機(jī)械設(shè)計(jì)第17章滾動(dòng)軸承

第17章滾動(dòng)軸承

基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)17.1概述17.2滾動(dòng)軸承的主要類型及其特性17.3滾動(dòng)軸承的代號及類型選擇17.4滾動(dòng)軸承的失效形式及選擇計(jì)算17.5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

計(jì)劃學(xué)時(shí)：4h制作人：馬兆允基本要求:1）掌握滾動(dòng)軸承的類型及特點(diǎn)。2）掌握滾動(dòng)軸承的代號。3）了解滾動(dòng)軸承的失效形式及選擇計(jì)算。4）了解滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。

重點(diǎn)：1）滾動(dòng)軸承的類型及特點(diǎn)。2）滾動(dòng)軸承的代號。

難點(diǎn)：1)

滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算。2）滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。

作業(yè):

17.217.12

17.1概述

17.1.1滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)

：

1—內(nèi)圈、2—外圈、3—滾動(dòng)體、4—保持架。17.1.2滾動(dòng)體的分類

：

按滾動(dòng)體的種類分:球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子及滾針等。

按所能承受載荷的方向或公稱接觸角的不同分:公稱接觸角：滾動(dòng)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，簡稱接觸角。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。17.1.3滾動(dòng)軸承的基本類型及特點(diǎn):17.1.3滾動(dòng)軸承的基本類型及特點(diǎn):滾動(dòng)軸承的安裝：滾動(dòng)軸承的材料：GGr15，GGr15SiMn等，淬火后硬度不低于61~65HRC。保持架選用較軟材料制造，常用低碳鋼板沖壓后鉚接或焊接而成。實(shí)體保持架則選用銅合金、鋁合金或工程塑料等材料。滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)：1）優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、潤滑密封簡便、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、易于互換和不受軸頸速度變化影響等.2）缺點(diǎn)：抗沖擊能力差，高速時(shí)振動(dòng)及噪聲較大，徑向尺寸較大，高速重載荷下軸承壽命不及液體摩擦的滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專門的軸承工廠批量生產(chǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需根據(jù)工作條件選用合適的類型和型號進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

17.2滾動(dòng)軸承的代號GB/T272—93用數(shù)字和字母等表示17.2.1.基本代號1內(nèi)徑代號

內(nèi)徑小于10mm和大于495mm的軸承內(nèi)徑代號GB/T272—93規(guī)定2類型代號

代號為零的雙列角接觸軸承可省略不標(biāo)

3）尺寸系列代號

①直徑系列：7、8、9、0、1、2、3、4、5種②寬度系列：向心軸承寬度系列代號：8、0、1、2、3、4、5、6；推力軸承高度系列代號：7、9、1、2當(dāng)寬度系列為零系列時(shí)，除調(diào)心軸承和圓錐滾子軸承外，其余的均可不標(biāo)出，個(gè)別類型軸承規(guī)定寬度系列代號“1”和“2”可以省略不標(biāo)。17.1.2后置代號

用字母和數(shù)字等表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求等。

1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

表示同一類型軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母緊跟著基本代號表示。

注意：無特殊要求省略不標(biāo)。

標(biāo)注：2）軸承的公差等級

2級、4級、5級、6級、6x級和0級，共6個(gè)級別，公差等級依次由高級到低級。

注意：6x級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中不標(biāo)出。

3）軸承徑向游隙系列

1組、2組、0組、3組、4組、和5組，共6個(gè)組別，徑向游隙依次由小到大。

標(biāo)注：/C1，/C2，/C3，/C4，/C5注意：0組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標(biāo)出

。與公差等級連標(biāo)時(shí)“/C”不標(biāo)。4）配置代號

①面對面安裝②背對背安裝③串聯(lián)安裝標(biāo)注：3.前置代號

前置代號用字母表示軸承的分部件。如用L表示可分離軸承的可分離套圈等。問題：請說出代號62212，6212，7314AC/P62的意義？17.3

滾動(dòng)軸承的工作情況分析17.3.1滾動(dòng)軸承受載分析1.載荷分布1）純軸向載荷：均載2）純徑向載荷：變載17.3.2載荷及應(yīng)力變化17.3.3失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.失效形式1）疲勞點(diǎn)蝕

：安裝、維護(hù)、潤滑正常的情況下，滾動(dòng)軸承在工作過程中，滾動(dòng)體與滾道接觸表面產(chǎn)生變接觸應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞裂紋，其擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點(diǎn)蝕，使軸承不能正常工作，出現(xiàn)較強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象。2）永久變形：3）磨損：注意：軸承的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕。4）套圈、保持架破裂：2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）不轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)或轉(zhuǎn)速很低的軸承：靜強(qiáng)度計(jì)算2）轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承：接觸疲勞壽命，同時(shí)進(jìn)行靜強(qiáng)度的計(jì)算3）高速軸承:極限轉(zhuǎn)速計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行接觸疲勞壽命17.4滾動(dòng)軸承類型的選擇1）轉(zhuǎn)速較高，載荷平穩(wěn)且不大

選用深溝球軸承（60000型）；2）載荷較大且有沖擊時(shí)

選用滾子軸承（30000型或N0000型）；3）徑向載荷和軸向載荷都比較大時(shí)若轉(zhuǎn)速不高，選用圓錐滾子軸承（30000型）；若轉(zhuǎn)速較高時(shí)，選用角接觸軸承（70000C，70000AC或70000B型）；4）軸向載荷比徑向載荷大得多時(shí)可將兩種類型軸承組合使用，如將單向推力軸承（51000型）或雙向推力軸承（52000型）與60000型或N0000型組合；6）工作前后有較大溫差時(shí)

⑴軸向力不大時(shí)常用圓柱滾子（N或NA型），也可用外圈不做軸向固定、且外圈與孔配合較松的其他軸承；5）徑向力較大或支撐跨度較長或軸的剛度較差，或兩個(gè)軸孔很難同軸時(shí)

采用自動(dòng)調(diào)心軸承（1000、2000型等）；7）特輕系列軸承適于高速下工作；重系列用于低速、重載，輕系列達(dá)不到要求時(shí)，采用寬系列軸承；⑵軸向力較大時(shí)

17.5.1滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算

軸承的壽命：單個(gè)滾動(dòng)軸承中任一套圈或滾動(dòng)體材料首次出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕之前，一套圈相對另一套圈轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)?；绢~定壽命：一批同一型號軸承，在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，而90%的軸承未發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下所能運(yùn)轉(zhuǎn)的總工作時(shí)數(shù)。17.5滾動(dòng)軸承尺寸的選擇基本額定動(dòng)載荷：軸承的壽命恰好為一百萬轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所承受的最大載荷。用C表示，對于向心軸承、角接觸軸承用Cr；對于推力軸承用Ca表示。式中ε為壽命指數(shù)，對于球軸承ε=3，對于滾子軸承ε=10/3。C為基本額定動(dòng)載荷。P為當(dāng)量動(dòng)載荷。

實(shí)際計(jì)算公式：式中n代表軸的轉(zhuǎn)速，單位為rpm。

引進(jìn)溫度系數(shù)ft、載荷系數(shù)fp設(shè)計(jì)公式：式中Lh代表軸承的預(yù)期計(jì)算壽命，單位為h。

表17.8溫度系數(shù)ft軸承工作溫度（oC）100125150200250300溫度系數(shù)ft10.950.900.800.700.60表17.11載荷系數(shù)fp載

荷

性

質(zhì)無沖擊或輕微沖擊中

等

沖

擊強(qiáng)

烈

沖

擊載荷系數(shù)fp1.0~1.21.2~1.81.8~3.0表17.9各類機(jī)器中軸承預(yù)期壽命的參考值Lh使

用

場

合

Lh

（h）不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備短時(shí)間或間斷使用，中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果間斷使用，中斷會(huì)引起嚴(yán)重后果每天8小時(shí)工作的機(jī)械24小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械

5004000~80008000~1200012000~2000040000~6000017.5.2滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷

1）向心軸承僅承受純徑向載荷R（N，NA）：P=R

2）推力軸承僅承受純軸向載荷A（5類軸承）：P=A

3）同時(shí)承受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承（6、7、3等類型軸承）：式中X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)。

當(dāng)量動(dòng)載荷P：使軸承在該載荷作用下的壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷作用下的壽命相等，是一假想的載荷。17.5.3徑向載荷R與軸向載荷A的計(jì)算表20.10派生軸向力S的計(jì)算公式角接觸球軸承圓錐滾子軸承70000C（α=15o）70000AC（α=25o）70000B(α=40o)S=eRS=0.68RS=1.14RS=R/(2Y)派生軸向力S：

角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在滾動(dòng)體和滾道接觸處存在著接觸角。當(dāng)它承受徑向載荷為R時(shí)，要產(chǎn)生派生的軸向力S。支反力作用點(diǎn)

軸承的配置：為了保證這類軸承正常工作，防止軸串動(dòng)，通常是成對使用的。1.徑向載荷R的計(jì)算

徑向載荷R可由外界作用到軸上的徑向力Fr，根據(jù)平面一般力系的平衡方程求得。2.軸向載荷A的計(jì)算如達(dá)到軸向平衡時(shí)，應(yīng)滿足

否則，會(huì)出現(xiàn)下面兩種情況：

（1）若

軸承1（壓緊端）承受的軸向載荷：

軸承2（放松端）承受的軸向載荷：

（2）若

軸承1（放松端）承受的軸向載荷：軸承2（壓緊端）承受的軸向載荷：結(jié)論：計(jì)算角接觸軸承和圓錐滾子軸承所受軸向力的方法可以歸結(jié)為：先通過附加軸向力及外加軸向載荷的計(jì)算與分析，判定被“放松”或被“壓緊”的軸承；然后確定被“放松”軸承的軸向力僅為其本身附加的軸向力，被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身附加軸向力后其余各軸向力的代數(shù)和。17.5.4滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算靜載荷：當(dāng)軸承套圈間相對轉(zhuǎn)速為零、低速或擺動(dòng)時(shí)，作用在軸承上的載荷?；绢~定靜載荷C0：使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值（4000~4600MPa）的載荷。用C0（C0r或C0a）表示，作為軸承靜強(qiáng)度的界限。當(dāng)量靜載荷P0：在當(dāng)量靜載荷作用下軸承最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力與實(shí)際聯(lián)合載荷條件下相同。用P0（P0r或P0a）表示1.深溝球軸承、角接觸軸承和圓錐滾子軸承的靜載荷計(jì)算2.圓柱滾子軸承、滾針軸承的靜載荷計(jì)算3.推力軸承的靜載荷計(jì)算靜強(qiáng)度條件：

滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算框圖17.6滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

實(shí)質(zhì)：解決軸承的軸向位置固定、軸承的潤滑與密封、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整和軸承的裝拆等一系列問題。17.6.1軸承的固定方式1.兩端單向固定（雙支點(diǎn)單向固定）2.一端固定、一端游動(dòng)（單支點(diǎn)雙向固定）3.兩端游動(dòng)（全游式）20.5.2軸承的潤滑和密封1.滾動(dòng)軸承的潤滑

目的：為了減少摩擦和減輕磨損、吸振、冷卻、防銹。此外還能減少工作時(shí)的噪聲。潤滑劑：潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。選取原則：當(dāng)dn<(2~3)×100000mm·rpm時(shí)，可采用潤滑脂潤滑；超過這一范圍宜采用油潤滑。

潤滑油、潤滑方式的選取：飛濺潤滑2.滾動(dòng)軸承的密封1）接觸式密封裝置：靠毛氈圈、密封圈等；2）非接觸式密封裝置：間隙式裝置、迷宮式裝置等。20.5.3軸承組合的調(diào)整1.滾動(dòng)軸承的軸向緊固1）內(nèi)圈的軸向固定：軸用彈性擋圈嵌在軸的溝槽內(nèi)；緊定螺釘和軸端擋圈緊固；圓螺母和止動(dòng)墊片緊固。2）外圈的軸向緊固：座孔溝槽與孔用彈性擋圈；軸用彈性擋圈嵌入軸承外圈的止動(dòng)槽內(nèi)；軸承蓋；螺紋環(huán)。2.軸承間隙的調(diào)整1）靠加減軸承蓋與機(jī)座間的墊片厚度進(jìn)行調(diào)整：2）靠螺釘通過軸承外圈壓蓋進(jìn)行調(diào)整：3.軸上零件位置的調(diào)整4.軸承的預(yù)緊20.5.4

軸承的配合與裝拆

1.軸承的配合

配合制式：與軸的配合采用基孔制，與軸承座的配合采用