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1、第十八章 滚动轴承,18.1 概述滚动支承设计内容：1、轴承本身设计：正确选用轴承的类型和尺寸 2、轴承组合设计：安装、调整、润滑、密封等的设计,学习本章的目的主要解决三个问题：,1、如何选择滚动轴承的类型；,2、滚动轴承的寿命计算；,3、滚动轴承组合设计；,18.1.1 构造,18.1.2 材料,内、外圈和滚动体用轴承铬钢制造，常用温度不高于120保持架：冲压式：低碳钢板制成；实体式：铜合金等。,18.1.3 优缺点优点：1、起动灵敏、效率高；2、运动精度高；3、轴向尺寸紧凑；4、润滑简便；5、宜互换。,缺点：1、抗冲击性能差；2、工作时有噪声；3、径向尺寸大。,应用场合：中速、中载和一般工
2、作条件下运转的机器中广泛应用。,18.2 滚动轴承的类型及选择,1、按承载方向和公称接触角分为：,滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角，称为公称接触角。,向心轴承：045，主要承受径向载荷；,径向接触轴承0 的向心轴承；,向心角接触轴承 045的向心轴承；,推力轴承：45 90，主要承受轴向载荷；,轴向接触轴承90的推力轴承,推力角接触轴承 45 90的推力轴承,2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承,18.3 滚动轴承的代号,用数字或字母表示 1调心球轴承 3圆锥滚子轴承 5推力球轴承 6深沟球轴承 7角接触球轴承 N圆柱滚子轴承,内径尺寸 代号10 0012 0115 0
3、217 0320480 d/522、28、32及500以上/内径,类型和代号2,在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列类:,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,18.2.1 滚动轴承的类型,类型代号为0（6）,类型代号为1（1）,类型代号为2（9）,类型代号为3（7）,类型代号为4（0）,类型代号为5（8）,类型代号为6（0）,类型代号为7（6）,类型代号为N（2）,类型代号为8（9）,举例说明62046轴承类型为深沟球轴承（0）2尺寸系列代号，宽度系列代号为0（可省略）2为直
4、径系列代号 04内径代号 d=20mm72211AC7角接触轴承22尺寸系列代号，宽度系列代号2，直径系列代号为211为内径代号，d=55mmAC接触角=25精度为0级,18.2.2 滚动轴承类型的选择,1、根据载荷的大小及性质,载荷大或冲击大选滚子轴承（线接触）；,径向、轴向载荷角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3),轴向载荷不大时，可用深沟球轴承,载荷小或冲击小选球轴承（点接触）；,2、根据载荷的方向,纯径向载荷选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N),纯轴向载荷选推力轴承（5 或 8）,3、根据转速的高低,转速高选球轴承；,选用实体保持架；,不用推力轴承承受纯径向载荷；,4、根据回转精度,
5、精度要求高选球轴承；,5、根据轴承刚度及调心性能,轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承（“1”类 或“2”类）；,6、装调性能,圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承内外圈可分离，便于拆装。,7、经济性,球轴承比滚子轴承便宜；,精度低的轴承比精度高的轴承便宜。,18.4 滚动轴承的力分析|、失效和计算准则18.4.1 向心轴承中作用力的分析,各滚动体上的受力情况如何？,当轴承仅受到纯轴向力 FA 作用时：,载荷由各滚动体平均分担，即：,Qi Qj,当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时：,接触点产生弹性变形，内圈下沉，,F2,Fmax,F1,F2,F1,最多只有半圈滚动体受载。,承载区各滚动体的变
6、形量不同，受载大小也不同。,对于点接触轴承：,对于线接触轴承：,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，,因此：,可看成脉动循环变应力。,全部滚动体个数,18.4.2 角接触轴承中的附加轴向力FS,O,角接触球轴承,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生附加轴向力 FS。,附加轴向力：,注意 FS 的方向,不同类型的轴承附加轴向力的计算不同，附加轴向力的方向是由轴承外圈的宽边指向窄边，始终使内外圈相分离。,角接触轴承一般成对反向安装使用。,滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。,18.4.3 滚动轴承的失效,1、疲劳点蚀
7、最主要的失效形式,防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。,接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。,2、塑性变形 低速轴承的主要失效形式,原因是载荷过大或冲击载荷作用。,3、磨损、胶合、保持架断裂等,使用维护不当而引起的，属于非正常失效。,18.4.4 滚动轴承的计算准则,1、一般轴承：寿命计算、静强度校核2、不转动、转速极低或摆动的轴承：静强度校核3、高速轴承：寿命计算、极限速度校核。三个基本参数1、基本额定动载荷Cr或Ca2、基本额定静载荷C0r或C0a3、极限速度N0,18.5 滚动轴承的动载荷和寿命计算18.5.1 基本额定动载荷和基本额定寿命,轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀
8、 前所经历的总转数或总工作小时数。,基本额定寿命,一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,90,10,用 L 10（r）或 L10h（h）表示。,完好,按基本额定寿命选用轴承，可靠性为90。,注意：基本额定寿命随运转条件而变化。,比如：外载增大，基本额定寿命降低。,基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。,基本额定动载荷,规定轴承在 额定寿命 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10的轴承出现点蚀，90的轴承完好。,基本额定动载荷越大,轴承的承载能力越大,对于具体轴
9、承，C 为定值，按手册查取。,C r 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。,C a 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。,当量动载荷：一假想载荷，与C 同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。,计算式：,X 径向系数,Y 轴向系数,查表18.7,X、Y 的作用是将Fr、Fa折合成当量动载荷。,X、Y 取决于：Fa/Fr 和判断系数 e。,若：,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa/Fr e,X 1、Y 0,判断系数 e 根据 Fa/C0r 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。,基本额定静载荷,或：,18.5.2 当量动载荷,实际工作条件下，需引入载
10、荷系数 fd 修正 P：,对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：,对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）：,18.5.3 基本额定寿命,目的 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。,为寿命指数，球轴承 3，滚子轴承 10/3。,F1 F2 Fn(L10)1(L10)2(L10)n,当载荷为额定动载荷C 时：,实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命：,已知轴承的C，计算额定寿命,根据预期寿命Lh，计算所需的C,预期寿命,所需额定动载荷,小时,寿命计算时，应满足：,或：,18.5.4 角接触轴承的载荷计算,为使F S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式：,正
11、装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即附加轴向力指向相对。,反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即附加轴向力指向相背。,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小；,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。,角接触轴承的轴向载荷Fa的计算（以正安装为例）,当外载既有径向载荷FR又有轴向载荷FA时，角接触轴承的轴向载荷 Fa？,要同时考虑轴向外载 F A和附加轴向力 FS。,当轴处于平衡状态时 FS1+FA=FS2 若不满足此关系式，可能出现两种情况。1）FS1+FAFS2,FS1+FA=FS2+FS2,FS2=FS1+FAFS2,2
12、)FS1+FAFS2,计算角接触轴承轴向载荷的方法：1）根据轴承所受轴向外载荷和轴承附加轴向力的合力指向，找出被“压紧”和被“放松”的轴承；2）被“压紧”轴承所受的轴向力等于除自身以外其它轴向力的向量和；3)被“放松”轴承的所受的轴向力等于自身的附加轴向力。,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承选择的一般过程,滚动轴承尺寸选择的过程,由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa,18.9 滚动轴承的组合结构设计18.9.1 滚动轴承轴系支点固定的结构型式,滚动轴承的固定方式取决条件：1）是否传递轴向载荷 2）轴承的类型 3）是游动支承还是固定支承,一、轴承组合的轴向固定,1、单个轴承的内圈常用的轴向固定,
13、2、单个轴承的外圈常用的轴向固定,二、滚动轴承拆装,轴或座孔凸肩的圆角半径必须小于相应的轴承座圈的圆角半径，,轴肩高度不能大于内圈高度。,三、支承结构的基本形式,1、两端单向固定,两支点距离小于400mm的短轴或在工作中温升较小的轴。,2、一端双向固定，一端游动,轴的支承跨距较大或工作时温升较高。,3、两端游动 要求左右游动的轴。,18.9.2 滚动轴承的配合,轴承内圈与轴采用基孔制配合,轴承外圈与支座孔采用基轴制配合,18.9.3 提高轴系刚度的措施,滚子轴承比球轴承刚度好，双列比单列轴承刚度好。,1、选择合理的轴承类型,2、合理安排轴承的组合方式,3、轴承预紧预紧可增加轴承刚度，提高旋转精
14、度，延长轴承寿命。预紧主要用在角接触球轴承和推力球轴承上，有时也用于圆锥滚子轴承中。预紧的方法定位预紧 定压预紧,18.10 滚动轴承的润滑和密封18.10.1 滚动轴承的润滑,18.10.2 滚动轴承的密封,对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；,正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动；,在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则将使轴承损坏；,对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减小机器工作时轴的振动。,在进行滚动轴承的安装设计时，
15、应注意以下问题：,应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞 而使轴承提前损坏；,超低温液氢泵用混合式陶瓷轴承,滚动轴承的应用,1883年德国的Fischer先生发明了磨制钢球的球磨机并创建FAG公司以来，伴随着滚动轴承工业的诞生和发展，FAG的产品在几乎所有可能的领域内得到了充分的认证并一直扮演着十分重要的角色，,滚动轴承的应用,滚动轴承的应用,瑞典SKF公司新一代SKF球面滚子轴承-Explorer探索者系列的性能，远远超过ISO国际标准的计算方法，而ISO亦无法恰当地预测其预期寿命 轴承如此经久耐用，它将改变工业设备的维修计划 轴承如此先进卓越，它将为设计工程师，开
16、拓一个充满崭新选择的世界，从而创造新一代的工业机械设备。,滚动轴承的应用,这类轴承适用于內燃机和压缩机。由于其特殊的设计，可以应用于高转速、高温、不利于润滑且又具有特殊载荷和运动状态的支承。其中，KZK曲柄销支承用的滚针和保持架组件，采用M型保持架，可因客戶特殊要求，在保持架表面进行镀银、镀铜处理。,滚动轴承的应用,滚动轴承的应用,这种轴承由薄壁冲压外圈、保持架和整组的滚针组成，其剖面高度极小，可节约空間，尤其适用于壳体孔不宜作为滚道的场所。,滚动轴承的应用,铁路车辆的行车速度不断提高，就要求配套的轴承也要达到行车安全的技术指标，图中为铁路机车轮对准高速轴承NV2232WB/YB2，速度为160-180km/h，寿命100万公里。,滚动轴承的应用,图中为6317绝缘轴承，用于防静电的技术领域。,
