第13章滚动轴承讲解课件.ppt

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1、基本要求,第十三章 滚动轴承,1.了解滚动轴承的构成、结构特点和类型。2.了解滚动轴承的代号规定，能识别最一般的代号。3.了解滚动轴承的失效形式，能根据失效作出正确的分析。4.能根据使用要求正确选用滚动轴承。5.工作能力计算。6.会根据使用要求正确的作出滚动轴承的组合设计（滚动 轴承装置的设计：安装、调整、润滑、密封等）。,不是如何设计滚动轴承，而是如何选用,重点：轴承的代号及寿命计算、滚动轴承的组合设计。,难点：轴承的当量动载荷计算。,13-1 概述,一.滚动轴承的构造与材料,构成：内圈+外圈+滚动体+保持架,保持架：有冲压的和实体的两种，常用软钢冲压，特 殊场合也可用铜合金与工程塑料等；保

2、持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损.,内外圈和滚动体：则采用专用的轴承钢，并经淬火处 理和精磨。常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等,材料：,滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。,保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。,为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。,二.滚动轴承的优缺点,1.摩阻小、效率高，起动灵敏；2.运转精度高（可通过预紧消除间隙）；3.轴向尺寸较小；4.组合结构简单、便于使用维护；5.标准化程

3、度高，质优价廉；,6.抗冲击能力较差；7.振动及噪音较大；8.高速重载下寿命较低；9.径向尺寸较大。,三.应用范围,一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。,优点,缺点,13-2 滚动轴承的主要类型及其代号,一.滚动轴承的主要类型,1.按滚动体分：,球轴承：滚子轴承：,圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子、滚针,2.按所承受的载荷分：,向心轴承、向心推力轴承、推力轴承,3.按轴承可否调心：调心轴承、非调心轴承,夹角叫作轴承的接触角:向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线与半径的夹角；夹角叫作载荷角：径向载荷与轴向载荷的合力与半径方向的夹角。,1,2,3,5,NA,N,29

4、,6,7,通常是根据滚动轴承滚动体的形状、结构特点和承载性质等，GB将滚动轴承分为9个大类（教材P222表10-5）。,调心球轴承,调心滚子轴承,圆锥滚子轴承,推力球轴承,深沟球轴承,角接触球轴承,推力调心滚子轴承,圆柱滚子轴承,滚针轴承,4,双列深沟球轴承,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,29,调心能力,极限转速,允许偏位角,1.接触角：,二.表征轴承特性的有关因素：,N,N,FR,Fa,载荷角：,的大小反应了轴承承受轴向力的大小。,轴承实际承受的径向载荷Fr 与轴向载荷Fa的合力与半径方向的夹角。,2.游隙：内外圈相对移动量的最大值。径向ur、

5、轴向ua,对于配合越紧，温差越大，轴的变形量越大，润滑冷却条件越差等情况，则应选游隙越大的轴承。,3.极限转速：在一定的载荷和润滑条件下，允许的最高转 速。在同等精度下，点接触轴承的摩擦阻力 较线接触轴承小，因而极限转速要高些。,4.角偏差（调心性能）：,在同等精度下，点接触的轴承较线接触的轴承的调心性能好。,由于制造、安装或轴的变形，引起轴承内外圈轴线发生的相对倾斜，其倾斜角称角偏差。,向心轴承：主要承受径向载荷,推力轴承：只能承受轴向载荷,向心推力轴承：Fr+Fa,深沟球轴承（6）,推力球轴承（5）,角接触球轴承（7）,圆锥滚子轴承（3）,圆柱滚子轴承（N）,调心球轴承（1）,圆柱滚子轴承

6、（N）,外圈无挡边,内圈无挡边,外圈有单挡边,三.滚动轴承的代号,滚动轴承类型繁多，各类型中又有不同的结构、尺寸和精度等，为便于组织生产及选用，国标对滚动轴承的代号作了具体规定。,基本代号,前置代号,后置代号,内径代号=直径/5（20-495mm）d20mm时：00 01 02 0310 12 15 17,尺寸系列代号,直径系列代号,宽度系列代号,类型代号,其它代号,游隙代号,特殊轴承材料代号,密封与防尘结构代号,保持架及其材料代号,公差等级代号,内部结构代号,轴承分部件代号,基本代号,后置代号,前置代号 用于表示轴承的分部件，用字母表示。,L、K、R、NU、WS、GS,滚动体与保持架组件,可

7、分离轴承的可分离套圈,圆柱滚子轴承的一种类型,属于内圈无挡边型。,RNU：无内圈 RN：无外圈,R:不带可分离内圈或外圈的轴承;无内圈滚针轴承（NKNKSNKH 滚针轴承、冲压外圈滚针轴承、滚 针组合轴承除外）,宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,基本代号,7 1 2 0 6 C/P5,内径代号,直径系列代号 同一内径有不同的直径,宽度系列代号 内外径相同时有不同的宽度,类型代号,精度等级代号,内部结构代号,5级,13-3 滚动轴承类型的选择,一.轴承的载荷,大小：滚子轴承优于球轴承方向：径向R（6、1、N）、轴向（5

8、）、Fr+Fa（7、3、6）,类型、尺寸,类型选择,应考虑的因素,不同类型的轴承所能承受的载荷的类型不尽相同，同一类型的轴承其承载能力随直径系列的不同而不同。,轴工作时弯曲变形较大或轴的跨距较大、支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点时应采用调心性能好的轴承。,二.轴承的转速,对高转速的轴承：1.优先选用球轴承（润滑的阻力）2.轻系列轴承优于中、重系列（离心力）3.实体保持架优于冲压保持架 4.提高公差等级、改善润滑条件等,三.轴承的调心性能,极限转速nlim：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴承 的最大允许转速。,23,816,24,内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转,五.轴承的安 装与拆卸

9、,六.经济性,应考虑市场供应情况、轴承价格、精度等级等。,四.对轴承尺寸的限制,径向尺寸受限制时：,选轻、特轻、超轻系列的轴承，必要时选滚针轴承。,轴向尺寸受限制时：,可选窄系列轴承,尺寸选择,轴承内径,与轴颈直径相等,直径系列,载荷很小,超轻或特轻系列,载荷很大,重系列,一般情况,轻或中系列,宽度系列,一般选正常系列,选择滚动轴承类型时可参考以下几点：,（1）当载荷加大后有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。,（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。,当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承

10、。,当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承或圆锥滚子轴承。,（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。,（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同心、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。,（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。,（7）从经济角度看，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，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。,（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。,类型选择1,滚动轴承的类型选择,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承是标准零件，应根据使用的要求合理地选择滚动轴承的类型与规格。,一、滚动轴承选择的一般过程如下：,1

11、3-4 滚动轴承的工作情况,一.滚动轴承工作时轴承元件上的载荷分布,以向心轴承为例,由于游隙及各元件的弹性变形.。,载荷,轴向力：由滚动体平均分担,承载区 180,受最大径向载荷的滚动体负载为：,径向载荷：,二.滚动轴承工作时轴承元件上的应力分布,三.轴向载荷对应力分布的影响,对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承，在Fr的作用下：,当只有最下面一个滚动体受载时：,当受载滚动体数目增多时：,力的代数和大于矢量和,在 Fr的作用下，由于内部结构的原因还存在一个附加（或派生的)轴向力Fd的作用。Fd有使内圈和滚动体连同轴颈与外圈分离的趋势。,大小：见P322表13-7 方向：,角接触轴承要成对使用，对称安

12、装。（面对面或背靠背）,1）角接触轴承总在Fr和Fa联合作用下，为了保持较多的滚动体受载应使 2）对同一轴承（即 不变）在相同Fr作用下，当受载滚动体数目不同时，派生的轴向力也不同，就需要不同的轴向力 Fa来平衡它。也就是说，Fa，N。,对于角接触轴承,为了保证可靠地工作，应使至少下半圈滚动体全部受载。,结论,13-5 滚动轴承尺寸的选择,一.滚动轴承的失效形式和基本额定寿命,滚动轴承的失效形式,失效形式 对策,1.点蚀 寿命计算,2.塑性变形 静载荷计算，正确使用,3.磨损 润滑，密封,4.元件回火 润滑，散热，限制最高转速,5.元件破裂 正确安装使用,回火:硬度、强度要下降。,外圈胶合,内

13、圈点蚀,内圈断裂,内圈深度点蚀,钢球疲劳点蚀,轴承胶合,13-5 滚动轴承尺寸的选择,一.滚动轴承的失效形式和基本额定寿命,滚动轴承的失效形式,失效形式 对策,1.点蚀 寿命计算,寿命：,轴承一个套圈或滚动体的材料首次出现疲劳扩展之前，一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数称为轴承的寿命。,基本额定寿命：,亦即：轴承达到基本额定寿命，失效的概率为10%。轴承达到基本额定寿命，未失效的概率为90%。,二.滚动轴承的基本额定动载荷,基本额定动载荷：基本额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷。常用字母C（Cr、Ca）表示。,各类轴承的额定动载荷可参考手册。,采用常规材料、常规制造方法的一批型号相同的

14、滚动轴承，在相同的常规运转条件（实验室条件）下工作，其中10%的轴承发生疲劳点蚀，90%的轴承未发生疲劳点蚀前的运转总转数或一定转速下的工作小时数。记为L10或Lh。,同类轴承：,三.滚动轴承寿命的计算公式,滚动轴承的基本额定寿命和载荷间的关系为：,于是有,寿命指数球轴承=3，滚子轴承=10/3,以小时表示,预期寿命：设计时给定的目标寿命。各类机械中轴承的预期寿命参考P314表13-3,考虑到温度变化，引入温度系数（P316表13-4）,四.滚动轴承的当量动载荷,基本额定动载荷C,向心轴承,纯径向载荷,纯轴向载荷,推力轴承,1.校核轴承寿命,已知,轴承型号(即C),外载,？,？,2.选择轴承型

15、号(即C),已知,外载,预期寿命,滚动轴承寿命的计算公式的应用,当量动载荷,对只承受 的推力轴承：,同时承受、复合载荷的向心轴承：,实际工作中，轴承同时受、复合作用,对只承受 的向心轴承：,考虑实际工况，引入载荷系数（P318表13-6）,当量动载荷：将作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承基本额定动载荷的载荷条件相一致载荷（用字母P表示）。,1）径向力Fr：作用点：大小：,五.角接触轴承的径向载荷轴向载荷的计算：,Fr的大小由外界作用在轴上的径向力 Fre 在各个轴承产生的径向载荷,Fr1,Fr2,Fr2,Fr1,Fd1,Fd2,Fr2,Fd2,Fr1,Fd1,2）派生轴向力Fd：,计算角接

16、触轴承的轴向载荷时要同时考虑由轴承径向载荷引起的派生轴向力和作用于轴上的其他轴向力的合力。,3）轴向载荷Fa的计算：,大小：见P318表13-7作用点：与径向力相同方向：始终指向窄边,Fae,Fd1,Fd2,V,W1,V,W2,讨论,压紧,放松,放松,压紧,1.“放松”轴承的轴向力等于其派生轴向力；2.“压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。,结论,压紧,放松,放松,压紧,）标明各个轴向力（内、外的方向）。,）根据合力，判断轴承“放松端”和“压紧端”。,）放松端轴承的轴向力Fa=它自身的派生轴向力；压紧端轴承的轴向力Fa=除去它自身的派生轴向力外，其余轴向力的代数和。,4）,计算轴承寿命的

17、方法归纳：,判别系数：,1）初选,2）再算,比较,2）,相差较大重新计算,相差不大输出结果,详细过程见书P335例题13-2,转速小于10r/min,静强度计算；转速大于10r/min,寿命计算；高速轴承，寿命计算，校验极限转速,七.滚动轴承的静载荷计算,当量静载荷：,静强度安全系数，P321表13-8,慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。基本额定静载荷C0：使受载最大的滚动体与滚道接触中 心处引起的接触应力达到一定值的载荷(向心球轴承 4200MPa)。,静强度计算：,八.不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择,寿命修正系数,某深沟球轴承的寿命为8000小时，试计算下列三种情况下的寿命各为多少

18、？,(1)当它承受的当量动载荷增加一倍时；,(2)当它的转速提高一倍时；,例题分析,2.图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承30205，轴上径向载荷FR=3000N,轴向载荷FA=500N,求轴承的轴 向载荷。,Fr1,1.计算径向力,2.计算内部轴向力Fd,查手册 Y=1.6，由表13-7,3.计算轴向载荷,轴承1放松：Fa1=Fd1=468.7N,轴承2压紧：Fa2=FA+Fd1=968.7N,解：,Fr2,Fd1,Fd2,Fr1=Fr2=1500N,13-6 滚动轴承的组合设计,除正确选择轴承类型和型号外，还必须合理设计轴承的组合结构，才能保证轴承和轴系的正常工作。轴承的组合设计主要

19、包括：安装、调整、润滑、密封等。,1、保证支承部位的刚性和同心度,双支点各单向固定,2、轴承的配置,限制了向左移动,限制了向右移动,间隙,安装方式：正装（面对面）反装（背靠背),刚度好,刚度好,正装,反装,正装,反装,一个支点双向固定，另一个支点游动,适用于：支承跨度大于350mm，且工作温度变化较大的场合,游动支承用内外圈非分离型轴承时，只要固定内圈,游动支承用内外圈可分离型轴承，内外圈都要固定,轴向载荷较大时，固定端可用向心轴承与推力轴承组合在一起的结构。,游动端,固定端,固定端,游动端,两端游动支承,人字齿轮本身的轴向限位作用，设计成只保证一根轴相对机座固定，而另一根轴的两个轴承都必须是

20、游动的。,固定轴,游动轴,3、滚动轴承的轴向紧固,（1）内圈紧固的常用方法,弹性挡圈,用于轴向力不大及转速不高场合,螺钉固定的轴端挡圈,用于高转速下承受大轴向力的场合,圆螺母和止动垫圈,用于转速高、承受较大轴向力的场合,轴肩定位,（2）外圈紧固的常用方法,孔用弹性挡圈,用于轴向力不大且需要减小尺寸的场合,用轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固,用于带有止动槽的深沟球轴承，外壳不便设凸肩或外壳为剖分式结构,轴承盖紧固,用于高转速及很大轴向力时的各类向心、推力和向心推力轴承,螺纹环紧固,用于轴承转速高、轴向载荷大，而不适于使用轴承盖紧固的场合,设计：潘存云,内圈：,设计轴承组合时，应考虑有利于轴

21、承的拆装，以便在拆卸过程中不损坏其他零件。,轴肩高度 内圈外径,定位轴肩高度应低于内圈厚度,外圈：,应留拆卸高度，或留螺孔。,4、a.轴承游隙的调整,端盖下的垫片来调整,用圆螺母调整,螺纹处有应力集中，对轴强度有削弱,b.轴上零件位置的调整,用套杯与外壳之间的垫片,目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。,例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。,对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。,锥顶点不重合！,轴承组合位置调整的方法：,套杯+调整垫片,锥顶点重合！,5、滚动轴承的配合,平均内径和平均外径的公差，统一规定用上偏差为零、下偏差为负值的分布,轴承内孔与轴的配合采用基孔制,轴承外径与

22、外壳孔的配合采用基轴制,工作载荷方向不变时，转动圈紧于不动圈；转速愈高，载荷愈大，振动愈强烈时应选紧的配合；当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时，应选较紧配合；对开式外壳与轴承外圈宜采用较松的配合；作轴向游动的轴承外圈与支承的外壳孔宜采用较松的配合；温度变化大时，考虑轴承各部分的温差和热传导方向，防止内圈与轴松动，外圈与座孔卡死。,配合的选用原则,6、滚动轴承预紧,提高轴承的旋转精度，增加轴承装置刚性，减小机器工作时轴的振动,夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈；,弹簧预紧；,夹紧一对磨窄了的外圈而预紧；反装时磨窄内圈而预紧,一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧；,六、轴承的润滑与密封,润滑的目的：,1、润

23、滑脂,降低摩擦阻力，散热，降低接触应力，吸振，防锈。,适用场合,适用于dn值较小的场合不便经常加润滑油的地方,主要性能指标,针入度滴点,选择,dn值大、载荷小时，应选择针入度较大的润滑脂；反之，选择针入度较小的润滑脂。,润滑装置,2、润滑油,主要性能指标,粘度,选择,转速越高，选用粘度越低的润滑油；载荷越大，选用粘度越高的润滑油。,润滑方式,油浴润滑,不适合于高速,滴油润滑,适用于要求定量供应润滑油的轴承,飞溅润滑,喷油润滑,适用于转速高、载荷大，要求润滑可靠的场合,油雾润滑,适用于dn6105mmrmin,用速度因素dn 值作为选择润滑剂的条件:,当dn(1.52)105 mmr/min时，

24、采用脂润滑，否则用油润滑，参考表13-10,d为轴承内径；n为轴承套圈转速；dn间接反映了轴颈的圆周速度。,3、滚动轴承的密封装置,接触式密封,毡圈油封,用在脂润滑的地方，只适用滑动速度小于45ms的地方。,唇形密封圈,适用场合10ms（轴颈精车）15ms（轴颈抛光）,密封环,它适用于接触面滑动速度小于100ms的场合,非接触式密封,隙缝密封,甩油密封,曲路密封,设计轴承的基本方法：由工作条件定轴承类型0000 由结构定轴承直径 00 初选型号 查C、C0 验算寿命：计算轴承载荷查e、X、Y 计算P计算 分析轴承是否合格,例1:一对反装7312AC轴承,Fr1 5000N,Fr28000N，F

25、ae2000N，且Fd0.68Fr，求Fa1、Fa2。,解：画安装简图 Fd2 与 Fae同向,求Fd1，Fd2,求Fa1，Fa2,Fd2Fae544020007440N Fd13400N,Fa1 Fd2Fae7440N,Fa2Fd25440N,Fd10.68Fr10.6850003400NFd20.68Fr20.6880005440N,轴承1被压紧轴承2被放松,求Fr1、Fr2,例2:接上题,如果n960r/min,fP1.2,求轴承寿命。,求Fa1、Fa2,求P1、P2,求Lh(C),解：查得7212AC轴承的C42800N，e0.68,Fa1Fr1744050001.488e,X10.4

26、1，Y10.87 P1fP(X1Fr1Y1Fa1)1.2(0.4150000.877440)10227.36N,Fa2Fr2544080000.68=e,P2fPFr21.280009600N,X21,Y20,P1P2 1轴承危险,Fa17440N,Fa25440N,Fr15000N,Fr28000N,END,例10-2 如图所示，某轴由一对深沟球轴承支承。已知：轴受径向力，轴向力，轴的转速 取载荷系数，轴承工作温度一般，要求轴承寿命。若此轴的轴颈不小于，试选择这一对轴承的型号。,解：（1）求轴承所受载荷轴承1：,径向载荷:由力矩平衡得,轴向载荷:两轴承用双固定式支承结构，指向轴承2，由轴承2

27、承受；轴承1则不承受轴向载荷，即,轴承2：径向载荷 由力平衡得,轴向载荷,轴承2承受载荷远大于轴承1，故应按轴承2计算。,（2）试选6310型轴承进行校验计算（设计指导书P180）根据题意轴颈不小于50mm，试选6310型轴承，查手册，。由机械设计教材或手册中的径向系数 和轴向系数表，,应用线性内插法求,取,，,故6310轴承不合适。,61.8,38,38000,0.0658,C0r,（3）由，查机械设计手册选6410轴承进行核验计算,查机械设计手册，6410轴承：，由机械设计教材或手册：，求得，取，值用线性内插法：,可知所选6410型滚动轴承合适。,55200,0.0453,0.245,10

28、011.67N,1.7647,2500),=,69.338KN,92.2,55.2,92.2,10011.67,KN,（4）讨论1）当试算6310滚动轴承不合适后，若采用增大轴颈的办法改选轴承型号，经计算可应用6312轴承，这时轴的各段轴径均应增大，显然不如6410轴承好。2）也可通过计算试选轴承的工作寿命，根据 是否大于等于预期寿命，判定试选轴承是否合适。,改错题,下图为一输出轴，试指出18标注处的错误。本题解答：1无倒角，轴承装拆不方便；2轴肩过高，轴承无法拆卸；3轮毂与轴无键联接，周向固定不可靠；4套筒长度与轴肩长度平齐，右轴承定位固定不可靠，套筒外径过大，轴承无法拆卸；5轴头过长，齿轮

29、装拆不便；6精加工面过长，也不利于轴承拆卸；7轴与轴承盖无密封件，盖孔与轴间无间隙，动静件未分开，工作时会干涉；8联轴器与轴间无键联接，周向固定不可靠，不利于装拆轴上零件。,简答题为什么蜗杆传动要进行热平衡计算？答：蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大；在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸；将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,