機械設計課件濮良貴版本13

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)代機器中廣泛應用的零件之一，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）。概 述滾動軸承的特點：旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標準件，選用方便。本章主要講授： 滾動軸承的類型和代號（認識軸承）； 滾動軸承的選用（包括類型選擇、尺寸選擇、承載能力驗算）； 滾動軸承的裝置設計。滾動軸承的構成：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架等虛擬演

2、示(各類滾動體)類型和代號1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； 按軸承的結構形式不同分類：類型和代號2滾動軸承的主要類型和代號在實際應用中，滾動軸承的結構形式有很多。作為標準的滾動軸承，在國家標準中分為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虛擬現(xiàn)實中的滾動軸承類型和代號3二、滾動軸承的代號方法滾動軸承的主要類型和代號前置代號 基本代號 后置代號 軸承的分部件代號內(nèi)部結構

3、代號密封與防塵結構代號保持架及其材料代號特殊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成：代號用于表征滾動軸承的結構、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

4、、 /P5、 /P6(/P6x)為代號，0級不標注 。 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組不標注。 滾動軸承的主要類型和代號高級 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”，通常不標注。 類型和代號5滾動軸承的主要類型和代號三、軸承代號示例6308：6深溝球軸承，3中

5、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=15；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雜，上述代號僅為最常用的、最有規(guī)律的部分。具體應用時，若遇到看不懂的代號時，應查閱GB/T2

6、72-93。 類型代號表滾動軸承主要類型代號表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1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)徑滾動軸承是標準零件，同學們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。一、滾動軸承選擇的一般過程如下：對沒有嚴格要求的軸承可不進行承載能力驗算END進行承系能力驗算合格不合格對有較嚴格要求的軸承 類型選擇2滾動軸承的類型

7、選擇二、滾動軸承類型選擇應考慮的問題1承受載荷情況2尺寸的限制3轉(zhuǎn)速的限制4調(diào)心性要求方向：向心軸承用于受徑向力；推力軸承用于受軸向力；向心推力軸承用于承受徑向力和周向力聯(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。當對軸承的徑向尺寸有較的嚴格限制時，可選用滾針軸承。球軸承和輕系列的軸承能適應較高的轉(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。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1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，一般以控制約

8、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向力Fr的作用下會產(chǎn)生派生軸向力Fd。當約有半圈滾動體受載時，F(xiàn)d計算如下：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，其關系式為： Fa maxFd ， Fae詳細分析詳細分析 滾動軸承尺寸的選擇1滾動軸承尺寸的選擇滾動軸承尺寸的選擇取決于軸

9、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，不同的載荷對應著不同的失效形式。載荷及失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率，因此軸承的壽命必然與可靠性問題相關。本節(jié)從以下方面講述滾動軸承尺寸的選擇： 滾動軸承的失效形式 滾動軸承的壽命計算 滾動軸承的當量動載荷 向心推力軸承的軸向力計算 滾動軸承的靜承載能力 滾動軸承尺寸選擇的過程 滾動軸承的可靠度 滾動軸承尺寸的選擇2滾動軸承尺寸的選擇一、滾動軸承的失效形式套圈和滾動體表面的疲勞點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)。

10、點蝕膠合斷裂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 裝配不當而使軸承卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎內(nèi)外圈和保持架等。滾動軸承在運轉(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滾動軸承尺寸的選擇二、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)點蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)或相應的運轉(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。與一般結構件的疲勞壽命一樣，滾動軸承的疲勞壽命的離散性也是相當大的（見右

11、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滾動軸承尺寸的選擇三、滾動軸承的當量動載荷在進行軸承壽命計算時，應把作用在軸承上的實際

12、載荷轉(zhuǎn)換為與確定軸承C值的載荷條件相一致當量動載荷當量動載荷（用字母P表示）。各類軸承的當量動載荷可按下式計算：arYFXFP式中：Fr與Fa分別為軸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，可對當量動載荷乘上一個載荷系數(shù) f p 。)(arPYFXFfP：即載荷性質(zhì)載荷系數(shù) f p舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機、汽輪機、通風機、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.21.8機床、車輛、動力機械、起重機、造紙機、選礦機、冶金機械、卷揚機械等強大沖擊1.83.0碎石機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等 滾動軸承尺寸的選擇5滾動軸承

13、尺寸的選擇四、向心推力軸承的軸向力計算當FaeFd2Fd1時，相當于軸承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FaeFd2Fd1時，相當于軸承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Fa2Fd2Fae 滾動軸承尺寸的選擇6滾動軸承尺寸的選擇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（另一支點的派生軸向力與外加軸向力

14、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滾動軸承尺寸的選擇五、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蝕，而是因滾動接觸面上的接觸應力過大而產(chǎn)生的過大的塑性變形。在國家標準中，對每一種規(guī)格的滾動軸承規(guī)定了一個不應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F

15、a應折合成一個當量靜載荷P0即： P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分別為當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為靜強度安全系數(shù)，可由設計手冊查取。 滾動軸承尺寸的選擇8滾動軸承尺寸的選擇六、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計算當量動載荷P=fP(XFr+YFa)明確軸承的工作轉(zhuǎn)速n與預計壽命L10計算軸承應滿足的基本額定動載荷PnLC/ 16101060由軸承樣本（手冊）查取合適的軸承 滾動軸承尺寸的選擇9滾動軸承尺寸的選擇七、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

16、荷和基本額定壽命來衡量軸承的承載能力，這時對應的可靠度均為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%909596979899LnL10L5L4L3L2L1a11.00.620.530.440.30.21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 式中R為要求達到的可靠度。 軸承裝置的設計1軸承裝置的設計 軸承的裝置設計的內(nèi)容包括：軸承的定位和緊固、軸承的配置設計、軸承

17、位置的調(diào)節(jié)、軸承的潤滑與密封、軸承的配合以及軸承的裝拆等問題。一、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。 軸承裝置的設計2軸承裝置的設計一、滾動軸承的配置軸承的配置問題是指：對于一個軸系應采用幾個軸承支承、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，每一類又有若干具體方案。 軸承裝置的設計3軸承裝置的設計三、軸系部件的位置調(diào)整錐齒輪或蝸桿在裝配時，通常需要進行軸向位置的調(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行整體調(diào)整。 軸承裝

18、置的設計4軸承裝置的設計四、滾動軸承的潤滑與密封1潤滑的目的 潤滑可以降低滾動軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量； 軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油潤滑可以到起冷卻作用，從而降低軸承的工作溫度，延長使用壽命； 良好的潤滑狀態(tài)，可在滾動體與滾道間形成一層使兩者隔開的油膜，可以使接觸壓力減??； 軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以防止表面氧化生銹。選哪一類潤滑方式，這與軸承的速度有關。選擇潤滑方式時，可查閱各類潤滑方式的dn值界限表。2潤滑方式的選擇軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類。3密封作用：阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進入軸承，防止?jié)櫥瑒┝魇?。密封裝置可分為：非接觸式密封和接觸式密封。 軸承裝置的設計5軸承裝置的設計五、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，外徑與外殼孔的配合采用基軸制。裝拆滾動軸承時，不能通過滾動體來傳力，以免使?jié)L道或滾動體造成損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時以使用專門的工具為宜。 1滾動軸承的配合2滾動軸承的安裝與拆卸 軸承的內(nèi)、外圈屬于薄壁零件，容易變形。當它裝入外殼孔或裝在軸上后，其內(nèi)外圈的不圓度將受到外殼孔及軸頸形狀的影