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1、第八章 滚动轴承设计,一、概述,1.滚动轴承部件设计的主要内容,已知条件,设计内容,工作条件,载荷大小及性质,转速,工作温度,选择轴承的类型,轴承的组合设计,轴承的固定和调整,轴承的配合,轴承的润滑和密封,轴承尺寸的验算,2.滚动轴承的基本结构,内圈 与轴配合,外圈 与机座配合,滚动体 在滚道中产生滚动摩擦,球,滚子,圆柱滚子,滚针,鼓形滚子,圆锥滚子,非对称鼓形滚子,螺旋滚子,保持架 保持滚动体位置,除滚动体外，其它元件可有可无,3.滚动轴承的主要类型,向心轴承,径向接触轴承,向心角接触轴承,主要承受,球轴承亦能承受较小,：滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角,推力
2、轴承,推力角接触轴承,轴向接触轴承,也承受较小,主要承受,只能承受,球轴承,滚子轴承,4.滚动轴承的代号,前置代号,基本代号,后置代号,用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等,例如；,用字母表示轴承的分部件,例如；L表示分离轴承 的可分离套圈,基本代号,6 1 2 0 6,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,6 深沟 球轴承,类型代号,7 角接触球轴承,3 圆锥滚子轴承,5 推力球轴承,二、滚动轴承的选择,1.类型选择,(1)载荷的大小、方向和性质,载荷大小,小：,球轴承(点接触),大：,滚子轴承(线接触),载荷方向,：深沟球轴承(
3、6类),圆柱滚子轴承,：推力球轴承(5类),推力滚子轴承,和,(6类),(5类)+(6类),角接触球轴承(7类),圆锥滚子轴承(3类),、,载荷性质,平稳：,球轴承,冲击：,滚子轴承,(2)转速和旋转精度,球轴承 极限转速 和 旋转精度 比滚子轴承的高,推力轴承 极限转速 低(离心力使滚动体与保持架摩擦严重),整体保持架 极限转速 比分离的高,球轴承,滚子轴承,高速、轻载,低速、重载,(3)调心性能,(4)其它,支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点,内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转,装拆方便,价格,球轴承比滚子轴承低,精度低的价格低(一般公差等级选 0 级),内外圈分离的轴承(圆锥滚子轴承),
4、2.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,三、滚动轴承的组合设计,1.轴承的轴向固定,(1)轴承内圈的轴向固定,轴肩,轴肩+弹性挡圈,轴肩+圆螺母与 止退垫圈,轴肩+轴端挡圈 与螺栓,不大时,较大时,较大时,(2)轴承外圈的轴向固定,轴承端盖,轴承座孔凸肩,孔用弹性挡圈,较大时,较大时,较小时,(1)两端固定,2.轴承支承的结构形式,轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼,要求：,在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动,轴受热伸长时，不致于影响轴承运转,每个支点限制轴的一个方向移动，合起
5、来限制轴的双向移动,间隙 C,(2)一端固定、一端游动,轴承内部不能游动,轴承内部可以游动,一个支点限制轴的双向移动，一个支点可以轴向移动,(3)两端游动,由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动，,主动轴设计为两端游动支承,从动轴设计为两端固定支承,3.轴承支承设计的两个特殊问题,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,的排列,正装“面对面”,反装“背靠背”,必须成对使用,悬臂受力,调整间隙,变小,变大,变形小,变形大,方便,不便,跨距,典型支承结构,车床主轴的支承结构,一端固定、一端游动,螺母调整轴承游隙,螺母予紧轴承,4.轴承间隙的调整,(1)轴承内部游隙的调整,垫片调整,螺钉调整,圆螺母调整,
6、(2)轴承组合位置的调整,(3)轴承的予紧,套杯结构,利用金属垫片,消除游隙、提高旋转精度和支承刚度,5.轴承的配合,配合,内圈与轴,外圈与座孔,内圈(动圈)取紧一点,外圈(不动圈)取松一点,避免滚道上某一接触点始终停留在 A 处,平稳 取松一点,变化 取紧一点,取松一点,6.轴承的装拆,定位轴肩高度应低于内圈高度,外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔,7.轴承的润滑与密封,(1)轴承的润滑,减摩、降温,润滑脂,润滑油,重载、低速,定期添加,高速、精密件,手工定期加油、飞溅、油泵,(2)轴承的密封,接触式,非接触式,毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫密封,防油流出、防尘进入,间隙密封,迷宫密封,密
7、封圈密封,毡圈密封,四、滚动轴承的受力分析及计算准则,1.受力分析,(1)载荷分布,上半周滚动体不受载,下半周滚动体承载也不相同,滚动体个数,(2)应力分布,滚动体上某点 a 的接触应力,内圈上某点 b 的接触应力,外圈上某点 c 的接触应力,(以深沟球轴承 为例),2.失效形式及计算准则,控制动载荷,控制静载荷,控制动载荷,控制静载荷,疲劳寿命计算,静强度校核,五、滚动轴承的疲劳寿命计算,1.基本额定寿命,单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命,基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生 疲劳点蚀时所达到的寿命,对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%,2.轴承的寿
8、命计算式,(1)载荷-寿命曲线,对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线,(2)基本额定动载荷,基本额定动载荷 C,径向,轴向,向心轴承 纯径向载荷,推力轴承 纯轴向载荷,同类轴承：,(3)寿命计算式,外载为 P 时轴承的寿命,以小时表示,考虑到温度变化，引入温度系数,滚子轴承,球轴承,校核轴承寿命,已知,轴承型号(即C),外载,？,？,选择轴承型号(即C),已知,外载,预期寿命,3.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,纯载荷,当量动载荷,假想载荷,在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同,考虑实际工况，引入载荷系数,径向载荷系数 X 和轴向载荷系数 Y 的确定,基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分,作用于滚动体的法向反力,径向分力,轴向分力,由于存在接触角,(1)派生轴向力,派生轴向力,承受径向载荷,对轴承 1：,(2)轴向载荷的计算,左端轴肩,内圈,外圈,端盖,箱体,右端轴肩,轴承 2 的内圈,外圈,端盖,箱体,两者取较大值,对轴承 2：,两者取较大值,轴承寿命计算步骤,派生轴向力,轴向载荷,当量动载荷,校核,选择,计算,计算,六、滚动轴承的静强度和极限转速校核,1.静强度校核,2.极限转速校核,静强度安全系数,当量静载荷,最大工作转速,载荷系数,载荷分布系数,轴承的极限转速,
