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第十二章 滾動軸承,§12-1 滾動軸承的構(gòu)造和類型,§12-2 滾動軸承的代號,§12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,§12-4 滾動軸承的壽命計(jì)算,§12-5 滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算,§12-6 滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速,§12-7 滾動軸承的組合設(shè)計(jì),§12-8 滾動軸承的潤滑與密封,主講：胡昌軍,§12-1 滾動軸承的構(gòu)造和類型,滑動軸承概述1,軸承的作用： 用來支承軸。,按摩擦性質(zhì)的不同分為：,滑動軸承,滾動軸承：,,§12-1 滾動軸承的構(gòu)造和類型,一、滾動軸承的構(gòu)造和材料,滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，主要掌握,裝在軸上。,裝在軸承座孔中。,在兩套圈之間滾動并傳遞載荷。,將滾動體均勻隔開。,滾動軸承的特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件，選用方便。,實(shí)際中應(yīng)用非常廣泛。,1. 構(gòu)造,(各類滾動體),滾動軸承的構(gòu)造和類型,2. 材料,內(nèi)、外套圈和滾動體：,用滾動軸承鋼（GCr15、GCr15SiMn等）制造。淬火后表面硬度可達(dá)58～66HRC。,保持架：,用比較軟的低碳鋼、銅合金、鋁或塑料制造。,,二、滾動軸承的類型,運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，但承載能力低。,承載能力高，運(yùn)轉(zhuǎn)不如球軸承靈活。,調(diào)心軸承：,允許內(nèi)外圈偏轉(zhuǎn)角較大的軸承。,可分離型軸承：具有可分離部件的軸承。,構(gòu)造和類型1,構(gòu)造和類型2,－接觸角,◆ 按可承受的載荷方向不同，滾動軸承分為三類：,能同時(shí)承受徑向力和較大的軸向力,主要用來承受軸向力,主要用來承受徑向力,徑向接觸軸承,向心角接觸軸承,軸向接觸軸承,接觸角α：滾動體的載荷方向線與軸承徑向平面之間的夾角。,α↑，承受軸向力的能力↑。,滾動軸承的構(gòu)造和類型,滾動軸承的構(gòu)造和類型,1. 徑向接觸軸承,主要有：深溝球軸承（6） 、調(diào)心球軸承（1） 、調(diào)心滾子軸承（2） 、圓柱滾子軸承（N、NU）和滾針軸承（NA)等。,各類軸承的性能、特點(diǎn)見表12－1。,深溝球軸承（6）,圓柱滾子軸承（N、NU）,調(diào)心球軸承（1）,構(gòu)造和類型3,構(gòu)造和類型4,推力球軸承（5）,角接觸球軸承（7）,圓錐滾子軸承（3）,更多的滾動軸承,虛擬現(xiàn)實(shí)中的滾動軸承,滾動軸承的構(gòu)造和類型,2. 向心角接觸軸承,主要有兩種：角接觸球軸承（7）和圓錐滾子軸承（3） 。,單個向心角接觸軸承只能承受一個方向的軸向力，限制軸一個方向的軸向移動。,通常，成對使用，反向安裝。,2. 軸向接觸軸承,常用的有：推力球軸承（5）和推力圓柱滾子軸承（8）。,構(gòu)造和類型5,三、滾動軸承類型的選擇,選擇軸承類型時(shí)主要考慮以下問題：,1）載荷方向；,當(dāng)FA很大時(shí)，選 6（N）＋5（8）組合使用。,當(dāng)FA較小時(shí)，可選 6類。,滾動軸承的構(gòu)造和類型,§12-2 滾動軸承的代號,§12-2 滾動軸承的代號,滾動軸承代號構(gòu)成：,一、基本代號,用代號表示軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等內(nèi)容，并打印在軸承上。,2）內(nèi)徑代號：,（見表12－4）,1）類型代號： 見表12－1。常用 6、7、3、5、N等類型，,代號2,1）公差等級代號：,分為 /P0 、/P6 (/P6x) 、 /P5 、/P4 、 /P2 共五級。,游隙分為： /C1 、/C2、 0 、/C3 、/C4 、/C5 共六個組別。,滾動軸承的代號,3）尺寸系列代號,直徑系列代號：特輕(0、1)、輕(2)、中(3)、重(4)。,寬度系列為正常寬度時(shí)，代號為“0”，省略不標(biāo)。,尺寸系列：指內(nèi)徑相同時(shí)，軸承有不同的外徑 （稱為直徑系列）和不同的寬度（稱為寬度系列）。,,二、后置代號,（見表12－3）,2）游隙代號：,游隙：指一個套圈相對于另一個套圈，沿徑向或沿軸向，從一個極限位置到另一個極限位置的移動量。,（見表12－6）,代號3,3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：,（見表12－5）,4）配置代號：,滾動軸承的代號,滾動軸承的代號,6308：,深溝球軸承，3─中系列，內(nèi)徑d=40mm， 公差為0級，游隙為0組；,N105/P53：,圓柱滾子軸承，1─特輕系列，內(nèi)徑d=20mm，公差為5級，游隙為3組；,7214AC/P4：,7─角接觸球軸承，2─輕系列，內(nèi)徑d=70mm，公差為4級，游隙為0組，公稱接觸角α=15°；,30213：,圓錐滾子軸承，2─輕系列，內(nèi)徑d=65mm，公差為0級，游隙為0組；,注：遇到看不懂的代號時(shí)，查閱GB/T272-93。,例：,代號4,§12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,§12-3 滾動軸承的載荷分布、失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,滾動軸承工作時(shí)，在 FR 作用下通常只有半圈滾動體受載。,工作時(shí)，軸承中各個元件所受載荷及應(yīng)力是變化的。,詳細(xì)分析,球軸承：,滾子軸承：,滾動體所受最大載荷為：,,一、滾動軸承的載荷分布,二、滾動軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,主要失效形式有：,1）疲勞點(diǎn)蝕： 是最常見的失效形式。,滾動體和套圈滾道承受循環(huán)接觸應(yīng)力。,點(diǎn)蝕使軸承產(chǎn)生振動和噪音而失效。,失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,2）塑性變形：,對于轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動的軸承，會因過大的載荷或沖擊載荷，使?jié)L動體或內(nèi)、外圈滾道產(chǎn)生塑性變形，形成不均勻的凹坑。,3）磨粒磨損、粘著磨損（膠合）,多塵條件下工作的軸承，易產(chǎn) 生磨粒磨損。,潤滑不良的高速軸承，易產(chǎn)生粘 著磨損（膠合） 。,更多的失效,磨損,膠合,,計(jì)算準(zhǔn)則：,1）轉(zhuǎn)速較高的軸承，主要失效形式為“點(diǎn)蝕”，需進(jìn)行壽命計(jì)算。,2）轉(zhuǎn)速很低或擺動的軸承，主要失效形式為塑性變形，需計(jì)算靜強(qiáng)度。,3）高轉(zhuǎn)速軸承，主要失效形式為粘著磨損，需校核極限轉(zhuǎn)速。,滾動軸承的載荷分布、失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,§12-4 滾動軸承的壽命計(jì)算,一、基本概念,1）滾動軸承的壽命：是指軸承中的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，兩套圈的相對總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。,軸承壽命的離散性是相當(dāng)大的（見右圖）。,2）基本額定壽命：指一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中恰有90％的軸承尚未產(chǎn)生點(diǎn)蝕時(shí)的壽命，用 L10 或 Lh10表示。,3）基本額定動載荷： 指L10恰為 106 轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的最大載荷，用 C 表示。,軸承的壽命/（106r）,L10 的可靠度 R＝90％。,徑向接觸軸承的 C 是徑向載荷，用 Cr表示。,向心角接觸軸承的 C 是所受載荷的徑向分量，也用 Cr 表示。,軸向接觸軸承的 C 是中心軸向載荷，用 Ca表示。,,§12-4 滾動軸承的壽命計(jì)算,滾動軸承的壽命計(jì)算2,,二、軸承壽命計(jì)算,（12－4）,常以設(shè)備的中修期或大修期作為軸承的設(shè)計(jì)壽命。,各類機(jī)器中軸承的預(yù)期壽命參見表12－9,滾動軸承的壽命計(jì)算,fT－溫度系數(shù)，用于計(jì)入溫度對C值的影響，查表12－7；,fP－載荷性質(zhì)系數(shù)，用于計(jì)入沖擊、振動對載荷的影響，表12－8。,所選軸承的基本額定動載荷應(yīng)不小于下式計(jì)算的C值。,（12－5）,滾動軸承的壽命計(jì)算3,式中：FR 、FA — 分別為軸承承受的徑向載荷和軸向載荷；,X 、Y — 分別為軸承的徑向載荷系數(shù)與軸向載荷系數(shù) (查表12－10）,四、向心角接觸軸承的軸向載荷計(jì)算,,,o,1. 載荷計(jì)算中心,滾動體的載荷方向線與軸線的交點(diǎn) o 即為軸承的載荷計(jì)算中心（支反力的作用點(diǎn)）。,距離 a 可查軸承手冊。,2. 內(nèi)部軸向力,在徑向力FR作用下，產(chǎn)生內(nèi)部軸向力 Fs。,滾動軸承的壽命計(jì)算,三、當(dāng)量動載荷,是由軸承實(shí)際所受載荷轉(zhuǎn)換得到的與基本額定動載荷 C 的確定條件及性質(zhì)相同的假想載荷，用 FP 表示。,滾動軸承的壽命計(jì)算4,內(nèi)部軸向力 Fs與徑向力 FR 成正比。,見表（12－11）。,Fs的方向：沿軸線由軸承外圈的寬邊→窄邊。,3. 軸向載荷計(jì)算,正裝,反裝,滾動軸承的壽命計(jì)算,滾動軸承的壽命計(jì)算5,,,,,,,,,,,,,,,正裝,詳細(xì)分析,由成對使用，反向安裝的兩個向心角接觸軸承支撐的軸，共受三個軸向力：Fs1、Fs2 和外部軸向力 Fx 。,已知三個軸向力的大小和方向時(shí)，可按下列方法計(jì)算軸承的軸向載荷 FA。,,1,2,滾動軸承的壽命計(jì)算,1）根據(jù)三個軸向力的合力方向，判斷軸承的 “放松”、“壓緊”狀態(tài) ；,2）被“放松”軸承的 FA 等與自身的內(nèi)部軸向力；,3）被“壓緊”軸承的 FA 等與除自身內(nèi)部軸向力以外，其余各軸向力的代數(shù)和。,當(dāng)Fs2＋Fx＜Fs1時(shí)，軸承 2 被“壓緊” ，軸承 1 被“放松” 。,則,例如：,FA1＝Fs1,FA2＝Fs1－Fx,滾動軸承的壽命計(jì)算6,,向心推力軸承的軸向載荷FA也可按下述方法計(jì)算：,滾動軸承的壽命計(jì)算,2）比較自身的內(nèi)部軸向力與該合力的大小，較大者為該軸承的軸向載荷。,1）按代數(shù)值計(jì)算另一軸承的內(nèi)部軸向力與外部軸向力Fx的合力；,就某一個軸承而言：,（Fx 與Fs2同向取“+”；反向取“－”）,（Fx 與Fs1同向取“+”；反向取“－”）,即：,當(dāng)Fs2＋Fx＞Fs1時(shí)，,FA1＝Fs2＋Fx,FA1＝Fs1,當(dāng)Fs2＋Fx＜Fs1時(shí)，,,當(dāng)Fs1－Fx＞Fs2時(shí)，,FA2＝Fs1－Fx,FA2＝Fs2,當(dāng)Fs1－Fx＜Fs2時(shí)，,,對軸承1：,對軸承2：,例如：,滾動軸承的壽命計(jì)算7,五、同一支點(diǎn)成對安裝同型號向心角接觸軸承的計(jì)算,此種情況按雙列軸承計(jì)算，雙列軸承的基本額定動載荷 CΣ 和基本額定靜載荷 C0Σ 為根據(jù)單個軸承的 C 和 C0 計(jì)算：,角接觸球軸承：,圓錐滾子軸承：,,,滾動軸承的壽命計(jì)算,六、不穩(wěn)定載荷下的軸承壽命計(jì)算,將不穩(wěn)定的載荷和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)化成平均當(dāng)量動載荷和平均轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行計(jì)算。公式見P280。,系數(shù) X、Y－按雙列軸承選取。,滾動軸承的壽命計(jì)算8,七、不同可靠度的軸承壽命,基本額定壽命Lh10的可靠度為90%。但是，重要機(jī)器中的軸承，往往對可靠度有更高的要求。,某個可靠度下的壽命：,式中：γ－可靠性系數(shù)，見表12－12。,可靠性系數(shù)γ (GB/T6391-1995),滾動軸承的壽命計(jì)算,§12-5 滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算,§12-5 滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算,對于轉(zhuǎn)速很低或緩慢擺動的軸承，為防止塑性變形失效，需計(jì)算軸承的靜強(qiáng)度。,當(dāng)量靜載荷 FP0,FP0 = X0FR+Y0FA,式中：X0、Y0－為靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷系數(shù)，查表12－13。,,基本額定靜載荷 C0－使軸承中受載最大滾動體的接觸應(yīng)力達(dá)到下列規(guī) 定值的載荷（球軸承：4200MPa；調(diào)心軸承：4600MPa； 滾子軸承：4000MPa）。,徑向接觸軸承的 C0 是徑向載荷。,向心角接觸軸承的 C0 是所受載荷的徑向分量。,軸向接觸軸承的 C0 是中心軸向載荷。,,注：如計(jì)算的 FP0＜FR，取FP0＝FR。,靜強(qiáng)度條件為：,式中：S0－靜強(qiáng)度安全系數(shù)，查表12－14。,FP0 ≤,§12-6 滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速,§12-6 滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速,極限轉(zhuǎn)速：在一定載荷和潤滑條件下，軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速。,軸承樣本和手冊中，列出了特定條件下的極限轉(zhuǎn)速 nlim。,實(shí)際工作條件下的極限轉(zhuǎn)速： nmax ＝ f1 f2 nlim,式中：f1－載荷系數(shù)，用于考慮載荷大小對極限轉(zhuǎn)速的影響，見圖12－14。,f2－載荷分布系數(shù)，用于考慮軸承中載荷分布情況對極限轉(zhuǎn)速的影 響，見圖12－15。,滾動軸承尺寸的選擇,滾動軸承尺寸的選擇,滾動軸承尺寸選擇的過程,確定軸承所承受的FR與FA,計(jì)算軸承應(yīng)滿足的基本額定動載荷,,§12-7 滾動軸承的組合設(shè)計(jì),軸承的組合設(shè)計(jì)實(shí)際上就是如何在機(jī)器中合理的使用軸承。組合設(shè)計(jì)中主要應(yīng)考慮以下幾個方面的問題：,一、滾動軸承軸系的固定,通過軸承與軸和軸承座之間的聯(lián)接固定，使軸系在機(jī)器中有確定的位置。,,§12-7 滾動軸承的組合設(shè)計(jì),要求：1）使軸上的載荷能可靠的傳到機(jī)架上去，防止軸沿軸向串動。,2）受熱膨脹時(shí)，軸能自由伸縮。,典型的軸系固定方法主要有三種：,1. 兩端固定支承,一端軸承的固定只限制軸沿一個方向的串動，另一端軸承的固定限制另一方向的串動，兩端軸承的固定共同限制軸的雙向串動。,(圖12-18),組合設(shè)計(jì)2,滾動軸承的組合設(shè)計(jì),對于深溝球軸承，應(yīng)留熱補(bǔ)償間隙 Δ＝0.25～0.4mm,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整容易，適用于溫度變化不大的短軸。,2. 一端固定一端游動支承,(圖12-19),一端軸承的固定即限制軸的雙向串動；另一端軸承不固定，為游動支承。,特點(diǎn)：軸的位置準(zhǔn)確，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適用于溫度變化大的長軸。,滾動軸承的組合設(shè)計(jì),組合設(shè)計(jì)3,組合設(shè)計(jì)4,,3. 兩端游動支承,(圖12-20),兩端軸承的固定均不限制軸的軸向串動，均為游動支承。,例如：人字齒圓柱齒輪傳動中的小齒輪軸必須采用兩端游動支承。但 大齒輪的軸向位置必須固定。,二、滾動軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整,1. 軸系軸向位置的調(diào)整,目的：使軸上零件有準(zhǔn)確的位置。,例如：蝸輪的中間平面應(yīng)通過蝸桿軸線；兩個錐齒輪的錐頂要重合。,(圖12-21),滾動軸承的組合設(shè)計(jì),2. 軸承游隙的調(diào)整,(圖12－21、12－22),游隙大小直接影響軸的旋轉(zhuǎn)精度、軸承的載荷分布以及壽命等。,圓錐滾子軸承的游隙是在安裝時(shí)保證的。,組合設(shè)計(jì)5,徑向接觸軸承的游隙是在制造時(shí)保證的。,滾動軸承的組合設(shè)計(jì),組合設(shè)計(jì)6,三、滾動軸承的預(yù)緊,更多說明,預(yù)緊：用某種方法使軸承中產(chǎn)生并保持一定的軸向力，以消除軸承的游隙。,目的：提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，提高軸承裝置的剛度、減小軸的振動。,方法：,(圖12-23),1）磨窄內(nèi)圈或外圈，安裝時(shí)在磨窄的套圈外側(cè)施加軸向力。,2）采用襯墊。,(圖12-24),3）內(nèi)、外圈加長度不同的間隔套或用墊片預(yù)緊。,(圖12-25),4）加彈簧。,(圖12-26),滾動軸承的組合設(shè)計(jì),四、滾動軸承的配合,滾動軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。,內(nèi)圈孔與軸的配合為基孔制，外圈與軸承座孔的配合為基軸制。,詳細(xì)說明,轉(zhuǎn)動套圈的配合應(yīng)緊一些，不動套圈的配合應(yīng)松一些。,轉(zhuǎn)速高、載荷大、振動強(qiáng)烈時(shí)，配合應(yīng)緊；游動套圈配合應(yīng)松。,五、滾動軸承的安裝與拆卸,裝拆滾動軸承時(shí)，不能通過滾動體來傳力，以免造成滾道或滾動體的損傷。由于軸承的配合較緊，裝拆時(shí)以使用專門的工具為宜。,更多圖片,配合過盈量小的中、小型軸承可用手錘打入或壓力機(jī)壓入；,(圖12-27),(圖12-28),滾動軸承的組合設(shè)計(jì),組合設(shè)計(jì)7,組合設(shè)計(jì)8,錯誤的施力,正確的施力,配合過盈量大的軸承常用溫差法裝配。,滾動軸承的組合設(shè)計(jì),滾動軸承的安裝尺寸與拆卸,拆卸槽,§12-8 滾動軸承的潤滑與密封,一、滾動軸承的潤滑,1．潤滑的主要作用,降低摩擦，減少磨損；,油潤滑可以到起散熱、冷卻作用；,滾動體與滾道之間形成的油膜，可以起緩沖、吸振作用；,軸承零件表面覆蓋一層潤滑劑，可以起防銹作用。,通常根據(jù) dn 值選擇潤滑方式，各類潤滑方式的dn值見表12－15。,2．潤滑方式的選擇,§12-8 滾動軸承的潤滑與密封,查圖12－31 確定所需潤滑油的運(yùn)動粘度。,潤滑與密封2,二、滾動軸承的密封,作用：1）阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承；,密封方法：,2）防止?jié)櫥瑒┝魇А?1）接觸式密封,2）非接觸式密封,有：氈圈式密封、密封圈式密封,有：間隙密封、迷宮式密封、封油盤密封,3）組合密封：,滾動軸承的潤滑與密封,將各種密封方法組合使用。,－－防塵,－－防漏,密封圈式密封,間隙密封,迷宮式密封,封油盤密封,滾動軸承的潤滑與密封,潤滑與密封3,軸承裝置的設(shè)計(jì),軸承裝置的設(shè)計(jì),對于一根軸上兩個支承的座孔，必須盡可能地保持同心。最好的辦法是采 用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把兩軸承孔一次鏜出；,正確選擇軸承的配合，保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止內(nèi)圈與軸、外圈與外殼孔 在工作時(shí)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；,在安裝軸承的過程中，應(yīng)確保實(shí)施安裝軸承的力不作用的滾動體上，否則 將使軸承損壞；,在進(jìn)行滾動軸承的安裝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下問題：,,類型代號表,滾動軸承主要類型代號表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,類型選擇1,滾動軸承的類型選擇,選擇軸承的類型和直徑系列,,滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件，同學(xué)們應(yīng)能在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)使用的要求 較合理地選擇滾動軸承的類型與規(guī)格。,一、滾動軸承選擇的一般過程如下：,