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17.1 概述17.2 滚动轴承的代号17.3 滚动轴承的工作情况分析17.4 滚动轴承类型的选择17.5 滚动轴承尺寸的选择17.6 滚动轴承的组合设计17.7 滚动轴承的设计计算与实例分析,第17章 滚动轴承,17.1 概述,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的,也可以是静止的。,1能承担一定的载荷,具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩,使回转件转动灵活。,3具有一定的支承精度,保证被支承零件的回转精度。,根据轴承中摩擦的性质,可分为滑动轴承和滚动轴承。,轴承应满足如下基本要求:,轴承的分类,根据能承受载荷的方向,可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承)。,17.1 概述,常见的滚动体有六种形状,一种是球形,五种是滚子。,17.1 概述,滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的 耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造,常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等,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。,17.1 概述,二、滚动轴承的类型及特点,1.按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同,可分为向心轴承和推力轴承。,向心轴承,径向接触轴承:公称接触角=0,主要承受径向载荷,有些可承受 较小的轴向载荷。,向心角接触轴承:公称接触角=045,同时承受径向载荷和 轴向载荷。,推力轴承,推力角接触轴承:公称接触角=4590,主要承受轴向载荷, 可承受较小的轴向载荷。,轴向接触轴承:公称接触角=90,只能承受轴向载荷。,17.1 概述,17.1 概述,2.按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承,在外廓尺寸相同的条件下,滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好,但球轴承摩擦小、高速性能好。,球轴承,滚子轴承,17.1 概述,3.按滚动体的列数可分为单列、双列及多列轴承,4.按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。,5.按安装轴承时其内、外圈可否分别安装,分为可分离轴承和不可分离轴承。,6.按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承,其中2级精度最高, 0级为普通级。另外还只有用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。,7.按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.1 概述,17.2 滚动轴承的代号,一、滚动轴承代号构成:,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等,由GB/T272-93规定。,17.2 滚动轴承的代号,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。代号主要组成部分,后置代号表示轴承的精度与材料的特征。共8组,17.2 滚动轴承的代号,6308:,6深沟球轴承,3中系列,08 内径d=40mm, 公差等级为0级, 游隙组为0组。,N105/P5:,N圆柱滚子轴承,1特轻系列,05内径d=25mm, 公差等级为5级,游隙组为0组。,7214AC/P4:,7角接触球轴承,2轻系列,14内径d=70mm, 公差等级为4级,游隙组为0组,公称接触角=25。,30213:,3圆锥滚子轴承,2轻系列,13内径d=65mm,0正常宽度 (0不可省略),公差等级为0级,游隙组为0组。,6103:,6深沟球轴承,1特轻系列,03内径d=17mm, 公差等级为0级,游隙组为0组。,二、轴承代号示例,17.2 滚动轴承的代号,17.3 滚动轴承的工作情况分析,一、滚动轴承的受载分析,1、向心轴承的径向载荷分布 滚动轴承工作时,并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的轴向力的大小有关。实际应用中,一般以控制半圈滚动体受载为宜。,2、向心角接触轴承的载荷分布 (1)内部轴向力Fs 方向:指向外圈窄边 大小:见下表17.7(2)载荷作用中心 沿接触点的法向 法向力与轴线的交点O。,17.3 滚动轴承的工作情况分析,表17.7 向心角接触轴承内部轴向力,轴承工作时,通常外圈固定,内圈随轴转动,滚动体滚动,内、外圈与滚动体的接触点不断发生变化,其表面接触应力随着位置的不同作脉动循环变化。滚动体在上面位置时不受载荷,滚到下面位置受载荷最大,两侧所受载荷逐渐减小。所以轴承元件受到脉动循环的接触应力作用。,17.3 滚动轴承的工作情况分析,二、轴承元件上的载荷及应力,17.3 滚动轴承的工作情况分析,三、滚动轴承的失效形式和计算准则,1.失效形式,滚动轴承的失效形式主要有三种:疲劳点蚀、塑性变形和磨损。,2.计算准则,17.3 滚动轴承的工作情况分析,对于一般转速的轴承,即10r/minnnlim,如果轴承的制造、保管、安装、使用等条件均良好时,轴承的主要失效形式为疲劳点蚀,因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。,对于高速轴承,除疲劳点蚀外,其工作表面的过热也是重要的失效形式,因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速。,对于低速轴承,即n1r/min,可近似地认为轴承各元件是在静盈利作用下工作的,其失效形式为塑性变形,应进行以下不发生塑性变形为准则的静强度计算。,17.4 滚动轴承类型的选择,一、影响轴承承载能力的参数,1.游隙,内、外滚道与滚动体之间的间隙称为游隙,即为当一个座圈固定时,另一座圈沿径向或轴向的最大移动量。,游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声、承载能力等。,17.4 滚动轴承类型的选择,2.极限转速,滚动轴承在一定的润滑条件下,允许的最高转速称为极限转速。转速过高会产生高温,润滑失效产生破坏。,3.偏位角,安装误差或轴的变形等都会引起指南称内外圈中心线法称相对倾斜, 其倾斜角d 称为偏位角。,4.接触角,由轴承结构类型所决定的接触角称为公称接触角。,1.载荷条件,方向:纯轴向载荷轴向接触轴承(推力轴承) 纯径向载荷径向接触轴承(向心轴承),径向+轴向载荷-角接触轴承,2.转速条件(nnlim),高速、要求旋转精度高,优先采用球轴承,低速可选滚子轴承 。,3.调心性能,长轴(刚度低)或多支点,要求轴承具有调心性调心轴承,大小:载荷大、有冲击滚子轴承;载荷小球轴承,二、 滚动轴承类型的选择,17.4 滚动轴承的类型的选择,内外圈可分离 圆锥滚子,圆柱滚子长轴上安装 内锥孔与紧定套轴承,6. 经济性 球轴承价格低,滚子轴承价格高。 在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。,5.装拆方便,4.空间限制径向尺寸受限,滚针轴承,滚针轴承,带内锥孔与紧定套轴承,圆锥滚子轴承,17.4 滚动轴承的类型的选择,滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前,轴承的转数或相应的运转小时数。显然,通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。,与一般结构件的疲劳寿命一样,滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的(见右图)。,1、基本额定寿命:具有90可靠度时轴承的寿命,用L10表示。,2、基本额定动载荷: 使轴承的基本额定寿命恰好为 106转时,轴承所能承受的载荷值,用字母C表示。 Ca轴向基本额定动载荷; Cr径向基本额定动载荷,轴承的寿命/(106r),一、滚动轴承的寿命计算,17.5 滚动轴承尺寸的选择,3、基本额定寿命计算式,引入温度系数fT,若已知预期寿命Lh可算出Cjs 轴承的预期寿命Lh参见表17.11,17.5 滚动轴承尺寸的选择,在进行轴承寿命计算时,应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷(用字母P表示)。,各类轴承的当量动载荷可按下式计算:,式中:Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 。,X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数。(参见表17.8,P),为了计及实际载荷波动的影响,可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。,17.5 滚动轴承尺寸的选择,4、滚动轴承的当量动载荷,二、向心角接触轴承的轴向载荷计算,1、确定内部轴向力的大小与方向。 2、根据合力方向,判断轴承的“放松端”和 “压紧端” 。,3、轴承轴向载荷的确定 (1) 放松端轴承的轴向载荷仅为其本身的内部轴向力; (2) 压紧端轴承的轴向载荷则为除去本身的内部轴向力外, 其余各轴向力之合力。,17.5 滚动轴承尺寸的选择,17.5 滚动轴承尺寸的选择,(1) 当FAFs2Fs1时,相当于轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”。,轴承1的轴向力为Fa1FAFs2 ;轴承2的轴向力为Fa2Fs2,(2) 当FAFs2Fs1时,相当于轴承1被“放松”,轴承2被“压紧”。,轴承1的轴向力为Fa1Fs1 ;轴承2的轴向力为Fa2Fs1FA,举例分析,四、滚动轴承的静强度计算,1.基本额定静载荷C0,调心轴承4600MPa所有其他型号的球轴承4200MPa滚子轴承4000MPa,2.当量静载荷P0,a0o的向心球轴承和向心滚子轴承为,a0o的向心滚子轴承为,a90o的推力轴承为,a90o的推力轴承为,.静强度计算,17.5 滚动轴承尺寸的选择,17.6 滚动轴承的组合设计,为了保证轴与轴上旋转零件正常运行,应解决轴承组合的结构问题,其中包括:轴承组合的轴向固定、轴承与相关零件的配合、轴承的调整与装拆、润滑与密封等一系列问题。,一、轴承的轴向固定,17.6 滚动轴承的组合设计,二、轴组件的轴向固定,在机器中,轴(和轴上零件)的位置是靠轴承来固定的,轴向移动应限制在一定限度之内,并且应考虑轴在工作中的热伸长能得到补偿。 轴组件的轴向固定主要有以下三种方式。,1.两端固定式 每个支点各限制轴的一个 单向移动。此种方式结构简单,适用于工作温度变化不大的短轴。,17.6 滚动轴承的组合设计,2.一端固定、一端游动式,一端支承的轴承,内、外圈双向固定,另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷,游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量,这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。,点击图像看大图,17.6 滚动轴承的组合设计,3.两端游动式,17.6 滚动轴承的组合设计,三、轴承组合的调整,1.轴承间隙的调整,17.6 滚动轴承的组合设计,17.6 滚动轴承的组合设计,17.6 滚动轴承的组合设计,2.轴系位置的调整,17.6 滚动轴承的组合设计,四、轴承组合支承部分的刚度和同轴度,轴承座孔壁应有足够的厚度,并用加强肋增强其刚性。,支撑结构中同一根轴上的轴承座孔尽可能同心。,角接触轴承安装方式不同时轴承组合的刚性也不同。,17.6 滚动轴承的组合设计,五、轴承的预紧,轴承的预紧就是在安装轴承时使其受到一定的轴向力,以消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生弹性预变形。,预紧的目的在于提高轴承的刚度和旋转精度。,17.6 滚动轴承的组合设计,六、滚动轴承的配合与装拆,1滚动轴承的配合,滚动轴承是标准件,轴承内圈与轴的配合采用基孔制,轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。,
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