機械設計基礎 12章滾動軸承

1、第十一章 滾動軸承重要基本概念1滾動體和內(nèi)、外圈所受的載荷和應力在滾動軸承正常工作時，滾動體和內(nèi)外圈滾道均受變載荷和變應力。其中，滾動體和轉(zhuǎn)動套圈承受周期性非穩(wěn)定脈動循環(huán)的變載荷（變接觸應力），固定套圈則承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)的變載荷（接觸應力）。2滾動軸承的失效形式滾動軸承的主要失效形式（又稱正常失效形式）是滾動體或內(nèi)外圈滾道上發(fā)生疲勞點蝕。當軸承轉(zhuǎn)速很低(n10r/min)或只慢慢擺動，且靜載荷很大時，其失效形式是滾動體或內(nèi)外圈滾道表面發(fā)生塑性變形。3滾動軸承的設計準則對于正常轉(zhuǎn)動工作的軸承，進行針對疲勞點蝕的壽命計算。對于轉(zhuǎn)速很低(n10r/min)或只慢慢擺動的軸承，進行靜強度計算。4滾動

2、軸承的基本額定壽命基本額定壽命：一批相同的軸承在相同的條件下運轉(zhuǎn)，當其中10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕破壞（90%的軸承沒有發(fā)生點蝕）時，軸承轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)L10（單位為106轉(zhuǎn)），或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時數(shù)L10h（單位為小時）。5滾動軸承的基本額定動載荷C是指軸承壽命L10恰好為1（106轉(zhuǎn)）時，軸承所能承受的載荷。表示軸承的承載能力。對于向心軸承：C 是純徑向載荷；對于推力軸承：C 是純軸向載荷；在使用中要注意 C 的3條含義：90%可靠度、基本額定壽命106 轉(zhuǎn)、C 的方向。精選例題與解析例11-1 一根裝有兩個斜齒輪的軸由一對代號為7210AC的滾動軸承支承。已知兩輪上的軸向力分別為Fa1

3、= 3000 N，F(xiàn)a2 = 5000 N，方向如圖。軸承所受徑向力R1= 8000 N，R2 = 12000 N。沖擊載荷系數(shù) fd = 1，其它參數(shù)見附表。求兩軸承的當量動載荷P1、P2。SA/ReA/Ree0.68RXYXY0.68100.410.87例11-1圖1 例11-1圖2解：1求內(nèi)部派生軸向力S1、S2的大小方向S1 = 0.68R1 = 0.68×8000 = 5440 NS2 = 0.68R2 = 0.68×12000 = 8160 N，方向如圖所示。2求外部軸向合力FAFA= Fa2Fa1 = 50003000 = 2000 N，方向與Fa2的方向相同

4、，如圖所示。3求軸承所受的軸向力A1、A2 S2 + FA = 8160 + 2000 = 10160 N，S2 + FAS1 = 5440 N，軸承1被壓緊。 A1= S2 + FA = 10160 N，A2 = S2 = 8160 N4軸承的當量動載荷P1、P2據(jù)：A1/ R1 = 10160/8000 = 1.27e = 0.68，得：X1 = 0.41，Y1 = 0.87 P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= 0.41×8000 + 0.87×10160 = 12119 N據(jù)：A2/ R2 = 8160/12000 = 0.68 = e，得：X2 = 1，

5、Y2 = 0 P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= 8000 N例11-3 某軸由一對代號為30212的圓錐滾子軸承支承，其基本額定動載荷C = 97.8 kN。軸承受徑向力R1= 6000N，R2 =16500N。軸的轉(zhuǎn)速 n =500 r/min，軸上有軸向力FA = 3000 N，方向如圖。軸承的其它參數(shù)見附表。沖擊載荷系數(shù) fd = 1。求軸承的基本額定壽命。SA/ReA/ReeXYXY0.40100.41.5 例11-3 圖1解：例11-3 圖21求內(nèi)部派生軸向力S1、S2的大小方向 N N方向如圖所示。2求軸承所受的軸向力A1、A2公式歸納法：NN， 3軸承的當量動載荷P

6、1、P2據(jù)：A1/ R1 = 2500/6000 = 0.417e = 0.40，得：X1 = 0.4，Y1 =1.5 P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= 0.4×6000 + 1.5×2500 = 6150 N據(jù)：A2/ R2 = 5500/16500 = 0.33 e，得：X2 = 1，Y2 = 0 P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= R2 = 16500 N P2P1，用 P2 計算軸承壽命。4計算軸承壽命12562 h例11-4 圖1例11-4 一傳動裝置的錐齒輪軸用一對代號為30212的圓錐滾子軸承支承，布置如圖。已知軸的轉(zhuǎn)速為1200r/

7、min，兩軸承所受的徑向載荷R1= 8500N，R2 =3400N。fd = 1，常溫下工作。軸承的預期壽命為15000小時。試求：1允許作用在軸上的最大軸向力 FA2滾動軸承所受的軸向載荷 A1、A2解：由軸承手冊查得30212C軸承：C = 97800 N，e = 0.4，X = 0.4，Y = 1.5例11-4 圖2 N N S1S2， S1+ FAS2，軸承2被壓緊。A1 = S1 = 2833 N ，A2= S1 + FA， e = 0.4 X2 = 0.4，Y1 = 1.5即： P2 = fd（X2 R2 + Y2 A2）= 0.4×3400 + 1.5×A2根

8、據(jù)： 1500， P 12031 N由： P2 = 0.4×3400 + 1.5×A2 12031解得： A2 7114 N再據(jù)： A2 = S1 + FA解得： FA= A2S1 = 71142833 = 4281 N驗算軸承1的壽命：A1/R1 = S1/R1 = 2833/8500 = 0.33 0.4，X1 = 1，Y1 = 0P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）= R1 = 8500 N因： P1 P2，軸承1的壽命大于15000小時。例11-5 圖例11-5 某軸的軸承組合如圖例11-4 圖1，兩軸承的代號為6313，布置如圖。已知軸的轉(zhuǎn)速為485r/m

9、in，軸承所受的徑向力分別為R1= 5500N，R2 =6400N。軸上有軸向力FA = 2200N，方向如圖。常溫下工作，有輕微沖擊。試求軸承的壽命。解：圖示軸系結構為單支點雙向固定（固游式）結構。軸承1為固定端，軸承2為游動端。軸上的軸向載荷FA由固定端軸承軸承1來承受，游動端軸承不承受軸向力。即：A1 = FA = 2200 N ，A2 = 0由軸承手冊查得6313軸承：C = 72200 N，C0 = 56500 N。對軸承1：A1 = 2200 N，R1= 5500NA1/C0 = 2200/56500 = 0.039，查得：e1 = 0.24A1/R1 = 2200/5500 =

10、0.4 e1 = 0.24，查得：X1 = 0.56，Y1 =1.85因載荷有輕微沖擊，查取沖擊載荷系數(shù)：fd = 1.2P1 = fd（X1 R1 + Y1 A1）=1.2（0.56×5500 + 1.85×2200）= 8580 N對軸承2：A2 = 0，R2 =6400N，X2 = 1，Y2 =0P2 = fd（X2 R2+ Y2 A2）= 1.2 R2 =1.2×6400 = 7680 N因：P1P2，用P1計算軸承壽命：= = 20476 h例11-6 試分析例11-6圖1所示軸系結構中的錯誤，并加以改進。圖中齒輪用油潤滑，軸承用脂潤滑。例11-6 圖1

11、存在問題分析： 1軸承的軸向固定、調(diào)整，軸向力傳遞方面錯誤1）軸系采用全固式結構，兩軸承反裝不能將軸向力傳到機架，應該為正裝。2）全固式結構中，軸左端的彈性擋圈多余，應去掉。3）端蓋處沒有調(diào)整墊片，不能調(diào)整軸承游隙。2轉(zhuǎn)動零件與固定零件接觸，不能正常工作方面錯誤1）軸右端的聯(lián)軸器不能接觸端蓋，用端蓋軸向定位更不行。2）軸與右端蓋之間不能接觸，應有間隙。3）定位齒輪的套筒徑向尺寸過大，與軸承外圈接觸。4）軸的左端端面不能與軸承端蓋接觸。3軸上零件裝配、拆卸工藝性方面錯誤1）右軸承的右側軸上應有工藝軸肩，軸承裝拆路線長（精加工面長），裝拆困難。2）套筒徑向尺寸過大，右軸承拆卸困難。3）因軸肩過高，

12、右軸承拆卸困難4）齒輪與軸聯(lián)接的鍵過長，套筒和軸承不能安裝到位。4軸上零件定位可靠方面錯誤1）軸右端的聯(lián)軸器沒有軸向定位，位置不確定。2）齒輪軸向定位不可靠，應使軸頭長度短于輪轂長度。3）齒輪與軸聯(lián)接鍵的長度過大，套筒頂不住齒輪。5加工工藝性方面錯誤1）兩側軸承端蓋處箱體上沒有凸臺，加工面與非加工面沒有分開。2）軸上有兩個鍵，兩個鍵槽不在同一母線上。3）聯(lián)軸器輪轂上的鍵槽沒開通，且深度不夠，聯(lián)軸器無法安裝。例11-6 圖26潤滑、密封方面錯誤1）右軸承端蓋與軸間沒有密封措施。2）軸承用脂潤滑，軸承處沒有擋油環(huán)，潤滑脂容易流失。改進后如圖例11-6圖2所示。例11-7 試分析例11-7圖1所示小

13、錐齒輪套杯軸系結構中的錯誤，并加以改進。例11-7 圖1存在問題分析： 1）左軸承內(nèi)圈軸向沒有固定。2）套杯和機座間沒有調(diào)整墊片，不能調(diào)整軸系的軸向位置。3）軸承端蓋與套杯間沒有調(diào)整墊片，不能調(diào)整軸承游隙。4）軸與軸承端蓋接觸，應有間隙。5）左軸承的外圈裝拆路線長，裝拆困難。6）套杯左端的凸肩過高，左軸承的外圈拆卸困難。7）軸上有兩個鍵，位置都沒有靠近裝入端，使輪轂裝入困難。8）齒輪軸向定位不可靠，應使軸頭長度短于輪轂長度。9）軸承端蓋處箱體上沒有凸臺，加工面與非加工面沒有分開。例11-7 圖210）軸上有兩個鍵，兩個鍵槽不在同一母線上。11）右軸承端蓋與軸間沒有密封措施。改進后如圖例11-7

14、圖2所示。例11-8 例11-8圖1所示為反裝圓錐滾子軸承支承小錐齒輪軸的套杯軸系結構，試分析其中的結構錯誤，并加以改進。例11-8 圖1存在問題分析： 1）兩個軸承的外圈均未軸向固定。2）不能將軸上的軸向力傳到機座。3）齒輪軸的軸向位置沒有固定，受到軸向力時會發(fā)生竄動。4）左軸承內(nèi)圈直徑小于兩側軸的直徑，無法裝配。5）軸承游隙不能調(diào)整。6）套杯和機座間沒有調(diào)整墊片，整個軸系的軸向位置不能調(diào)整。7）軸承端蓋與右側軸承外圈之間的套筒多余。改進后如圖例11-8圖2所示。例11-8 圖2自測題與答案一、選擇題11-1滾動軸承代號由前置代號、基本代號和后置代號組成，其中基本代號表示_。A軸承的類型、結

15、構和尺寸 B. 軸承組件C軸承內(nèi)部結構變化和軸承公差等級 D. 軸承游隙和配置11-2滾動軸承的類型代號由_表示。A數(shù)字 B數(shù)字或字母C. 字母 D. 數(shù)字加字母11-3_只能承受徑向載荷。A深溝球軸承 B. 調(diào)心球軸承C. 圓錐滾子軸承 D. 圓柱滾子軸承11-4_ 只能承受軸向載荷。A圓錐滾子軸承 B. 推力球軸承C. 滾針軸承 D. 調(diào)心滾子軸承11-5_ 不能用來同時承受徑向載荷和軸向載荷。A. 深溝球軸承 B. 角接觸球軸承 C. 圓柱滾子軸承 D. 調(diào)心球軸承11-6角接觸軸承承受軸向載荷的能力，隨接觸角的增大而_。A增大 B.減小C不變 D不定11-7有a）7230C和b）723

16、0AC兩種滾動軸承，在相等的徑向載荷作用下，它們的派生軸向力Sa和Sb相比較，應是_。ASa Sb BSa = SbCSa Sb D大小不能確定11-8若轉(zhuǎn)軸在載荷作用下彎曲變形較大或軸承座孔不能保證良好的同軸度，宜選用類型代號為_的軸承。A1或2 B3或7CN或NU D6或NA11-9一根用來傳遞轉(zhuǎn)矩的長軸，采用三個固定在水泥基礎上支點支承，各支點應選用的軸承類型為_。A. 深溝球軸承 B. 調(diào)心球軸承C. 圓柱滾子軸承 D. 調(diào)心滾子軸承11-10跨距較大并承受較大徑向載荷的起重機卷筒軸軸承應選用_ 。A. 深溝球軸承 B. 圓錐滾子軸承C. 調(diào)心滾子軸承 D. 圓柱滾子軸承11-11_

17、軸承通常應成對使用。A深溝球軸承 B. 圓錐滾子軸承C. 推力球軸承 D. 圓柱滾子軸承11-12在正常轉(zhuǎn)動條件下工作，滾動軸承的主要失效形式為_。A滾動體或滾道表面疲勞點蝕 B滾動體破裂C滾道磨損 D滾動體與套圈間發(fā)生膠合11-13進行滾動軸承壽命計算的目的是使?jié)L動軸承不致于早期發(fā)生_。A磨損 B裂紋C疲勞點蝕 D塑性變形11-16滾動軸承的基本額定壽命是指同一批軸承中_的軸承能達到的壽命。A99 B90C95 D5011-17一批在同樣載荷和相同工作條件下運轉(zhuǎn)的型號相同的滾動軸承，_ 。A它們的壽命應該相同 B90%的軸承的壽命應該相同C它們的最低壽命應該相同 D它們的壽命不相同11-19

18、基本額定動載荷和當量動載荷均相同的球軸承和滾子軸承的壽命_相同。A一定 B一定不C不一定11-21推力球軸承不適用于高轉(zhuǎn)速的軸，是因為高速時_，從而使軸承壽命降低。A沖擊過大 B滾動體離心力過大C圓周速度過大 D滾動阻力過大。11-22一轉(zhuǎn)軸用兩個相同的滾動軸承支承，現(xiàn)欲將該軸的轉(zhuǎn)速提高一倍，軸承_。A不合用 B合用C不一定合用11-23某滾動軸承的基本額定壽命是1.2，在基本額定動載荷作用下運轉(zhuǎn)了105轉(zhuǎn)后，軸承_。A一定失效了 B不可能失效C也可能失效11-24對于溫度較高或較長的軸，其軸系固定結構可采用_。A兩端固定安裝的深溝球軸承 B兩端固定安裝的角接觸球軸承C一端固定另一端游動的形式

19、 D兩端游動安裝的結構形式11-25滾動軸承內(nèi)圈與軸頸、外圈與座孔的配合_ 。A. 均為基軸制 B. 前者基軸制，后者基孔制C. 均為基孔制 D. 前者基孔制，后者基軸制11-27_ 不是滾動軸承預緊的目的。A. 增大支承剛度 B. 提高旋轉(zhuǎn)精度C. 減小振動噪聲 D. 降低摩擦阻力11-28. 對轉(zhuǎn)速很高（n7000 rmin）的滾動軸承宜采用_的潤滑方式。A滴油潤滑 B油浴潤滑C飛濺潤滑 D噴油或噴霧潤滑11-29手冊中列有各類滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速，_。A設計時不得超過B載荷低于基本額定動載荷C時可以超過C采取可靠的潤滑冷卻措施時可以在一定限度內(nèi)超過D滾動體分布圓較小時可以超過11-30在下

20、列密封形式中，_為接觸式密封。A迷宮式密封 B甩油環(huán)密封C油溝式密封 D毛氈圈密封二、填空題11-31滾動軸承的主要失效形式是_和_。對于不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速極低或擺動的軸承，常發(fā)生_破壞，故軸承的尺寸應主要按_計算確定。11-32角接觸軸承承受軸向載荷的能力取決于軸承的_。11-33滾動軸承內(nèi)、外圈軸線的夾角稱為偏轉(zhuǎn)角，各類軸承對允許的偏轉(zhuǎn)角都有一定的限制，允許的偏轉(zhuǎn)角越大，則軸承的_性能越好。11-344種軸承N307/P4、6207/P2、30207、51307中，_內(nèi)徑最大，_的公差等級最高，_的極限轉(zhuǎn)速最高，_承受軸向力最大，_不能承受軸向力11-35承受方向固定的徑向載荷的滾動軸承，其滾動體

21、上產(chǎn)生的接觸應力是_變應力。固定套圈上產(chǎn)生的接觸應力是_變應力。11-36按基本額定動載荷設計計算的滾動軸承，在預定使用期限內(nèi)，其失效概率最大為_。 11-37轉(zhuǎn)速和額定動載荷一定的球軸承，若當量動載荷增加一倍，其基本額定壽命變?yōu)樵瓉淼腳倍。11-38滾動軸承支點軸向固定的結構型式有：_；_ ；_。11-39滾動軸承支點軸向固定結構型式中，兩支點單向固定結構主要用于溫度_的_軸。11-40選用滾動軸承潤滑油時，軸承的載荷越大，選用潤滑油的粘度越_；轉(zhuǎn)速越高，選用粘度越_；溫升越高，選用粘度越_。三、簡答題11-51在機械設備中為何廣泛采用滾動軸承？11-52滾動軸承中保持架的作用是什么？常用什

22、么材料制造？11-53向心角接觸軸承為什么要成對使用、反向安裝？11-54為什么調(diào)心軸承要成對使用，并安裝在兩個支點上？11-55為什么推力球軸承不宜用于高速？11-56試說明軸承代號6210的主要含義。11-57何謂滾動軸承的基本額定壽命？何謂滾動軸承的基本額定動載荷？11-58以徑向接觸軸承為例，說明軸承內(nèi)、外圈為什么采用松緊不同的配合。11-59何為角接觸軸承的“正裝”和“反裝”，這兩種安裝方式對軸系剛度有何影響？11-60滾動軸承的組合設計要考慮哪些問題？四、分析計算題11-61圖示為二級圓柱齒輪減速器的低速軸，用一對型號為6308軸承支承，已知：齒輪分度圓直徑d = 400 mm，齒

23、輪上的圓周力Ft = 8000 N，徑向力Fr = 3000 N，軸向力Fa = 2000 N，載荷平穩(wěn)。試求：1）1、2兩軸承的當量動載荷P1、P2；2）兩軸承的壽命之比 Lh1/Lh2。 題11-61圖 題11-62圖11-62某軸用一對30310軸承支承，軸承徑向載荷R1 = 8000 N，R2 = 2000 N，軸上有軸向載荷Fa1 = 2000 N，F(xiàn)a2 = 1000 N，工作轉(zhuǎn)速n = 350 r/min，常溫下工作，有中等沖擊，試計算軸承的壽命。五、結構分析題11-65分析軸系結構的錯誤，簡單說明錯誤原因，畫出正確結構。題11-65圖11-66分析軸系結構的錯誤，簡單說明錯誤原

24、因，畫出正確結構。題11-66圖11-67分析軸系結構的錯誤，簡單說明錯誤原因，畫出正確結構。題11-67圖六、參考答案1選擇題11-1 A； 11-2 B； 11-3 D； 11-4 B； 11-5 C； 11-6 A；11-7 C； 11-8 A； 11-9 B； 11-10 C； 11-11 B； 11-12 A；11-13 C； 11-14 A； 11-15 A； 11-16 B； 11-17 D； 11-18 A；11-19 B； 11-20 C； 11-21 B； 11-22 C； 11-23 C； 11-24 C；11-25 D； 11-26 B； 11-27 D； 11-28

25、D； 11-29 C； 11-30 D；2填空題11-31 疲勞點蝕 塑性變形 塑性變形 靜強度11-32 接觸角11-33 調(diào)心11-34 6207/P2 6207/P2 51307 N307/P411-35 規(guī)律（周期）性非穩(wěn)定脈動循環(huán) 穩(wěn)定的脈動循環(huán)11-36 10%11-37 1/811-38 雙支點單向固定（全固式） 單支點雙向固定（固游式） 兩端游動（全游式）11-39 不高 短軸11-40 高 低 高3簡答題 （參考答案從略）4分析計算題11-61 解題要點：支反力：R1H = 250 N， R1V = 2000 N，R1 = 2016 NR2H = 3250 N，R2V = 6000 N，R2 = 6824 N軸承1：R1 = 2016 N，A1 = 0 N，P1 = R1 = 2016 N軸承2：R2 = 6824 N，A2 = Fa = 2000 N，P2 = fd（X2 R2+ Y2 A2）=（0.56×6824 + 1.53×2000）= 6881 N載荷比：P2/ P1 = 6881/2016 = 3.41壽命比：Lh1/Lh2 = ( P2/ P1 )3 = 39.6511-62 解題要點：查表得到30310軸承：C = 122 kN，Y = 1.7，e =