機械設(shè)計基礎(chǔ)第十六章

1、w 2014/11/19w2第十六章滾動軸承二、材料第 滾動體與內(nèi)、外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強度、十 良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造，六 理后硬度可達6165HRC，工作表面須經(jīng)磨削和拋光。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，高速軸承的保持架多采用章有色金屬或。滾 三、滾動軸承的特點：與滑動軸承相比動 優(yōu)點：摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互軸 換等優(yōu)點，所以獲得廣泛應(yīng)用。承 缺點：抗沖擊能力較差，高速時出現(xiàn)噪聲，工作也不及液體摩擦的滑動軸承。滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由軸承生產(chǎn)企業(yè)大批生產(chǎn)。設(shè)計人 員的任務(wù)主要是熟悉標(biāo)準(zhǔn)，正確選用。第十六章滾動軸承一、滾動軸承的組成

2、第十六章滾動軸承w 2014/11/19w3 16-1 滾動軸承的基本類型和特點按照承受載荷的方向或公稱接觸角的不同，滾動軸承可分為：滾 1）向心軸承動 主要用于承受徑向載荷，其公稱接觸角 0 a 45軸 2）推力軸承承 主要用于承受軸向載荷，其公稱接觸角45 a 90 (表16-1)。的 按照滾動體形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承。滾子又分為圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子和滾針等?；?我國機械工業(yè)中常用滾動軸承的類型和特性見表I6-2。本類型 16-1 滾動軸承的基本類型和特點一、滾動軸承的分類滾動軸承通常按其承受載荷的方向(或接觸角)和滾動體的形 狀分類。本 滾動體與外圈接觸處的法線與垂

3、直于軸承軸心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角，簡稱接觸角。接觸角是滾動軸承的章 一個主要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有教 關(guān)。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的越大。表16-1案 列出各類軸承的公稱接觸角。w 2014/11/19w4 16-1 滾動軸承的基本類型和特點徑向接觸( a = 0 )向心軸承滾動軸承的基本類型 16-1 滾動軸承的基本類型和特點一、滾動軸承的使用性能滾 1、承載能力動 在同樣外形下，滾子軸承的承載能力為球軸承的1.53倍。所以，在載荷較大或有沖擊載荷時宜采用滾子軸承。但當(dāng)軸軸 承內(nèi)徑d20mm時，滾子軸承和球軸承的承載能力已相差不多， 承 而球軸承的價格一

4、般低于滾子軸承，故可優(yōu)先選用球軸承。的 角接觸軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷。1）角接觸向心軸承(0 a 45 )以承受徑向載荷為主；基 2）角接觸推力軸承(45 a 90 )以承受軸向載荷為主。本 3）軸向接觸( a = 90 )推力軸承只能承受軸向載荷。類 4）徑向接觸( a = 0 )向心軸承，當(dāng)以滾子為滾動體時，只能承受徑向載荷；當(dāng)以球為滾動體時，因內(nèi)、外滾道為較深的型 溝槽，除主要承受徑向載荷外，也能承受一定量的雙向軸向載荷。深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，應(yīng)用最廣泛。w 2014/11/19w5 16-1 滾動軸承的基本類型和特點軸向接觸( a = 90 )推力軸承滾動軸承的基本

5、類型 16-1 滾動軸承的基本類型和特點角接觸向心軸承( 0 a 45 )滾動軸承的基本類型w 2014/11/19w6 16-1 滾動軸承的基本類型和特點3、角偏差滾 軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會引起動內(nèi)、外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角軸承 稱為角偏差。角偏差較大時會影響軸承正的 常運轉(zhuǎn)，故在這種場合應(yīng)采用 軸承。基 軸承的外圈滾道表面是球面，能自動本 補償兩滾道軸心線的角偏差，從而保證軸類 承正常工作。型 滾針軸承對軸線偏斜最為敏感，應(yīng)盡可能避免在軸線有偏斜的情況下使用。各類軸承的 角偏差見表16-2。 16-1 滾動軸承的基本類型和特點2、極限轉(zhuǎn)速滾 滾動軸承轉(zhuǎn)速過高會使摩擦面間產(chǎn)

6、生高溫，潤滑失效，從而動導(dǎo)致滾動體回火或膠合破壞。軸承 滾動軸承在一定載荷和潤滑條件下， 的最高轉(zhuǎn)速稱為極的 限轉(zhuǎn)速，其具體數(shù)值見有關(guān)手冊。各類軸承極限轉(zhuǎn)速的比較基 見表16-2。本 如果滾動軸承極限轉(zhuǎn)速不能滿足要求，可采取提高軸承精度、類 適當(dāng)加大間隙、 潤滑和冷卻條件等措施來提高極限轉(zhuǎn)速。型w 2014/11/19w7 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型w 2014/11/19w8 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型w 2014/11/19w9 1

7、6-2 滾動軸承的代號滾動軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、公差等級和技術(shù)要求，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾 動軸承的代號。我國滾動軸承的代號由基本代號、前置代本 號和后置代號，按標(biāo)準(zhǔn)GB/T2721993的規(guī)定，章 其排列順序見表16-3。教案 16-1 滾動軸承的基本類型和特點滾動軸承的基本類型w 2014/11/19w 10 16-2 滾動軸承的代號系列代號由軸承的寬(高)度系列代號(基本代號滾 二位)和直徑系列代號(基本代號三位)組合而成。向動 心軸承和推力軸承的常用系列代號見表16-4。圖16-4所示為內(nèi)徑相同而直徑系列不同的四種軸承的對比，軸 外廓 大則承載能力強。承的代

8、號 16-2 滾動軸承的代號(1)基本代號滾 表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和，是軸承代號的基礎(chǔ)。動 按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的滾動軸承的基本代號，由軸承類型代號、 系列代號和內(nèi)徑系列代號，見表16-3。軸 基本代號一位為類型代號，用數(shù)字或字母表示，見承 表16-2第二列。若代號為“0”(雙列角接觸球軸承)，則可的 省略。代號w 2014/11/19w 11 16-2 滾動軸承的代號(2)前置代號滾 用字母表示成套軸承的分部件。前置代號及其含義可參閱機械設(shè)計手冊。動 (3)后置代號軸 用字母(或加數(shù)字)表示，置于基本代號右邊，并與基本代號承 空半個漢字距離或用符號“-”、“/” 分隔。按照GB/T2721993的

9、規(guī)定，軸承后置代號排列順序見表16-3。的代號 16-2 滾動軸承的代號內(nèi)徑系列代號(基本代號四、五位數(shù)字)表示軸承滾 公稱內(nèi)徑，按表16-5的規(guī)定標(biāo)注：動軸承的代號w 2014/11/19w 12 16-2 滾動軸承的代號按照GB/T272-1993的規(guī)定，公差等級代號列于表16-7。滾 游隙代號C1、C2 、C0、C3、C4、C5分別表示軸承徑向游隙，游隙量依次由小到大。C0為基本組游隙，常被優(yōu)先采動 用，在軸承代號中可不標(biāo)出。軸承的代號 16-2 滾動軸承的代號滾動軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)常用代號如表16-6所示。例如角接觸球滾 軸承等隨其不同公稱接觸角而標(biāo)注不同代號。動軸承的代號w 2014/11

10、/19w 13 16-3 滾動軸承的選擇計算一、失效形式滾動軸承在通過軸心線的軸向載荷(中心軸向載荷)F作用下， 可認(rèn)為各滾動體所承受的載荷是相等的。本 當(dāng)軸承受純徑向載荷Fr作用時，假設(shè)在Fr作用下，內(nèi)、外圈不變形，處于Fr作用線最下位置的滾動體承載最大章 (Fmax)，而遠(yuǎn)離作用線的各滾動體,，其承載逐漸減小。對教 于=0的向心軸承，可以導(dǎo)出案F= 5Frmaxz式中：z為軸承的滾動體的總數(shù)。 16-2 滾動軸承的代號滾的代號w 2014/11/19w 14 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的失效形式主要有：滾 (1)疲勞破壞動滾動軸承工作過，滾動體相對內(nèi)圈(或外圈)不斷地轉(zhuǎn)動，軸承

11、因此滾動體與滾道接觸表面受變應(yīng)力。此變應(yīng)力可近似看作的 載荷按脈動循環(huán)變化。由于脈動接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，首先選 在滾動體或滾道的表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴擇 展到接觸表面，形成疲勞點蝕，致使軸承不能正常工作。通計 常，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。算 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 15 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 16-3 滾動軸承的選擇計算(2)變形滾 當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，一般產(chǎn)生疲勞損壞。但動在很大載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸軸承 處產(chǎn)生變形(滾道表面形成變形凹坑)，從而使軸承在運的 轉(zhuǎn)

12、中產(chǎn)生劇烈振動和噪聲，以致軸承不能正常工作。選 此外，由于使用、維護和保養(yǎng)不當(dāng)或密封、潤滑不良等因素， 擇 也能引起軸承早期磨損、膠合、內(nèi)外圈和保持架破損等不正計 常失效。算w 2014/11/19w 16 16-3 滾動軸承的選擇計算二、軸承滾 軸承的一個套圈或滾動體的材料出現(xiàn)第一個疲勞擴展跡象前，一個套動 圈相對于另一個套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)，或軸 在某一轉(zhuǎn)速下的工作數(shù)，稱為承 軸承的。.對一組同一型號的軸承，由于材料、的 熱處理和工藝等很多隨機因素的影選 響，即使在相同條件下運轉(zhuǎn)，擇 也不一樣，有的相差幾十倍。因此對一個具體軸承，很難預(yù)知其確切計 的。但大量的軸承試驗表算 明，軸承的可靠性與之間有

13、如圖16-6所示的關(guān)系。16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 17 16-3 滾動軸承的選擇計算基本額定動載荷滾 當(dāng)一套軸承進入運轉(zhuǎn)并且基本額定為一百萬轉(zhuǎn)時，軸承動 所能承受的載荷稱為基本額定動載荷，用C表示。軸 徑向基本額定動載荷承對于向心軸承，由于它是在純徑向載荷下進行試驗的，的選 所以其基本額定動載荷通稱為徑向基本額定動載荷，記作擇 Cr；計 軸向基本額定動載荷算 對于推力軸承，它是在純軸向載荷下進行試驗的，故稱之為軸向基本額定動載荷，記作Ca。 16-3 滾動軸承的選擇計算軸承的可靠度滾 可靠性常用可靠度R來度量。一組相同軸承能達到或超過規(guī)定的動 百

14、分率，稱為軸承的可靠度。軸承 基本額定一組同一型號軸承在同一條件下運的 轉(zhuǎn)，其可靠度為90%時，能達到或選 超過的稱為基本額定，記擇 作L(為百萬轉(zhuǎn)，即 106 r )或Lhh()。換言之，即計 90%的軸承在發(fā)生疲勞點蝕前能達算 到或超過的 ，稱為基本額定壽命。對單個軸承來講，能夠達到或超過此 的概率為90%。w 2014/11/19w 18 16-3 滾動軸承的選擇計算實際計算時，用表示軸承比較方便，如用n代表軸滾 的轉(zhuǎn)速(r/min)，則上式可寫為動軸106C eLh =()h承60n P的 P稱為當(dāng)量動載荷。選 P為一恒定徑向（或軸向）載荷，在該載荷作用下，擇 滾動軸承具有與實際載荷作

15、用下相同的。計算 16-3 滾動軸承的選擇計算大量試驗表明，滾動軸承的基本額定L( 106 r )與基本滾 額定動載荷C(N)、當(dāng)量動載荷P(N)間的關(guān)系為動 L = (C )e106 r軸P承 式中：e 為指數(shù)，對于球軸承，e = 3，的 對于滾子軸承，e = 10 ；選3擇 C為基本額定動載荷，計 對向心軸承為Cr，對推力軸承為Ca算 Cr、Ca可在滾動軸承樣本或設(shè)計手冊中查得。本書附表1、2、3中列舉了少量軸承的C值，供參考。w 2014/11/19w 19 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承各類中軸承預(yù)期Lh的參考值列于表16-10中。的選擇計算 16-3 滾動軸承的選擇計算考慮到軸

16、承在溫度高于100C下工作時，基本額定動載荷C滾 有所降低，故引進溫度系數(shù) （ft ft 1），動 對C值予以修正。ft 可查表16 - 8。軸 考慮到工作中的沖擊和振動會使軸承降低，承 為此又引進載荷系數(shù) f p , f p值可查表16 - 9。的 作了上述修正后，計算式可寫為選106fC e擇 Lh =( t)h60nf p P計f P 60n算 或 C =p （L ）1 eNf106h t上式是設(shè)計計算時常用的軸承計算式， 由此可確定軸承的或型號。w 2014/11/19w 2016-3 滾動軸承的選擇計算P = XFr + YFa對于向心軸承，當(dāng)F / F e時，可由表16-11查出X

17、 和Y的數(shù)值；滾ar當(dāng)Fa / Fr e時，軸向力的以忽略不計（這時表中X =0，Y =0）。動 e值列于軸承標(biāo)準(zhǔn)中，其值與軸承類型和F / C 值有關(guān)a0r軸 (C 是軸承的徑向額定靜載荷），是衡量軸承承載能力的判別系數(shù)。0 r承 向心軸承只承受徑向載荷時的 P = Fr選 推力軸承(a = 90)擇 只能承受軸向載荷， 其軸向當(dāng)量動載荷為計 P = Fa算 16-3 滾動軸承的選擇計算三、當(dāng)量動載荷的計算滾 滾動軸承的基本額定動載荷是在一定的試驗條件下確定的。動 對向心軸承是指承受純徑向載荷，對推力軸承是指承受中心軸 軸向載荷。如果作用在軸上的實際載荷既有徑向載荷又有軸承向載荷，則必須將實

18、際載荷換算成與試驗條件相當(dāng)?shù)妮d荷后，的選 才能和基本額定動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定擇 的載荷，故稱為當(dāng)量動載荷。當(dāng)量動載荷的計算公式為計 P = XFr + YFa算 式中：Fr、Fa分別為軸承的徑向載荷及軸向載荷，N；X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)及軸向動載荷系數(shù)。w 2014/11/19w 21 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 22 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 23 16-3 滾動軸承的選擇計算四、角接觸向心軸承軸向載荷的計算滾 角接觸向心軸承的結(jié)

19、構(gòu)特點是在滾動體和滾道接觸處存在著接觸角。當(dāng)它承受徑向載荷Fr時，會產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fs。動 Fs的近似值可按照表16-12中的公式計算求得。軸承的選擇計算 16-3 滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 24 16-3 滾動軸承的選擇計算若把軸和內(nèi)圈視為一體，并以它為脫離體考慮軸系的軸向平滾 衡，就可確定各軸承承受的軸向載荷。動 (1)若FA + FS2 FS1 軸承1被壓緊軸 軸承（1 壓緊端）承受的軸向載荷：Fa1=FA + Fa2承 軸承（2 放松端）承受的軸向載荷：Fa2 =FS2 的 (2)若FA + FS2 FS1 軸承2被壓緊選 軸承（1 放松端）承受的軸向載荷：Fa1=

20、FS1擇 軸承（2 壓緊端）承受的軸向載荷：Fa2 =FS1 - FA計算 16-3 滾動軸承的選擇計算為了使角接觸向心軸承的內(nèi)部軸向力得到平衡，以免軸向竄滾 動，通常這種軸承都要成對使用，對稱安裝。安裝方式：兩外圈窄邊相對(正裝）和兩外圈寬邊相對(反裝)。動 為了簡化計算，通?？烧J(rèn)為支反力作用在軸承寬度的中點。軸承的選擇計算w 2014/11/19w 2516-3 滾動軸承的選擇計算五、滾動軸承的靜強度較核對于轉(zhuǎn)速很低( n 10r / min )或緩慢擺動的滾動軸承，一般滾產(chǎn)生疲勞點蝕，但為了防止?jié)L動體和內(nèi)、外圈產(chǎn)生過大動 的塑性變形，靜強度校核。軸 基本額定靜載荷GB/T4662-200

21、3規(guī)定，使受載最大的滾動體與內(nèi)、外圈滾道承 接觸處中心的接觸應(yīng)力達到某一定值的載荷稱為基本額定靜的 載荷C0，其值可查設(shè)計手冊。選 當(dāng)軸承既受徑向力又受軸向力時，可將它們折 當(dāng)量靜載荷P0，應(yīng)滿足：擇C計 P = X F + Y F 0 00 r0 aS0算 式中：X 、Y 分別為徑向、軸向靜載荷系數(shù)，可查表16-13；00S0為靜強度安全系數(shù)，對于旋轉(zhuǎn)精度與平穩(wěn)性要求高或承受大沖擊載荷時取1.2 % 2.5，相反情況則取0.5 % 0.8，一般情況取0.8 % 1.2。 16-3 滾動軸承的選擇計算顯然，放松端軸承的軸向載荷等于它本身的內(nèi)部軸向力，壓滾 緊端軸承的軸向載荷等于除本身內(nèi)部軸向力

22、外其余軸向力的代數(shù)和。動 對于反裝結(jié)構(gòu)：軸承的選擇計算w 2014/11/19w 26 16-3 滾動軸承的選擇計算計算 16-3 滾動軸承的選擇計算滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 27 16-3 滾動軸承的選擇計算w 2014/11/19w 28 16-4 滾動軸承的潤滑和密封潤滑和密封，對滾動軸承的使用具有重要意義。滾 潤滑的主要目的：是減小摩擦與減輕磨損。滾動接觸部位如動 能形成油膜，還有吸收振動、降低工作溫度和噪聲等作用。軸 密封的目的：是防止灰塵、水分等進人軸承，并潤滑劑流失。承 一、滾動軸承的潤滑的 滾動軸承的潤滑劑可以是潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。一潤 般情況下，滾

23、動軸承采用潤滑脂潤滑，但在軸承附近已經(jīng)具有潤滑油源時(如變速箱內(nèi)本來就有潤滑齒輪的油)，也可采滑 用潤滑油潤滑。和 具體選擇可按速度因數(shù)dn值來定。d代表軸承內(nèi)徑，mm，密 n代表軸承套圈的轉(zhuǎn)速n，r / min，dn而值間接地反映了軸頸的圓周速度，封 當(dāng) dn (2 % 3) 105 mm.r / min 時，一般滾動軸承可采用潤滑脂潤滑， 超過這一范圍宜采用潤滑油潤滑。 16-3 滾動軸承的選擇計算的選擇計算w 2014/11/19w 29 16-4 滾動軸承的潤滑和密封二、滾動軸承的密封滾 滾動軸承密封方法的選擇與潤滑的種類、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。動 密封方法：接觸式密

24、封和非接觸式密封軸承的潤滑和密封 16-4 滾動軸承的潤滑和密封 脂潤滑因潤滑脂不易流失，故便于密滾 封和維護，且一次充填潤滑脂可運轉(zhuǎn)動 較長時間。軸 油潤滑的優(yōu)點是比脂潤滑摩擦阻力小， 并能散熱，主要用于高速或工作溫度承 較高的軸承。的 裝脂量不宜多于軸承空隙的1/3潤 1/2 ，以免發(fā)生軸承過熱。潤滑油的粘度可按軸承的速度因數(shù)dn滑 和工作溫度t來確定。和 油量不宜過多，如果采用浸油潤滑，密 則油面高度應(yīng)不超過最低滾動體的中心，以免產(chǎn)生過大的攪油損耗和熱量。封 高速軸承通常采用噴油或噴霧方法潤滑。w 2014/11/19w 30 16-4 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封 16-4

25、 滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑和密封w 2014/11/19w 31 16-5 滾動軸承的組合設(shè)計1、 兩端固定滾 使軸的兩個支點中每一個支點都能限制軸的單向移動。兩個動 支點合起來就限制了軸的雙向移動。這種固定方式稱為兩端軸 固定。它適用于工作溫度變化不大的短軸。考慮到軸因受熱而伸長。在軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留出熱補償間隙c，承 c=0.20.3mm。的組合設(shè)計 16-5 滾動軸承的組合設(shè)計為保證軸承在中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應(yīng)正確進行軸承的組合設(shè)計，處理好軸承與其周本 圍零件之間的關(guān)系。也就是要解決軸承的軸向位置固定、章 軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密

26、封等一教案 系列問題。一、軸承的固定軸承的固定有兩種方式。w 2014/11/19w 3216-5 滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的組合設(shè)計 16-5 滾動軸承的組合設(shè)計2、一端固定、一端游動滾 這種固定方式是在兩個支點中使一個支點雙向固定以承受軸向力，另一個支點則可作軸向游動?？勺鬏S向游動的支點稱為游動支點，顯然它不動 能承受軸向載荷。軸 選用深溝球軸承作為游動支點時，軸承外圈與端蓋間留適當(dāng)間隙， 選用圓柱滾子軸承時，則軸承外圈應(yīng)作雙向固定，以免內(nèi)、外圈同時移承 動，造成過大錯位。這種固定方式適用于溫度變化較大的長軸。的組合設(shè)計w 2014/11/19w 33 16-5 滾動軸承的組合設(shè)計二、軸承組合的調(diào)整滾 1、軸承問隙的調(diào)整動 軸承間隙的調(diào)整方法有：軸 1）靠加減軸承蓋與機座間墊片厚度進行調(diào)整2）利用螺釘1通過軸承外圈壓蓋3移動外圈位置進行調(diào)整，承 調(diào)整之后，用螺母2鎖緊防松。的組合設(shè)計16-5 滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的組合設(shè)計w 2014/11/19w 34 16-5 滾動軸承的組合設(shè)計3、軸承組合位置的調(diào)整滾 軸承組合位置調(diào)整的目的：是使軸上的零件(如