CH13滾動(dòng)軸承課件

第十三章滾動(dòng)軸承§13-1

概述§13-2

滾動(dòng)軸承的主要類型和代號(hào)§13-3

滾動(dòng)軸承的類型選擇§13-4

滾動(dòng)軸承的工作情況§13-5

滾動(dòng)軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-7

其他滾動(dòng)軸承在減速器中的應(yīng)用滾動(dòng)軸承在海上鉆井平臺(tái)上的應(yīng)用帶座軸承直線軸承與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：摩擦力矩和發(fā)熱較小，在通常的速度范圍內(nèi)，摩擦力矩很少隨速度而改變；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比滑動(dòng)軸承??；消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護(hù)；大大地減少了有色金屬的消耗；旋轉(zhuǎn)精度高；是標(biāo)準(zhǔn)件，成批生產(chǎn)，成本較低，選用方便。缺點(diǎn)：接觸應(yīng)力高，承受沖擊載荷的能力較差，高速重載荷下軸承的壽命較低；徑向尺寸比滑動(dòng)軸承大；減振性能比滑動(dòng)軸承差，工作時(shí)振動(dòng)和噪音較大；小批生產(chǎn)特殊的滾動(dòng)軸承時(shí)成本較高。滾動(dòng)軸承的構(gòu)成：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等。21341234一般的，軸承元件的硬度經(jīng)熱處理后不低于60HRC。且軸承元件都經(jīng)過150oC的回火處理，所以通常當(dāng)軸承的溫度不高于120oC時(shí)，軸承元件的硬度不會(huì)下降。由于滾動(dòng)軸承屬于標(biāo)準(zhǔn)件，所以本章主要介紹滾動(dòng)軸承的主要類型和特點(diǎn)，并討論如何正確的選擇軸承類型和尺寸，驗(yàn)算軸承的承載能力，以及軸承的安裝、調(diào)整、潤滑和密封等“軸承裝置”的設(shè)計(jì)。斯凱孚，瑞典類型和代號(hào)1滾動(dòng)軸承的主要類型及特點(diǎn)接觸角α

，軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，表明了反力的方向；載荷角β

，由外載荷確定，表明了外載荷的方向。（1）按可承受的外載荷分類公稱接觸角越大，表示可承受軸向載荷的能力就越強(qiáng)。各類滾動(dòng)軸承的公稱接觸角實(shí)際接觸角偏斜角調(diào)心軸承的調(diào)心性能其他各類滾動(dòng)軸承（3）按滾動(dòng)體的種類分類

在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承的承載能力和耐沖擊能力都好，但球軸承摩擦小、高速性能好。球軸承滾子軸承類型和代號(hào)3滾動(dòng)軸承的代號(hào)前置代號(hào)基本代號(hào)后置代號(hào)

軸承的分

部件代號(hào)內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

代

號(hào)密

封

與

防

塵

結(jié)

構(gòu)

代

號(hào)保

持

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其

材

料

代

號(hào)特

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承

材

料

代

號(hào)公

差

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代

號(hào)游

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代

號(hào)多

軸

承

配

置

代

號(hào)其

它

代

號(hào)五四三二一類

型

代

號(hào)尺寸系

列代號(hào)內(nèi)

徑

代

號(hào)寬

度

系

列

代

號(hào)直

徑

系

列

代

號(hào)代號(hào)用于表征滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等。前置代號(hào)—表示軸承的分部件?；敬?hào)—表示軸承的類型與尺寸等主要特征。后置代號(hào)—表示軸承的精度與材料的特征。◆內(nèi)徑代號(hào)內(nèi)徑d10mm12mm15mm17mm代號(hào)000102032）對(duì)于內(nèi)徑=10~17mm軸承的內(nèi)徑代號(hào)表示

軸承內(nèi)徑指軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑，常用d表示。

1）對(duì)于常用內(nèi)徑d=20~480mm（22、28、32除外）的軸承，軸承內(nèi)徑=內(nèi)徑代號(hào)×5，如：08表示軸承內(nèi)徑d=5×08=40mm。基本代號(hào)

3）對(duì)于內(nèi)徑d≥500mm及22、28、32mm的軸承，直接用內(nèi)徑毫米數(shù)表示并用/分開，如62/22，230/500?！舫叽缦盗写?hào)：表達(dá)相同內(nèi)徑但外徑和寬度不同的軸承。外徑代號(hào)：有7、8、9、0、1、2、3、4、5，依次遞增。寬度代號(hào)：有8、0、1、2、3、4、5、6，依次遞增。代號(hào)0在多數(shù)軸承中無需標(biāo)出，但對(duì)于調(diào)心滾子軸承（2類）和圓錐滾子軸承（3類），寬度代號(hào)0應(yīng)標(biāo)出。推力軸承高度代號(hào)：7、9、1、2

，遞增。前置代號(hào)2）公差等級(jí)代號(hào)：1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)是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(hào)表示。

如：接觸角為：15°，25°，40°的角接觸球軸承分別用C、AC、B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。后置代號(hào)

示例級(jí)別0級(jí)6x級(jí)6級(jí)5級(jí)4級(jí)2級(jí)6203/P66級(jí)公差代號(hào)/P0/P6x/P6/P5/P4/P2精度低精度高0級(jí)為普通級(jí)，軸承代號(hào)中不標(biāo)出。a)背對(duì)背（/DB）b）面對(duì)面（/DF）c）串聯(lián)（/DT）成對(duì)安裝的軸承有三種配置型式4）配置代號(hào)62204軸承內(nèi)徑d=4×5=20mm直徑系列代號(hào)，2(輕)系列寬度系列代號(hào)，2(寬)系列深溝球軸承公差等級(jí)為0級(jí)；游隙組為0組7(0)312AC/P6公稱接觸角α=25?軸承內(nèi)徑d=12×5=60mm直徑系列代號(hào)，3(中)系列寬度系列代號(hào)，0(窄)系列，代號(hào)為0，不標(biāo)出角接觸球軸承公差等級(jí)6級(jí)游隙組為0組；30213軸承內(nèi)徑d=65mm直徑系列代號(hào)，2(輕)系列寬度系列代號(hào)，0(窄)系列，不能省略

圓錐滾子軸承公差等級(jí)為0級(jí)；游隙組為0組N105/P5公差等級(jí)5級(jí)軸承內(nèi)徑d=25mm直徑系列代號(hào)，1(特輕)系列圓柱滾子軸承游隙組為0組第十三章滾動(dòng)軸承§13-1

概述§13-2

滾動(dòng)軸承的主要類型和代號(hào)§13-3

滾動(dòng)軸承的類型選擇§13-4

滾動(dòng)軸承的工作情況§13-5

滾動(dòng)軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-7

其他滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，需合理選擇軸承的類型與規(guī)格。1．載荷條件2．轉(zhuǎn)速條件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。軸承所受載荷的大小方向和性質(zhì)，是類型選擇的主要依據(jù)。注意其允許的極限轉(zhuǎn)速nlim，高速時(shí)滾動(dòng)體要小。滾動(dòng)軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題：3.調(diào)心性能

軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏斜角應(yīng)控制在極限之內(nèi)，對(duì)安裝精度差的軸承，宜選用調(diào)心軸承。4.裝拆性能3類和N類的內(nèi)外圈分離，便于拆裝。為方便長軸上軸承的拆裝，可選用帶內(nèi)錐孔和緊定套的軸承。5.尺寸的限制

當(dāng)對(duì)軸承的徑向尺寸有較的嚴(yán)格限制時(shí)，可選用滾針軸承。6.經(jīng)濟(jì)性

在滿足使用條件的情況下優(yōu)先選用價(jià)格低廉的軸承。第十三章滾動(dòng)軸承§13-1

概述§13-2

滾動(dòng)軸承的主要類型和代號(hào)§13-3

滾動(dòng)軸承的類型選擇§13-4

滾動(dòng)軸承的工作情況§13-5

滾動(dòng)軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-7

其他軸承元件的應(yīng)力變化滾動(dòng)體及轉(zhuǎn)動(dòng)套圈固定套圈工作時(shí)，軸承各個(gè)元件上載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時(shí)時(shí)變化的，而固定套圈受載最大處的工作狀態(tài)最為惡劣。向心軸承的載荷分布由于軸承內(nèi)部存在游隙，滾動(dòng)軸承工作時(shí)，并非下半部所有滾動(dòng)體都同時(shí)受載，即承載區(qū)小于180度。游隙越大？滾動(dòng)體同時(shí)受載的程度與軸承所受的力有關(guān)，如果同時(shí)作用有一定的軸向載荷，則可以使承載區(qū)擴(kuò)大。3/7類軸承的Fa對(duì)載荷分布的影響徑向分力反力軸向分力=外載荷Fr=外載荷Fa徑向分力向量和徑向分力代數(shù)和=徑向外載荷Fr>徑向外載荷Fr軸向分力Fdi之和為派生軸向力Fd派生軸向力的產(chǎn)生？后果？向心推力軸承在純徑向力作用下。圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(a=15o)70000AC(a=25o)70000B(a=40o)Fd=Fr／(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr派生軸向力的大小徑向力的大小受載滾動(dòng)體數(shù)目（軸向載荷）接觸角的大小Fa(min)=Fd=Frtanα>0當(dāng)只有最下面一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)半圈滾動(dòng)體受載時(shí)的派生軸向力計(jì)算受載滾動(dòng)體數(shù)目過少，接觸點(diǎn)處接觸應(yīng)力過大，軸承易損壞。下半圈滾動(dòng)體受載，所有支反力的徑向分力都參與抵抗外載荷。全部滾動(dòng)體受載，上半圈滾動(dòng)體支反力使下半圈滾動(dòng)體的支反力增大。對(duì)軸承壽命有一定不良影響。②對(duì)同一軸承，若所受徑向力Fr不變，當(dāng)軸向力Fa由最小值Frtan逐漸增大時(shí)，同時(shí)受載滾動(dòng)體數(shù)目的逐漸增加，與軸向力Fa平衡的派生軸向力Fd隨之增大。【結(jié)論】①向心推力軸承（角接觸球軸承及圓錐滾子軸承）總是在徑向力Fr和軸向力Fa聯(lián)合作用下工作，為保證較多滾動(dòng)體同時(shí)受載，應(yīng)使軸向力Fa＞Frtan。

因此，對(duì)于3、7類軸承，有Fa不一定是壞事，適當(dāng)?shù)腇a可以使受載滾動(dòng)體數(shù)目增多，這對(duì)軸承的工作壽命并沒有不利的影響，但Fa不宜過大。第十三章滾動(dòng)軸承§13-1

概述§13-2

滾動(dòng)軸承的主要類型和代號(hào)§13-3

滾動(dòng)軸承的類型選擇§13-4

滾動(dòng)軸承的工作情況§13-5

滾動(dòng)軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-7

其他失效形式內(nèi)圈滾道深度點(diǎn)蝕外圈滾道點(diǎn)蝕外圈（球面滾道）膠合外圈滾道膠合（大片）、點(diǎn)蝕（小片）外圈滾道過燒，伴隨膠合外圈滾道過燒滾

動(dòng)

體

異

物

劃

痕外圈滾道塑性變形內(nèi)圈脹裂安裝不當(dāng)，導(dǎo)致保持架變形滾動(dòng)軸承尺寸的選擇2套圈和滾動(dòng)體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承最基本和常見的失效形式，是作為滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。點(diǎn)蝕膠合斷裂常見的失效形式：磨損

除了點(diǎn)蝕以外，還可能發(fā)生其它多種的失效形式。

這些失效形式可以通過加強(qiáng)潤滑或裝配過程管理等措施來克服。

對(duì)于一般轉(zhuǎn)速的軸承，即10r/min<n<nlim,如果軸承的制造、保管、安裝、使用等條件均良好時(shí)，軸承的主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕，因此應(yīng)以疲勞強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算。

對(duì)于高速軸承，除疲勞點(diǎn)蝕外其工作表面的過熱也是重要的失效形式，因此除需進(jìn)行壽命計(jì)算外還應(yīng)校驗(yàn)其極限轉(zhuǎn)速。計(jì)算準(zhǔn)則

對(duì)于低速軸承，即n<10r/min，可近似地認(rèn)為軸承各元件是在靜應(yīng)力作用下工作的，其失效形式為塑性變形。為控制塑性變形，應(yīng)作靜強(qiáng)度計(jì)算。滾動(dòng)軸承尺寸的選擇3滾動(dòng)軸承的壽命是指軸承的滾動(dòng)體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)或運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。

滾動(dòng)軸承壽命通常是指滾動(dòng)軸承的疲勞壽命。軸承的壽命/（106r）基本額定壽命

與一般結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命一樣，滾動(dòng)軸承的疲勞壽命的離散性也是相當(dāng)大的。滾動(dòng)軸承尺寸的選擇3

基本額定壽命：90％的軸承不點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或小時(shí)數(shù)，用L10表示。軸承的壽命/（106r）對(duì)一批軸承而言…對(duì)一個(gè)軸承而言…滾動(dòng)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)，因此軸承的壽命必然與可靠性相關(guān)?；绢~定動(dòng)載荷基本額定動(dòng)載荷：特定實(shí)驗(yàn)條件下，使軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用字母C表示?；绢~定動(dòng)載荷是軸承的性能參數(shù)，表示承載能力的大小。6207C—基本額定動(dòng)載荷P—當(dāng)量動(dòng)載荷其中：壽命計(jì)算求壽命【含義】在當(dāng)量載荷P的作用下，軸承可靠度為0.9時(shí)的壽命。壽命指數(shù)：選軸承如果軸承工作溫度過高于120oC

？引入溫度系數(shù)ft軸承工作溫度（oC）≤120125150175200225250300350溫度系數(shù)ft10.950.900.850.800.750.700.600.50

對(duì)于高溫軸承，因材料、金屬組織、硬度等的變化額定動(dòng)載荷值將降低為：Ct=ftC滾動(dòng)軸承尺寸的選擇4當(dāng)量動(dòng)載荷P在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)把作用在軸承上的實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定軸承C值的載荷條件相一致的當(dāng)量動(dòng)載荷（用字母P表示）。各類軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷可按下式計(jì)算：式中：Fr與Fa分別為軸承實(shí)際承受的徑向載荷與軸向 載荷（名義值）X、Y分別為軸承的徑向動(dòng)載荷系數(shù)與軸向動(dòng)載荷系數(shù)，查表。滾動(dòng)軸承尺寸的選擇4

為了計(jì)及實(shí)際載荷波動(dòng)的影響，可對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷乘上一個(gè)載荷系數(shù)。載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2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1.2～1.8機(jī)床、車輛、動(dòng)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1.8～3.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等aFrO軸承壓力中心可查軸承標(biāo)準(zhǔn)Fn1Fr1Fd1Fdα3、7類軸承的Fa計(jì)算支反力作用點(diǎn)（壓力中心）：（2）當(dāng)Fae＋Fd2＞Fd1時(shí)，軸承1被壓緊，軸承2被放松，軸承1：Fa1＝Fae＋Fd2，軸承2：Fa2＝Fd2；（3）當(dāng)Fae＋Fd2＜Fd1時(shí)，軸承1被放松，軸承2被壓緊，軸承1：Fa1＝Fd1，軸承2：Fa2＝Fd1－Fae。（1）當(dāng)Fae＋Fd2=Fd1時(shí)，軸承1：Fa1＝Fd1，軸承2：Fa2＝Fd2；向心推力軸承所受軸向力Fa的計(jì)算方法可以歸納為：

（1）根據(jù)軸承的安裝方式，確定派生軸向力Fd的大小及方向；

（2）判斷全部軸向載荷合力的方向，確定被壓緊的軸承(“壓緊端”)及被放松的軸承(“放松端”)；

（3）“壓緊端”軸承所受的實(shí)際軸向載荷，應(yīng)為除了自身派生軸向力之外，其它所有軸向力的代數(shù)和；“放松端”軸承所受的實(shí)際軸向載荷，等于自身派生軸向力。滾動(dòng)軸承尺寸的選擇7對(duì)于在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動(dòng)的軸承，其失效形式是因接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生塑性變形。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)每一種規(guī)格的滾動(dòng)軸承規(guī)定了一個(gè)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Fr與Fa折合成一個(gè)當(dāng)量靜載荷P0即：P0=X0Fr+Y0Fa按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為：式中：S0為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，可由設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。滾動(dòng)軸承的靜承載能力滾動(dòng)軸承尺寸的選擇9

在一般的工程問題中，均以軸承的基本額定動(dòng)載荷和基本額定壽命來衡量軸承的承載能力，這時(shí)對(duì)應(yīng)的可靠度為90%。但是，對(duì)于航空航天產(chǎn)品、國防裝備等，對(duì)于軸承的可靠度有更高的要求。這時(shí)滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算須引入可靠性系數(shù)a1，即修正壽命為：不同的可靠度時(shí)的壽命計(jì)算可靠度／%909596979899LnL10L5L4L3L2L1a11.00.620.530.440.30.21可靠度不為90%時(shí)的額定壽命修正系數(shù)a1(GB/T6391-95)【例】13-2第十三章滾動(dòng)軸承§13-1

概述§13-2

滾動(dòng)軸承的主要類型和代號(hào)§13-3

滾動(dòng)軸承的類型選擇§13-4

滾動(dòng)軸承的工作情況§13-5

滾動(dòng)軸承尺寸的選擇§13-6

軸承裝置的設(shè)計(jì)§13-7

其他保證支撐部分的剛性和同軸度

為了保證軸承順利運(yùn)行，除了正確選擇軸承類型和尺寸外，還應(yīng)正確設(shè)計(jì)軸承裝置，包括：軸承組合的軸向固定，與相關(guān)零件的配合，間隙調(diào)整、裝拆、潤滑等一系列問題。軸承裝置的設(shè)計(jì)2軸承的配置

軸承的配置問題是指：對(duì)于一個(gè)軸系應(yīng)采用幾個(gè)軸承支撐、如何支撐、如何配對(duì)等問題。常用配置方案有如下三種：兩端單向固定、一端固定一端游動(dòng)、兩端游動(dòng)。軸承裝置的設(shè)計(jì)3滾動(dòng)軸承的緊固和定位內(nèi)圈緊固方法外圈緊固方法滾動(dòng)軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。滾動(dòng)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。滾動(dòng)軸承的配合軸承的內(nèi)、外圈屬于薄壁零件，容易變形。當(dāng)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響。除了對(duì)軸承的內(nèi)、外頸規(guī)定了直徑公差外，還規(guī)定了平均內(nèi)徑和平均外經(jīng)(dm，Dm)的公差。內(nèi)徑和外徑的公差帶均采用單向制：即上偏差為零，下偏差為負(fù)的分布?；酒钕盗惺疽鈭D軸承配合種類的選取，應(yīng)根據(jù)軸承的類型和載荷的性質(zhì)來決定。另外，還要考慮到工作溫度對(duì)配合性質(zhì)的改變。原則：回轉(zhuǎn)套圈應(yīng)較緊配合，不回轉(zhuǎn)套圈宜較松（一般情況下“內(nèi)緊外松”）；轉(zhuǎn)速高、載荷大、工作溫度高時(shí)