d=70mm，公差等級為4級，游隙組為0組，公稱接觸角=25；30213：3圓錐滾子軸承，2輕系列，13內(nèi)徑d=65mm，0正常寬度(0不可省略)，公差等級為0級，游隙組為0組；6103： 6深溝球軸承，1特輕系列，03內(nèi)徑d=17mm，公差等級為0級，游隙組為0組；注：滾動軸承代號比較復(fù)雜，上述代號僅為最常用的、最有規(guī)律的部分。具體應(yīng)用時，若遇到看不懂的代號時，應(yīng)查閱GB/T272-93。 類型代號表6深溝球軸承L直線軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA

6、滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型類型選擇113-3 滾動軸承的類型選擇選擇軸承的類型和直徑系列按軸徑確定軸承內(nèi)徑滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件，同學(xué)們應(yīng)能在機(jī)械設(shè)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。一、滾動軸承選擇的一般過程如下：對沒有嚴(yán)格要求的軸承可不進(jìn)行承載能力驗算END進(jìn)行承系能力驗算合格不合格對有較嚴(yán)格要求的軸承 類型選擇2二、滾動軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題1承受載荷情況2轉(zhuǎn)速的限制方向：向心軸承用于受徑向力；推力軸承用于受軸向力； 向心推力

7、軸承用于承受徑向力和軸向力聯(lián)合作用。大?。簼L子軸承或尺寸系列較大的軸承能承受較大載荷； 球軸承或尺寸系列較小的軸承則反之。 球軸承和輕系列的軸承能適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，滾子軸承和重系列的軸承則反之；推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低。 具體選擇辦法詳見教材309-310頁的論述。4 4軸承的安裝和拆卸軸承的安裝和拆卸3 3調(diào)心性要求調(diào)心性要求便于裝拆，也是在選擇軸承類型時應(yīng)該考慮的一個因素。在軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承不見時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承（如N0000，NA0000，30000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（用以安裝在緊定襯套上）的軸

8、承（圖13-5)。 當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承內(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)心軸承或帶座外球面球軸承（圖13-5）這類軸承在軸與軸承座孔的軸線有不大的相對偏斜時仍能正常工作。調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求。工作情況113-4 滾動軸承的工作情況滾動軸承工作時，并非所有滾動體都同時受載。 滾動體同時受載的程度與軸承所受的徑向力和軸向力的大小有關(guān)，一般以控制約半圈滾動體同時受載為宜（如右圖所示）。工作時，軸承各個元件上載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時時變化的，而固定套圈受載最大處的工作狀態(tài)最為惡劣。向心推力軸承在純徑

9、向力Fr的作用下會產(chǎn)生派生軸向力Fd。當(dāng)約有半圈滾動體受載時，F(xiàn)d計算如下（表13-7）：圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(a=15)70000AC(a =25)70000B(a =40)Fd=Fr(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr向心推力軸承實際承受的軸向力Fa取決于產(chǎn)生派生軸向力Fd和外加于軸承的軸向力Fae，其關(guān)系式為： Fa maxFd ， Fae詳細(xì)分析詳細(xì)分析 滾動軸承尺寸的選擇113-5 滾動軸承尺寸的選擇滾動軸承尺寸的選擇取決于軸承承受的載荷、對軸承壽命要求以及可靠性的要求等。滾動軸承的載荷有動載荷與靜載荷之分，不同的載荷對應(yīng)著不同的失效形式。載荷及失

10、效形式的分析是本節(jié)的重要內(nèi)容。滾動軸承的壽命主要是指軸承的疲勞壽命，由于疲勞壽命與概率密切相關(guān)率，因此軸承的壽命必然與可靠性問題相關(guān)。本節(jié)從以下方面講述滾動軸承尺寸的選擇： 1.滾動軸承的失效形式 2.滾動軸承的壽命計算 3.滾動軸承的當(dāng)量動載荷 4.向心推力軸承的軸向力計算 5.滾動軸承的靜承載能力 6.滾動軸承尺寸選擇的過程 7.滾動軸承的可靠度 滾動軸承尺寸的選擇2一、滾動軸承的失效形式套圈和滾動體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承最基本和常見的失效形式，是作為滾動軸承壽命計算的依據(jù)。點(diǎn)蝕膠合斷裂u 轉(zhuǎn)速較高而潤滑油不足時引起軸承燒傷；u 潤滑油不清潔而使?jié)L動體和滾道過度磨損；u 裝配不當(dāng)而使軸承

11、卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。滾動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時可能出現(xiàn)各種類型的失效，下列為常見的失效形式：磨損除了點(diǎn)蝕以外，軸承還可能發(fā)生其它多種的失效形式。例如：這些失效形式可以通過加強(qiáng)裝配過程管理等措施來克服。更多的失效 滾動軸承尺寸的選擇3二、滾動軸承的壽命計算滾動軸承的壽命是指軸承的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)。顯然，通常談的滾動軸承壽命是指滾動軸承的疲勞壽命。與一般結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命一樣，滾動軸承的疲勞壽命的離散性也是相當(dāng)大的（見右圖）。u 基本額定壽命基本額定壽命：具有90可靠度時軸承的壽命，用L10表示。u 基本額定動載荷基本額定動載荷：使軸承的基本額定壽命

12、恰好為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值，用字母C表示。u 基本額定壽命計算式基本額定壽命計算式。為軸承的工作轉(zhuǎn)速載荷；為軸承所承受的當(dāng)量動（滾子軸承）；（球軸承）；其中：min)/(3103rnP100 90 80 70 60 5040 30 20 10 0151020未失效軸承數(shù)量%軸承的壽命/（106r）)10(610rPCL)(60106hPCnLh或 滾動軸承尺寸的選擇4三、滾動軸承的當(dāng)量動載荷在進(jìn)行軸承壽命計算時，應(yīng)把作用在軸承上的實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定軸承C值的載荷條件相一致當(dāng)量動載荷當(dāng)量動載荷（用字母P表示）。各類軸承的當(dāng)量動載荷可按下式計算：arYFXFP式中：Fr與Fa分別為軸

13、承實際承受的徑向載荷與軸向載荷 X、Y分別為軸承的徑向動載荷系數(shù)與軸向動載荷系數(shù)(查表） 為了計及實際載荷波動的影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個載荷系數(shù) f d 。)(：即ardYFXFfP載荷性質(zhì)載荷系數(shù) f p舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8機(jī)床、車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)械等強(qiáng)大沖擊1.83.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等 滾動軸承尺寸的選擇5當(dāng)FaeFd2Fd1時，相當(dāng)于軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，軸承1的軸向力為Fa1FaeFd2 軸承2的軸向力為Fa2Fd2當(dāng)FaeFd2Fd1時，相當(dāng)

14、于軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊”，軸承1的軸向力為Fa1Fd1 軸承2的軸向力為Fa2Fd1Fae 四、向心推力軸承的軸向力計算徑向載荷滾動軸承尺寸的選擇6向心推力軸承所受軸向力Fa的計算方法可以歸納為： 由派生軸向力及外加軸向力的計算與分析，判斷被“放松”或被“壓緊”的軸承；向心推力軸承所受軸向力Fa的計算方法也可以歸納為： 就一個支點(diǎn)的軸承而言，對比其本身派生軸向力與外加軸向力（另一支點(diǎn)的派生軸向力與外加軸向力之合力），其較大者為該軸承的軸向力。aeddaaeddaFFFFFFFF122211,max,maxFa與Fd2同向取“+”Fa與Fd1同向取“+”即： 確定被“放松”軸承的軸向

15、力僅為其本身派生的軸向力； 被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身派生的軸向力后其余各軸向力之合力。 滾動軸承尺寸的選擇7五、滾動軸承的靜承載能力對于在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動的軸承，其失效形式不是疲勞點(diǎn)蝕，而是因滾動接觸面上的接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生的過大的塑性變形。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，對每一種規(guī)格的滾動軸承規(guī)定了一個不應(yīng)超過得載荷界限基本額定靜載荷，用C0表示。軸承上作用的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa應(yīng)折合成一個當(dāng)量靜載荷P0即： P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，可由軸承手冊查取。按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為：000PSC 式中：S0

16、為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，可由設(shè)計手冊查取。 滾動軸承尺寸的選擇9六、滾動軸承的可靠度在一般的工程問題中，均以軸承的基本額定動載荷和基本額定壽命來衡量軸承的承載能力，這時對應(yīng)的可靠度均為90%。但是，對于航空航天產(chǎn)品、國防裝備等，對于軸承的可靠度有更高的要求。這時滾動軸承壽命的計算須引入可靠性系數(shù)a1，即修正壽命為：)(601016101PCnaLaLn可靠度%909596979899LnL10L5L4L3L2L1a11.00.640.550.470.370.25可靠度不為90%時的額定壽命修正系數(shù)a1 (GB/T6391-1995)a1也可按下式計算確定：5 . 111)9 . 0lnln(Ra 式

17、中R為要求達(dá)到的可靠度。 滾動軸承尺寸的選擇8七、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計算當(dāng)量動載荷P=fP(XFr+YFa)明確軸承的工作轉(zhuǎn)速n與預(yù)計壽命Lh計算軸承應(yīng)滿足的基本額定動載荷PnLCh/161060由軸承樣本（手冊）查取合適的軸承 例例1 1：圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承，軸頸：圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承，軸頸d d0 0=3035mm=3035mm；齒輪分度圓直徑；齒輪分度圓直徑d=45mmd=45mm，F(xiàn) Ftete=3000N=3000N，F(xiàn) Frere=1200N=1200N， F Faeae=900N=900N；n=385

18、rpmn=385rpm，中等沖擊載荷；計算軸承壽命。，中等沖擊載荷；計算軸承壽命。垂直垂直平面 Rr1= Rr2 = 600 Ra1=Ra2=202.5 則則 RVI=397.5， RV2=802.5解：選取解：選取軸承型號軸承型號3020630206 C=24.8kN C=24.8kN，e=0.36e=0.36，Y=1.7Y=1.750505050NFr15525 .3971500221NFr17015 .8021500222R R1 1R R2 2R Rr1r1R Rr2r2R Ra1a1R Ra2a2F Frere F Faeae R Rt1t1 R Rt2t2F Ftete1.1.計算

19、徑向力計算徑向力F Fr1r1、F Fr2r2 水平平面水平平面 R Rt1t1= R= Rt2t2=1500=1500 軸承軸承1 1放松：軸向力放松：軸向力 F Fa1a1= = F Fd1d1 =456N =456N 軸承軸承2 2壓緊：軸向力壓緊：軸向力 F Fa2a2 = = F Faeae + + F Fd1d1 =1356N =1356NNYFFrd4567 . 121552211NYFFrd5007 . 1217012222.2.計算軸向力計算軸向力F Fa1a1、F Fa2 a2 （ F Fr1 r1 =1552N=1552N， F Fr2 r2 =1701N=1701N）

20、由手冊由手冊 C=24.8kNC=24.8kN，e=0.36e=0.36，Y=1.7Y=1.7； 查表查表13-713-7，對于圓錐滾子軸承，有，對于圓錐滾子軸承，有F Fd d= = F Fr r/(2Y)/(2Y)Fr1Fae=900NFd1Fd2Fr2FFaeae + + F Fd1d1 =1356N =1356NF Fd2d2 =500N =500N 3. 3. 計算當(dāng)量動載荷計算當(dāng)量動載荷P1=fdFr1=1.5 1552=2328NP2=fd (X Fr2 +Y Fa2 ) =1.5 (0.4 1701+1.7 1356)=4478N；0129. 0155245611YXeFFra

21、7 . 14 . 080. 01701135622YXeFFra4.4.計算壽命計算壽命hPCnL115155)232824800(38516667)(60103/10161hPCnL13010)447824800(38516667)(60103/10262P=XFr+YFaC=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；Fr1 =1552N， Fr2 =1701NFa1=456N， Fa2 =1356N軸頸轉(zhuǎn)速軸頸轉(zhuǎn)速 n=385rpm軸承裝置的設(shè)計113-6 13-6 軸承裝置的設(shè)計軸承裝置的設(shè)計 軸承的裝置設(shè)計的內(nèi)容包括：軸承的定位和緊固、軸承的配置設(shè)計、軸承位置的調(diào)節(jié)、軸承的潤滑與密封、軸

22、承的配合以及軸承的裝拆等問題。一、支承部分的剛性和同心度1. 保證軸和軸承座有足夠的剛度 外殼采用肋板增強(qiáng)支撐部位剛度 外殼為輕合金或鑄鐵，采用鋼制套杯增加剛度軸承裝置的設(shè)計12. 2. 保證軸承座孔的同心度保證軸承座孔的同心度對于一根軸上兩個支承的座孔，盡可能地保持同心，以免軸承內(nèi)外圈間產(chǎn)生過大的偏斜。最好的辦法是采用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把安裝軸承的兩個孔一次鏜出。當(dāng)兩個軸承孔分在兩個外殼上時，則應(yīng)把兩個外殼組合在一起鏜孔。 二、軸承的配置二、軸承的配置軸承的配置問題是指：對于一個軸系應(yīng)采用幾個軸承支承、如何支承、如何配置等問題。常用的軸承配置方案有以下三類：1.1.雙支點(diǎn)各單向固定（兩個軸承

23、各限制一個方雙支點(diǎn)各單向固定（兩個軸承各限制一個方向的軸向移動）向的軸向移動）C=0.20.3 mm預(yù)留補(bǔ)償間隙預(yù)留補(bǔ)償間隙 下圖是一對角接觸球軸承兩種安裝方式，都采用的是雙支點(diǎn)下圖是一對角接觸球軸承兩種安裝方式，都采用的是雙支點(diǎn)各單向固定。試分析下，哪一種安裝方式較好？各單向固定。試分析下，哪一種安裝方式較好？ 由于該結(jié)構(gòu)是懸臂支承的錐齒輪軸，為了提高支承剛度，采由于該結(jié)構(gòu)是懸臂支承的錐齒輪軸，為了提高支承剛度，采用懸臂較短的前者。為什么是前者，因為角接觸球軸承有一個用懸臂較短的前者。為什么是前者，因為角接觸球軸承有一個接觸角，帶來壓力中心的偏移。接觸角，帶來壓力中心的偏移。 一個支點(diǎn)雙向固

24、定以承受軸向力、另一端游動。一個支點(diǎn)雙向固定以承受軸向力、另一端游動。適用于溫度適用于溫度變化較大的長軸。變化較大的長軸。固定支承固定支承游動支承游動支承L游動支承游動支承2.2.一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動其它例子：一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動其它例子：3. 3. 兩端游動支承兩端游動支承軸承裝置的設(shè)計1三、滾動軸承的定位和緊固滾動軸承的軸向緊固是指將軸承的內(nèi)圈或外圈相對于軸或軸承座實施緊固。具體的緊固方法有很多，下面列舉常用的方法。 軸承裝置的設(shè)計3四、軸系部件的位置調(diào)整（P324閱讀5分鐘）錐齒輪或蝸桿在裝配時，通常需要進(jìn)行軸向位置的調(diào)整。為了便于調(diào)整，可將確定其軸向位置的軸承裝在一個套杯中，改變套杯在外殼孔中的位置即可方便地對軸系部件進(jìn)行整體調(diào)整。 軸承裝置的設(shè)計5五、滾動軸承的配合與裝拆 滾動軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。 滾動軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，