機(jī)械設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承教學(xué)課件PPT.ppt

第16章滾動(dòng)軸承 16 1滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn) 16 2滾動(dòng)軸承的代號(hào) 16 3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算 16 4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封 16 5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) 16 1滾動(dòng)軸承的基本類型和特點(diǎn) 各零件的作用 外圈 支撐零件或軸系 保持架 將滾動(dòng)體分開 內(nèi)圈 支撐軸 滾動(dòng)體 滑動(dòng) 滾動(dòng) 硬度和接觸疲勞強(qiáng)度 耐磨性和沖擊韌性 用含鉻合金鋼制造 經(jīng)熱處理后硬度達(dá) 61 65hrc 工作表面需經(jīng)磨削或拋光 保持架 低碳鋼 高速軸承 有色金屬或塑料 滾動(dòng)軸承的組成 外圈 內(nèi)圈 滾動(dòng)體 保持架 內(nèi)外圈上有滾道 當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí) 滾動(dòng)體將沿著滾道滾動(dòng) 裝在機(jī)座或零件軸孔內(nèi) 滾動(dòng)副的材料要求 沖壓制成 設(shè)計(jì) 潘存云 滾動(dòng)軸承的裝配 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 優(yōu)點(diǎn) 摩擦阻力小 啟動(dòng)靈敏 效率高 潤(rùn)滑簡(jiǎn)便 和易于互換等 缺點(diǎn) 抗沖擊能力差 高速時(shí)出現(xiàn)噪音 滾動(dòng)軸承按其承受載荷的方向 接觸角 和滾動(dòng)體的形狀分類 接觸角 滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角 接觸角 軸向承載能力 0 它是滾動(dòng)軸承的一個(gè)重要參數(shù) 軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān) 并由專業(yè)廠大批量生產(chǎn) 軸承類型 按載荷方向分 按滾動(dòng)體形狀分 向心軸承 推力軸承 圓柱滾子 圓錐滾子 球面滾子 滾針 球軸承 滾子軸承 分類 設(shè)計(jì) 潘存云 調(diào)心滾子軸承20000c 低 0 5 2 比10000小 能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷 承載能力大 具有調(diào)性能 圓錐滾子軸承30000 中 2 能同時(shí)承受較大的徑向 軸向聯(lián)合載荷 因線性接觸 承載能力大 內(nèi)外圈可分離 裝拆方便 稱對(duì)使用 推力球軸承50000 低 不允許 只能承受軸向載荷 且作用線必需與軸線重合 分為單 雙向兩種 高速時(shí) 因滾動(dòng)體離心力大 球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重 壽命較低 可用于軸向載荷大 轉(zhuǎn)速不高之處 a 單向 推力球軸承50000 低 不允許 只能承受軸向載荷 且作用線必需與軸線重合 分為單 雙向兩種 高速時(shí) 因滾動(dòng)體離心力大 球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重 壽命較低 可用于軸向載荷大 轉(zhuǎn)速不高之處 深溝球軸承60000 高 8 16 能同時(shí)承受較大的徑向 軸向聯(lián)合載荷 因線性接觸 承載能力大 內(nèi)外圈可分離 裝拆方便 稱對(duì)使用 角接觸球軸承70000c 15 70000ac 25 70000b 40 較高 2 10 能同時(shí)承受較大的徑向 軸向聯(lián)合載荷 大 承載能力越大 有三種規(guī)格 稱對(duì)使用 1 承載能力 承受徑向載荷為主 幾點(diǎn)說(shuō)明 由于結(jié)構(gòu)不同 各類軸承的使用性能也不相同 現(xiàn)說(shuō)明如下 滾子軸承 1 5 3 球軸承在同樣的外形尺寸下 2 極限轉(zhuǎn)速 當(dāng)d 20mm時(shí) 兩者承載能力接近 宜采用球軸承 因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷 0 45 45 90 承受軸向載荷為主 0 90 滾動(dòng)體為滾子 則只能承受徑向載荷 若滾動(dòng)體為球 可承受一定的軸向載荷 只能承受軸向載荷 轉(zhuǎn)速過(guò)高 溫度 潤(rùn)滑失效 滾動(dòng)體回火或膠合破壞 極限轉(zhuǎn)速 滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤(rùn)滑條件下 允許的最高轉(zhuǎn)速 設(shè)計(jì) 潘存云 3 角偏差 影響軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn) 角偏差 可采用調(diào)心軸承 滾針軸承對(duì)軸線傾斜最敏感 應(yīng)緊可能避免在軸線有傾斜的情況下使用 軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會(huì)引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對(duì)傾斜 其傾斜角稱為角偏差 滾動(dòng)軸承的類型很多 而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu) 尺寸 公差等級(jí) 技術(shù)要求等 為便于組織生產(chǎn)和選用 規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào) 16 2滾動(dòng)軸承的代號(hào) 寬 高 度系列代號(hào) 直徑系列代號(hào) 類型代號(hào) 尺寸系列代號(hào) 2 基本代號(hào) 表示軸承的基本類型 結(jié)構(gòu)和尺寸 類型代號(hào) 左起第一位 為0 雙列角接觸球軸承 則省略 是軸承代號(hào)的基礎(chǔ) 有三項(xiàng) 成套軸承分部件代號(hào) 1 前置代號(hào) 成套軸承分部件代號(hào) 推力球軸承50000 滾針軸承a na0000b rna0000 省略寬度代號(hào)為0內(nèi)徑相同 而直徑系列代號(hào)不同的四種軸承的比較 尺寸系列代號(hào) 左起第二 三位 特輕輕中重 內(nèi)徑代號(hào) 基本代號(hào)左起第四 五位 3 后置代號(hào) 用字母 或加數(shù)字 表示 注 公差等級(jí)中0級(jí)最低 向右依次增高 2級(jí)最高 實(shí)例 說(shuō)明滾動(dòng)軸承62203和7312ac p6的含義 62203 7 0 312ac p6 設(shè)計(jì) 潘存云 16 3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算 二 失效形式 疲勞破壞 永久變形 工作過(guò)程中 滾動(dòng)體相對(duì)內(nèi)外圈不斷轉(zhuǎn)動(dòng) 因此滾動(dòng)體和滾道接觸表面受脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕 當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)時(shí) 不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞 但很大的靜載荷或沖擊載荷作用下 會(huì)使?jié)L道和滾動(dòng)體產(chǎn)生永久變形 從而使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和噪音而失效 早期磨損 膠合 內(nèi)外圈和保持架破裂 維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)而造成 一 滾動(dòng)體的受力分析 受純徑向載荷fr時(shí) 上半圈滾動(dòng)體不受力 下半圈各滾動(dòng)體受力大小方向均不同 可以導(dǎo)出 所有水平分力相互抵銷 鉛垂分力與外載荷平衡 受純軸向載荷時(shí) 各滾動(dòng)體受力相同 z為滾動(dòng)體的總數(shù) 對(duì)一組同一型號(hào)的軸承 由于材料 熱處理和工藝等很多隨機(jī)因素的影響 即使在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn) 壽命也不一樣 有的甚至相差幾十倍 因此 對(duì)一個(gè)具體的軸承 很難預(yù)知其確切的壽命 實(shí)驗(yàn)表明 壽命與可靠性有關(guān) 如圖 三 軸承壽命 定義 軸承在一定轉(zhuǎn)速下 其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴(kuò)展跡象之前的工作小時(shí)數(shù)稱為 可靠度 一組相同軸承能達(dá)到或超過(guò)規(guī)定壽命的百分比 基本額定壽命 一組同一型號(hào)軸承 在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下 其可靠度r為90 時(shí) 能達(dá)到或超過(guò)的壽命l lh 在到達(dá)額定壽命時(shí) 有90 的軸承沒(méi)壞 只損壞了10 對(duì)于單個(gè)軸承而言 其損壞的可能性只有90 單位為百萬(wàn)轉(zhuǎn)106r 或小時(shí) 換句話說(shuō) 基本額定動(dòng)載荷 當(dāng)一套軸承運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí) 軸承所能承受的載荷c 向心軸承記為 cr 可查表 推力軸承記為 ca 壽命為1百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí) 可靠度為90 壽命為5百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí) 可靠度只有50 軸承壽命 大量試驗(yàn)得如下關(guān)系 壽命指數(shù) 球軸承 滾子軸承 用小時(shí)表示 p 當(dāng)量動(dòng)載荷 當(dāng)t 100 時(shí) c 引進(jìn)溫度系數(shù)ft進(jìn)行修正 一恒定徑向 或軸向 載荷 在該載荷作用下 滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用下的壽命 修正結(jié)果 工作中沖擊振動(dòng) c 引進(jìn)載荷系數(shù)fp進(jìn)行修正 短時(shí)間或間斷使用 中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果4000 8000 間斷使用 中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重后果8000 12000 每天8h工作的機(jī)械12000 20000 每天24h連續(xù)工作的機(jī)械40000 60000 四 當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 滾動(dòng)軸承的基本動(dòng)載荷是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下確定的 對(duì)于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷 對(duì)于推力軸承是指承受中心軸向載荷 實(shí)際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷 則必須將實(shí)際載荷換算成與實(shí)驗(yàn)條件相同的載荷后 才能和基本額定動(dòng)載荷進(jìn)行比較 換算后的載荷是一種假定載荷 稱為當(dāng)量載荷 含義 當(dāng)量動(dòng)載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響 經(jīng)換算后的假想載荷 其效果與某一個(gè)基本額定動(dòng)載荷相當(dāng) 計(jì)算公式 p xfr yfa x 徑向動(dòng)載荷系數(shù) y 軸向動(dòng)載荷系數(shù) 向心軸承 p fr 推力軸承 p fa 查表16 12p260 設(shè)計(jì) 潘存云 五 角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算 受力分析 由于 的存在 即使在徑向載荷的作用下 其接觸力可分解為徑向和軸向兩個(gè)分量 fi f i f i 總軸向力f f i 為使內(nèi)部軸向力平衡 以免軸串動(dòng) 這種軸承應(yīng) 成對(duì)使用 對(duì)稱安裝 下面分兩個(gè)軸承面對(duì)面或背對(duì)背安裝兩種情況進(jìn)行詳細(xì)分析 內(nèi)部軸向力 f 的近似值可按如下近似公式計(jì)算 第i個(gè)滾動(dòng)體 設(shè)計(jì) 潘存云 1 若fa f 2 f 1 壓緊端 fa1 fa f 2 放松端 fa2 f 2 2 若fa f 2 f 1 放松端 fa1 f 1 壓緊端 fa2 f 1 fa 外圈窄邊相對(duì)安裝 正裝 結(jié)論 放松端軸承的軸向載荷 內(nèi)部軸向力 壓緊端軸承的軸向載荷 其余軸向力的代數(shù)和本身除外 軸承2 放松端 承受的軸向載荷 由于軸承1的右端已固定 軸不能向右移動(dòng) 軸承1被壓緊 由平衡條件得軸承1 壓緊端 承受的軸向載荷 則軸承2被壓緊 由平衡條件得 設(shè)計(jì) 潘存云 反裝時(shí)選左邊的軸承為1 右邊的軸承為2 1 若fa f 2 f 1則有 結(jié)論與正裝相同 壓緊端 fa1 fa f 2 放松端 fa2 f 2 2 若fa f 2 f 1 則有 放松端 fa1 f 1 壓緊端 fa2 f 1 fa 結(jié)論 放松端軸承的軸向載荷 內(nèi)部軸向力 壓緊端軸承的軸向載荷 其余軸向力的代數(shù)和本身除外 一 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑 潤(rùn)滑目的 減小摩擦 減輕磨損 吸振 降溫 降噪 16 4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封 密封目的 防止灰塵 水分進(jìn)入軸承 阻止?jié)櫥瑒┝魇?潤(rùn)滑脂 潤(rùn)滑油 固體潤(rùn)滑劑用于特殊場(chǎng)合 用速度因素dn值作為選擇潤(rùn)滑劑的條件 常用 高速 高溫 當(dāng)dn 1 5 2 105mm r min時(shí) 采用脂潤(rùn)滑 否則用油潤(rùn)滑 脂潤(rùn)滑優(yōu)點(diǎn) 不容易流失 便于密封和維護(hù) 充填一次 可運(yùn)轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間 油潤(rùn)滑優(yōu)點(diǎn) 摩擦阻力小 能散熱 可在高速 高溫環(huán)境下使用 dn間接反映了軸頸的圓周速度 二 滾動(dòng)承的密封 潤(rùn)滑油的選擇 潤(rùn)滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作溫度t來(lái)確定 滾動(dòng)承的密封方式的選擇與潤(rùn)滑的種類 工作環(huán)境 溫度 密封表面的圓周速度有關(guān) 分類 接觸式 非接觸式 組合式密封 毛氈圈密封 密封圈密封 間隙密封 迷宮式密封 毛氈迷宮式密封 例如 dn 100000 t 90 可用110號(hào)潤(rùn)滑油 適用場(chǎng)合 脂潤(rùn)滑 要求環(huán)境清潔 軸頸圓周軸速度v 4 5m s 工作溫度不超過(guò)90 矩形斷面的毛氈圈被安裝在梯形槽內(nèi) 它對(duì)軸產(chǎn)生一定的壓力而起到密封作用 適用場(chǎng)合 脂或油潤(rùn)滑 軸頸圓周軸速度v 4 5m s 工作溫度 40 100 防漏油 防灰塵 密封唇朝外 主要目的是防灰塵 雜質(zhì) 接觸式密封 錯(cuò)誤結(jié)構(gòu) 適用場(chǎng)合 脂潤(rùn)滑 要求環(huán)境干燥清潔 靠軸與端蓋之間的細(xì)小環(huán)形間隙密封 間隙愈小愈長(zhǎng) 效果愈好 間隙取0 1 0 3mm 間隙封圈 0 1 0 3mm 非接觸式密封 適用場(chǎng)合 脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑 工作溫度不高于密封用脂的滴點(diǎn) 密封效果可靠 圖b為軸向曲路 因考慮到軸受熱后會(huì)變長(zhǎng) 間隙取 1 5 2mm 迷宮式封圈 0 1 0 2mm 1 5 2mm 將旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的間隙做成迷宮形式 并在間隙中充填潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂以加強(qiáng)密封效果 分為徑向和軸向兩種結(jié)構(gòu) 適用場(chǎng)合 適用于脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑 密封效果可靠 也可以把多種密封形式組合在一起 這是組合密封的一種型式 毛氈加迷宮 可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn) 提高密封效果 組合密封的方式很多 不一一列舉 組合式密封 16 5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) 一 軸承類型的選擇 1 無(wú)軸向載荷時(shí) 宜用深溝球軸承 如直齒輪軸 16 5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) 一 軸承類型的選擇 1 無(wú)軸向載荷時(shí) 宜用深溝球軸承 如直齒輪軸 2 徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí) 宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承 如斜齒輪軸 16 5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) 一 軸承類型的選擇 1 無(wú)軸向載荷時(shí) 宜用深溝球軸承 如直齒輪軸 2 徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí) 宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承 如斜齒輪軸 16 5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) 一 軸承類型的選擇 1 無(wú)軸向載荷時(shí) 宜用深溝球軸承 如直齒輪軸 2 徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí) 宜用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承 如斜齒輪軸 3 純軸向載荷作用時(shí) 必須采用推力軸承 二 軸承的固定 固定方式 為了保證軸承在機(jī)器中正常工作 除合理選擇軸承類型 尺寸外 還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì) 處理軸承與其周圍零件的之間的關(guān)系 也就是要解決軸承的軸向位置固定 軸承與其它零件的配合 間隙調(diào)整 裝拆和潤(rùn)滑密封等一系列問(wèn)題 兩端固定 一端固定 一端游動(dòng) 兩端固定支承 兩端固定支承 2 一端固定 一端游動(dòng) 固定支承 游動(dòng)支承 一個(gè)支點(diǎn)雙向固定以承受軸向力 另一端游動(dòng) 適用于溫度變化較大的長(zhǎng)軸 選用深溝球軸承時(shí) 外圈與端蓋間應(yīng)留有間隙 二 軸承組合的調(diào)整 加減墊片的厚度 1 軸承間隙的調(diào)整 螺釘調(diào)整 方法 螺釘調(diào)整 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 2 軸承的預(yù)緊 對(duì)于某些可調(diào)游隙的軸承 在安裝時(shí)給與一定的軸向壓緊力 使得內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)而消除游隙 并在套圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形 借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度 這種方法稱為軸承的預(yù)緊 方法 加金屬墊片 磨窄套圈 3 軸承組合位置的調(diào)整 對(duì)于某些可調(diào)游隙的軸承 在安裝時(shí)給與一定的軸向壓緊力 使得內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)而消除游隙 并在套圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形 借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度 這種方法稱為軸承的預(yù)緊 目的 使軸上的零件具有準(zhǔn)確的工作位置 如齒輪 帶輪等 例如 圓錐齒輪傳動(dòng) 要求兩個(gè)節(jié)錐頂點(diǎn)相重合 對(duì)于蝸桿傳動(dòng) 要求蝸輪中間平面通過(guò)蝸桿的軸線 才能保證正確嚙合 方法 套杯 調(diào)整墊片 設(shè)計(jì) 潘存云 軸承組合位置調(diào)整的方法 套杯 調(diào)整墊片 設(shè)計(jì) 潘存云 四 軸承