哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程(授課老師：趙小力)第13+14講

1、l 軸承的功用軸承的功用1、支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度、支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度2、減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損、減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損l 軸承的分類軸承的分類軸承軸承滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承用于特殊用于特殊場合，如場合，如：高速、高精度、：高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。已標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣已標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣學(xué)習(xí)本章的目的主要解決三個(gè)問題：學(xué)習(xí)本章的目的主要解決三個(gè)問題：第十章 滾動(dòng)軸承10.1 10.1 滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和特點(diǎn)滾動(dòng)軸承的構(gòu)造和特點(diǎn)滾動(dòng)軸承一般由外圈1、內(nèi)圈2、滾動(dòng)體3和保持架4組成; 滾動(dòng)

2、體是滾動(dòng)軸承中的核心元件，將相對(duì)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦；有時(shí)候可以沒有內(nèi)圈、外圈、保持架等。圖12-1 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)a）球b）圓柱滾子圖12-2 常用的滾動(dòng)體c）圓錐滾子d）球面滾子e）非對(duì)稱球面滾子f）滾針球軸承Ball bearings滾子軸承Roller bearingsl 滾動(dòng)軸承中的承載形式為點(diǎn)或線接觸，最大接觸應(yīng)力可以高達(dá)4000MPa；為使?jié)L動(dòng)軸承具有一定的承載能力和使用壽命，內(nèi)外圈和滾動(dòng)體采用專用的滾動(dòng)軸承鋼。l 材料 套圈及滾動(dòng)體(滾動(dòng)軸承鋼) 保持架 GCr15普通 高聚物 9Cr18（440C）-防銹 低碳鋼 Cr4Mo4V(M50)高溫 銅 Si3N4特殊環(huán)境 夾布膠木

3、、聚合物l 熱處理和加工： 對(duì)專用軸承鋼經(jīng)滲碳淬火處理硬度不低于61HRC，工作表面 要求磨削和拋光，從而達(dá)到較高精度。l 保持架：通常用低碳鋼板沖壓而成，還可采用銅合金、鋁合金、酚醛膠布或塑料，高聚物。2陶瓷材料陶瓷材料 特點(diǎn)（與滑動(dòng)軸承相比） 1) 摩擦系數(shù)小，f=0.0010.004,效率高，可達(dá)0.99 2) 啟動(dòng)靈活，控制方便 3) 潤滑容易 4) 標(biāo)準(zhǔn)化、可互換，維護(hù)容易、成本低 5) 但抗沖擊差，重載能力差 6）高速時(shí)壽命有限 7）很難做成剖分式（目前德國可以做到） 尺寸范圍 1）微小型：500mm10.2 10.2 滾動(dòng)軸承的類型和選擇滾動(dòng)軸承的類型和選擇10.2.1 滾動(dòng)軸承

4、的類型按滾動(dòng)體的形狀球軸承：摩擦損耗小，承載能力和抗沖擊能力弱滾子軸承：與球軸承相反，損耗大，能力強(qiáng) 按滾動(dòng)體的列數(shù)分： 單列、雙列和多列。 按是否能調(diào)心分： 調(diào)心軸承和剛性軸承。公稱接觸角:滾動(dòng)體與外圈軌道接觸點(diǎn)的法線和軸承半徑方向的夾角按公稱接觸角或者所受載荷的方向分類：1.向心軸承主要承受徑向載荷 (0 )徑軸向接觸承(045 )軸向心角接觸承2.推力軸承主要承受軸向載荷 (90 )軸軸向接觸承(4590 )軸推力角接觸承，如圖(a)、(b),如圖(e) (f), 如圖(c), 如圖(d)表10.1 常用軸承的主要類型和特性軸承名稱 類型代號(hào) 結(jié)構(gòu)簡圖 承載方向 極限轉(zhuǎn)速 允許偏轉(zhuǎn)角 主

5、要特性和應(yīng)用 滾針軸承 NA 低 不允許 只能承受徑向載荷,承載能力大,徑向尺寸特小,一般無保持架,因而滾針間有摩擦,軸承極限轉(zhuǎn)速低。這類軸承不允許有角偏差。 軸承內(nèi)、外圈可分離 可以不帶內(nèi)圈 二、滾動(dòng)軸承類型的選擇選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)可參考以下幾點(diǎn)：（1）載荷大小、構(gòu)成、波動(dòng)情況（2）工況條件：轉(zhuǎn)速、溫度等（3）結(jié)構(gòu)：分離、調(diào)心、游動(dòng)等（4）剛度、壽命、價(jià)格等（5）環(huán)境：溫度變化、清潔程度、膨脹等使用要求：（1）當(dāng)載荷較大或有沖擊載荷時(shí)，宜用滾子軸承；當(dāng)載荷較小時(shí)，宜用球軸承。（2）當(dāng)只受徑向載荷時(shí)，或雖同時(shí)受徑向和軸向載 荷，但以徑向載荷為主時(shí)，應(yīng)用向心軸承。 當(dāng)只受軸向載荷時(shí)，一般應(yīng)用推力

6、軸承，而當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，可用角接觸球軸承或深溝球軸承。當(dāng)徑向和軸向載荷都較大時(shí)，應(yīng)采用角接觸軸承。具體地：（4）當(dāng)要求支承具有較大剛度時(shí)，應(yīng)用滾子軸承。（5）當(dāng)軸的撓曲變形大或軸承座孔直徑不同、跨度大而對(duì)支承有調(diào)心要求時(shí)，應(yīng)選用調(diào)心軸承。（6）為便于軸承的裝拆，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。（7）從經(jīng)濟(jì)角度看，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，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。（3）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜用球軸承；當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可用滾子軸承，也可用球軸承。10.3 10.3 滾動(dòng)軸承代號(hào)滾動(dòng)軸承代號(hào)( (標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專業(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專業(yè)化生產(chǎn)) )（1）基本代號(hào)：表示軸承

7、的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是 軸承代號(hào)的基礎(chǔ)。（2）前置代號(hào)：用字母表示成套軸承的分部件。（3）后置代號(hào)：用字母（或加數(shù)字）表示，置于基本代 號(hào)右邊，并與基本代號(hào)空半個(gè)漢字距離或用符號(hào) “”、“/”分隔。前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)成套軸承分部件類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)（占2位）內(nèi)徑代碼（占2位）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)密封防塵與外圈形狀變化代號(hào)保持架結(jié)構(gòu)及材料變化代號(hào)軸承材料變化代號(hào)精度等級(jí)代號(hào)游隙組代號(hào)配置代號(hào)其它滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成滾動(dòng)軸承主要類型代號(hào)表1. 類型代號(hào)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

8、力圓錐滾子軸承2雙列調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1雙列調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號(hào)軸承類型代號(hào)軸承類型2. 尺寸系列代號(hào)：分別是寬度系列與直徑系列窄正常寬輕中重直徑系列是指相同內(nèi)徑的軸承有幾個(gè)不同的外徑。直徑系列是指相同內(nèi)徑的軸承有幾個(gè)不同的外徑。寬度系列是指相同內(nèi)外徑的軸承有幾個(gè)不同的寬度；寬度系列是指相同內(nèi)外徑的軸承有幾個(gè)不同的寬度；內(nèi)徑相同的前提下，滾動(dòng)體越大，外徑和寬度就越大，承載越大。內(nèi)徑相同的前提下，滾動(dòng)體越大，外徑和寬度就越大，承載越大。常見的向心軸承的尺寸系列代號(hào)見下表所示：常見的向心軸承的尺寸系列代號(hào)見下表所示：3. 內(nèi)徑代號(hào)：4.內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)5.公差等級(jí)代號(hào)

9、B6.成對(duì)使用的配置代號(hào)7210C/DB7210C/DF7210C/DT7.游隙組代號(hào)代號(hào)代號(hào)8.軸承代號(hào)的編制規(guī)則(1) (1) 軸承代號(hào)按表軸承代號(hào)按表11.211.2所列的順序從左至右排列。所列的順序從左至右排列。(2) (2) 當(dāng)軸承類型代號(hào)用字母表示時(shí)當(dāng)軸承類型代號(hào)用字母表示時(shí), ,字母與其后的數(shù)字之字母與其后的數(shù)字之間應(yīng)空一個(gè)字符。間應(yīng)空一個(gè)字符。(3) (3) 基本代號(hào)與后置代號(hào)之間應(yīng)空一個(gè)字符基本代號(hào)與后置代號(hào)之間應(yīng)空一個(gè)字符, ,但當(dāng)后置代但當(dāng)后置代號(hào)中有號(hào)中有“- -”號(hào)或號(hào)或“/ /”號(hào)時(shí)號(hào)時(shí), ,不再留空。不再留空。(4) (4) 在尺寸系列代號(hào)中在尺寸系列代號(hào)中, ,

10、位于括號(hào)中的數(shù)字省略不寫位于括號(hào)中的數(shù)字省略不寫(5) (5) 公差等級(jí)代號(hào)中的公差等級(jí)代號(hào)中的/P0/P0省略不寫。省略不寫。(6) (6) 公差等級(jí)代號(hào)與游隙組代號(hào)同時(shí)表示時(shí)，可取公差公差等級(jí)代號(hào)與游隙組代號(hào)同時(shí)表示時(shí)，可取公差 等級(jí)代號(hào)加上游隙組號(hào)組合表示，如等級(jí)代號(hào)加上游隙組號(hào)組合表示，如P63P63。常用滾動(dòng)軸承代號(hào)例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF軸承類型為角接觸球軸承尺寸類型代號(hào),其中寬度類型代號(hào)為0,窄系列,省略不寫,直徑系列代號(hào)為2,輕系列軸承內(nèi)徑5 1050mmd 空一個(gè)字符公稱接觸角15軸承精度等級(jí)為5級(jí)面對(duì)面配置6308：6深溝球軸承，（0）3中

11、系列，08 內(nèi)徑d=40mm， 精度等級(jí)為P0級(jí)，游隙組為C0組； N 105/P5：7214AC/P4： 7角接觸球軸承，（0）2輕系列，14內(nèi)徑d=70mm，精度等級(jí)為P4級(jí)，游隙組為C0組，公稱接觸角=15；31213：3圓錐滾子軸承，2輕系列，13內(nèi)徑d=65mm，1正常寬度(1不可省略)，精度等級(jí)為P0級(jí)，游隙組為C0組；6103：6深溝球軸承，（0）1特輕系列，03內(nèi)徑d=17mm，精度等級(jí)為P0級(jí)，游隙組為C0組；N圓柱滾子軸承，（0）1特輕系列，05內(nèi)徑d=20mm，精度等級(jí)為P5級(jí)，游隙組為C0組；10.4 10.4 滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則滾

12、動(dòng)軸承的受力分析：滾動(dòng)軸承的受力分析：滾動(dòng)軸承是承受載荷而又旋轉(zhuǎn)的支承零件，工作時(shí)內(nèi)外圈和滾滾動(dòng)軸承是承受載荷而又旋轉(zhuǎn)的支承零件，工作時(shí)內(nèi)外圈和滾動(dòng)體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，載荷從一個(gè)套圈經(jīng)滾動(dòng)體傳至另一套動(dòng)體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，載荷從一個(gè)套圈經(jīng)滾動(dòng)體傳至另一套圈，使得滾動(dòng)體和套圈受到圈，使得滾動(dòng)體和套圈受到脈動(dòng)接觸應(yīng)力脈動(dòng)接觸應(yīng)力。FrQ2QmaxQ1Q2Q1以向心軸承為例，當(dāng)軸承受到徑向載荷以向心軸承為例，當(dāng)軸承受到徑向載荷 F Fr r作用時(shí)，見右圖所示。作用時(shí)，見右圖所示。1.1.疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕2.2.塑性變形塑性變形3.3.磨粒磨損磨粒磨損4.4.膠合膠合一、滾動(dòng)軸承的失效形式一、滾動(dòng)軸承

13、的失效形式1.1.疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕內(nèi)外圈或滾動(dòng)體的某一點(diǎn)在工作過程中呈接觸內(nèi)外圈或滾動(dòng)體的某一點(diǎn)在工作過程中呈接觸- -脫離脫離- -再再接觸接觸- -再脫離的重復(fù)變化，就引起了疲勞點(diǎn)蝕。再脫離的重復(fù)變化，就引起了疲勞點(diǎn)蝕。軸承在點(diǎn)蝕發(fā)生后引起噪聲、振動(dòng)、發(fā)熱等，導(dǎo)致其不軸承在點(diǎn)蝕發(fā)生后引起噪聲、振動(dòng)、發(fā)熱等，導(dǎo)致其不能正常工作。能正常工作。二、滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)則對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承, ,疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕是其主要失效是其主要失效形式形式, ,因而主要是進(jìn)行壽命計(jì)算因而主要是進(jìn)行壽命計(jì)算, ,必要時(shí)再作靜必要時(shí)再作靜強(qiáng)度校核。強(qiáng)度校核。對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低速或擺動(dòng)的軸承，對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低

14、速或擺動(dòng)的軸承，局部塑性變局部塑性變形形是其主要失效形式，因而主要是進(jìn)行靜強(qiáng)度是其主要失效形式，因而主要是進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算。對(duì)于高速軸承，對(duì)于高速軸承，發(fā)熱發(fā)熱以至以至膠合膠合是其主要失效形是其主要失效形式，因而除進(jìn)行壽命計(jì)算外還應(yīng)該校核極限轉(zhuǎn)式，因而除進(jìn)行壽命計(jì)算外還應(yīng)該校核極限轉(zhuǎn)速。速。10.5 10.5 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算一、基本概念與公式一、基本概念與公式疲勞壽命疲勞壽命在一定載荷作用運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)滾動(dòng)軸承，出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下所經(jīng)歷的小時(shí)數(shù)，稱為滾動(dòng)軸承的疲勞壽命。軸承壽命的可靠度軸承壽命的可靠度一組相同軸承能達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率，稱為軸

15、承壽命的可靠度。大量試驗(yàn)表明：滾動(dòng)軸承的疲勞壽命具有較大的離散性。大量試驗(yàn)表明：滾動(dòng)軸承的疲勞壽命具有較大的離散性。即使相同材料、相同工藝和熱處理方式做出的同一批軸承，在相同條件工作，其壽命存在較大差異，最短壽命和最長壽命可相差幾十倍。比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，最短十幾小時(shí)，最長3000多小時(shí)?；绢~定壽命基本額定壽命L L1010一批相同的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一批相同的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%90%的軸承在疲勞點(diǎn)蝕前所能轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)，稱為的軸承在疲勞點(diǎn)蝕前所能轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)，稱為基本額定壽命基本額定壽命，單位：，單位：10106 6 轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。基本額定動(dòng)載荷基本額定動(dòng)載荷C C軸承工作在

16、100以下，基本額定壽命為L=1106 r時(shí)，軸承所能承受的最大載荷稱為基本額定動(dòng)載荷，單位為N?；绢~定動(dòng)載荷的方向基本額定動(dòng)載荷的方向: :1) 對(duì)于向心軸承，C為徑向載荷3) 對(duì)于角接觸向心軸承為載荷的徑向分量，Cr2) 對(duì)于推力軸承為中心軸向載荷基本額定動(dòng)載荷基本額定動(dòng)載荷C C代表了軸承的承載能力和抗疲勞點(diǎn)蝕能力。代表了軸承的承載能力和抗疲勞點(diǎn)蝕能力。一、基本概念與公式一、基本概念與公式 滾動(dòng)軸承的載荷與壽命之間的關(guān)系（疲勞曲線）:,3;,10/3壽命指數(shù) 對(duì)于球軸承對(duì)于滾子軸承。對(duì)陶瓷軸承，=16/3:,3;,10/3壽命指數(shù) 對(duì)于球軸承對(duì)于滾子軸承。:,3;,10/3壽命指數(shù) 對(duì)

17、于球軸承對(duì)于滾子軸承。10F L常數(shù)101CL F61010CLrF一、基本概念與公式一、基本概念與公式6101060hCLhnF6101060ThPf CLhnf F壽命計(jì)算設(shè)計(jì)：壽命計(jì)算設(shè)計(jì)：L Lh hLLh h( (預(yù)期壽命預(yù)期壽命) )常用小時(shí)數(shù)表示基本額定壽命常用小時(shí)數(shù)表示基本額定壽命，而不是轉(zhuǎn)數(shù)，故而不是轉(zhuǎn)數(shù)，故L10就變?yōu)榫妥優(yōu)長10h一、基本概念與公式一、基本概念與公式一、基本概念與公式一、基本概念與公式一、基本概念與公式一、基本概念與公式二、當(dāng)量動(dòng)載荷二、當(dāng)量動(dòng)載荷對(duì)于同時(shí)作用有徑向載荷和軸向載荷的軸承，在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，為了和基本額定動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行比較，須把實(shí)際載荷折算為

18、與基本額定動(dòng)負(fù)荷的方向相同的一假想載荷，在該假想載荷作用下軸承的壽命與實(shí)際載荷作用下的壽命相同，則稱該假想載荷為當(dāng)當(dāng)量動(dòng)載荷量動(dòng)載荷，用F表示。當(dāng)量動(dòng)載荷F的計(jì)算式為：raFXFYFraFF 、軸承的徑向載荷和軸向載荷XY 、徑向系數(shù)和軸向系數(shù)向心軸承只承受徑向載荷時(shí)rFF推力軸承只承受軸向載荷時(shí)aFF三、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力三、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力軸承類型軸承類型角接觸球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承7000C型型(=150)7000AC型型(=250)7000B型型(=400)FS0.4Fr0.7FrFrFr/2Y表表11.13 角接觸軸承的內(nèi)部軸向力角接觸軸承的內(nèi)部軸向力F

19、S由力的平衡條件得由力的平衡條件得21SSAWFFF作用在軸承2上的軸向載荷為作用在軸承上的軸向載荷只有自身的內(nèi)部軸向力,即11aSFF221aSASFWFFF12SASFFF若若三、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力三、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力軸承軸向載荷計(jì)算總結(jié)：1、軸承的軸向載荷與軸承部件的結(jié)構(gòu)，與固定方式密切相關(guān)。2、在軸上的軸向載荷和軸承的內(nèi)部軸向力同時(shí)作用下， 有一個(gè)軸承有被壓緊的趨勢，另一個(gè)有放松的趨勢；3、被放松的軸承軸向載荷，等于自身的內(nèi)部軸向力；4、被壓緊的軸承軸向載荷，等于除自身以外的軸向力之和。11aSFF21aASFFF22aSFF12aASFFF四、軸承壽命計(jì)算程序框圖四、軸承壽

20、命計(jì)算程序框圖已知 12rrAhFFFnL、 、工況選擇類型選擇代號(hào)查 0CC、計(jì)算 12SSF 、F計(jì)算 12aaFF、計(jì)算 0/aFC查 e值/arFFe查X、Y值raFXFYF6101060ThPfCLnfF10hhLL輸出結(jié)果YY查 rFFpTff、NN10.6 10.6 滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算滾動(dòng)軸承中受載最大的滾動(dòng)體與滾道的接觸中心處引起的計(jì)算接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)的載荷，為軸承的基本額定靜負(fù)荷基本額定靜負(fù)荷C C0。滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度校核公式為00000,CS FSFN靜強(qiáng)度安全系數(shù)當(dāng)量靜載荷低速、靜止、擺動(dòng)的軸承，不會(huì)產(chǎn)生疲勞，但容易產(chǎn)生沖擊塑性變形，失效為滾動(dòng)體和內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生的過大的塑性變形。對(duì)于向心接觸軸承、向心角接觸軸承，當(dāng)量靜載荷取下面兩式中對(duì)于向心接觸軸承、向心角接觸軸承，當(dāng)量靜載荷取下面兩式中計(jì)算出的較大值計(jì)算出的較大值000rraFX FY F00XY 、分別為靜徑向系數(shù) 和靜軸向系數(shù)0rrFF當(dāng)量靜載荷當(dāng)量靜載荷F F0