《機械設計》講義濮良貴(第13章)

1、第十三章滾動軸承§131概述：.優(yōu)點：（與滑動軸承相比）摩擦小，功耗低，起動、正反轉(zhuǎn)容易。1 .滾動軸承的結(jié)構(gòu)：P.307.圖13-11 ）內(nèi)圈：裝在軸頸上，一般隨軸頸轉(zhuǎn)動。2 ）外圈：裝在軸承座中，一般固定。3 ）滾動體：處丁內(nèi)外圈之間，將內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)動變成滾動體在滾道上的滾動。4 ）保持架：均勻地隔開滾動體，有二種：沖壓型：用低碳鋼板沖壓而成，它與滾動體的間隙較大。實體型：經(jīng)切削加工而成，定心作用較好。3.常用的滾動體：六種爭曰.I.J-£"I£-球圓柱滾子滾針圓錐滾子球面滾子非對稱球面滾子4.軸承設計：滾動軸承已標準化，由專業(yè)廠大批生產(chǎn)。本章僅討

2、論軸承的選型、安裝、調(diào)整、潤滑、密封等問題。§132滾動軸承的主要類型及其代號：一. 主要類型、性能與特點：1 .類型1 ）向心軸承：主要承受徑向載荷的軸承2 ）推力軸承：只能承受軸向載荷的軸承。3 ）向心推力軸承：能同時承受徑向和軸向載荷的軸承。2 .接觸角a、載荷角6:1 ）a：向心推力軸承的滾動體與外圈滾道接觸點處的法線nn與半徑方向的火角。2）6：軸承實際承受的徑向載荷R與軸向載荷A的合力與半徑方向的火角。5.性能與特點：滾動軸承類型很多，常用軸承性能及特點，見：P.309.表13-1.滾動軸承的代號：滾動軸承類型很多，每種類型乂有多種不同的結(jié)構(gòu)，尺寸及公差等級，為統(tǒng)一表征各

3、類軸承的特點，GB/T272-1993規(guī)定軸承代號由以下三部分組成:前置代號|基本代號|后置代號|P.311.表13-2.1.基本代號：由五位組成:內(nèi)徑代號:代號內(nèi)徑0010E回口類型代號寬度系列直徑系列表示軸承的內(nèi)徑（mm0102030412151720內(nèi)徑10或500時另有規(guī)定,可見GB/T272-1993直徑系列：代號系列寬度系列:a.b.注:類型代號:199495(代號X5)口口內(nèi)徑代號表示結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化，共9個7、8、9、0、1、2、3、4、5-外徑依次增大P.312.圖13-4表示結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑、直徑系列都相同的軸承在寬度方面的變化 。表示正常寬度系列：一般

4、軸承，表示正常寬度的O可不標對調(diào)心及圓錐滾子軸承，代號O應標出 直徑系列中也含軸承寬度，但該寬度是隨直徑的相應變化直徑系列代號和寬度系列代號統(tǒng)稱為尺寸系列代號表示軸承的類型（數(shù)字或字母）。以下幾種應記住調(diào)心球軸承3圓錐滾子軸承深溝球軸承7角接觸球軸承圓柱滾子軸承2 .后置代號：用數(shù)字或字母表示軸承的結(jié)構(gòu)，公差及材料的特殊要求，很多（P.304.表13-2）以下僅介紹幾個常用代號1 ）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：（字母）表示同類軸承的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：角接觸球軸承代號CACB接觸角150250400）公差等級代號：表示公差等級，共6級代號/P2/P4/P5/P6/P6x/P0公差等級2級4級5級6級6x級0級

5、（精度漸低）（0級為普通級，在軸承代號中不標）游隙代號：表示軸承的徑向游隙，共6個組別代號/C1/C2/C0/C3/C4/C5游隙組別1組2組0組3組4組5組（徑向游隙漸大）（0組是常用游隙組別，在軸承代號中不標）3 .前置代號：用字母表示軸承的分部件（套圈、滾動體與保持架組件等）。4 .說明：軸承代號復雜，但對無特殊要求的一般軸承，代號較簡單。例：6308內(nèi)徑為40mm尺寸系歹U為03、正常結(jié)構(gòu)、0級公差、0組游隙的深溝球軸承。7211C/P5內(nèi)徑為55mm尺寸系列為02、接觸角a=15°、5級公差、0組游隙的角接觸球軸承§133滾動軸承類型的選擇：選用軸承時，首先是選擇

6、軸承類型，此時應考慮的主要因素:一. 軸承的載荷：1.載荷的大小：1）較大載荷：滾子軸承（線接觸，承載能力大）2）中小載荷：球軸承（轉(zhuǎn)動靈活，價低）2.載荷方向：1）純軸向載荷：推力軸承。2 ）純徑向載荷：向心軸承（深溝球軸承，圓柱滾子軸承，滾針軸承）二. ）徑、軸向載荷同存：向心推力軸承（深溝球、角接觸球、圓錐滾子軸承）軸承的轉(zhuǎn)速：極限轉(zhuǎn)速niim:軸承樣本中列出了各種軸承的極限轉(zhuǎn)速niim。它是下列條件下的值：三. 載荷不太大（PV0.1C,P、C當量、基本額定動載荷）冷卻條件正常。級公差軸承時的最大允許轉(zhuǎn)速.球軸承的niim滾子軸承的。（n較高時，宜用球軸承）.同內(nèi)徑下，外徑J,mmf（

7、n較高時，宜用同系列中外徑較小的）.實體保持架的mm沖壓保持架的.推力軸承的Qm均很低：n較高，軸向力較小時，宜用角接觸球軸承.nniim時的措施：提高公差等級增大游隙改善潤滑軸承的調(diào)心性能：軸中心線與軸承座中心線有偏斜，或軸的剛度較小，受載撓曲較大時，軸承的內(nèi)外圈軸線將發(fā)生偏斜，此時，應用有調(diào)心性能的調(diào)心軸承。如：四. 調(diào)心球軸承（10000型）調(diào)心滾子軸承（20000型）軸承的安裝和拆卸：選用的軸承應便于裝拆。如：裝在長軸上的軸承宜用內(nèi)圈軸孔有錐度（1:12）的軸承。§13-4滾動軸承的工作情況一.軸承工作時軸承元件上的載荷分布：以受徑向力Fr作用的向心球軸承為例：1 .假設：,

8、則受載后的接觸變受載后內(nèi)外圈的幾何形狀不變，僅內(nèi)圈下沉了一個距離a形量為：1 ）Fr作用線上最大，為ao2 ）兩邊漸小，為ai=aocos（iy）.接觸載荷Fn：）Fr作用線上最大，兩邊漸小，即：FN>Fn1>Fn2V接觸載荷近似正比丁接觸變形量的大小二. 2）FNi的向量和等丁徑向外載Fr,即：KFr0.承載區(qū)：滾動體從開始受力到受力終所經(jīng)過的區(qū)域。理論上為180,但由丁存在游隙，實際承載區(qū)<180°軸承工作時各軸承元件上的載荷及應力變化：固定套圈：軸承內(nèi)、外圈中的固定者。轉(zhuǎn)動套圈：軸承內(nèi)、外圈中的轉(zhuǎn)動者。1 .滾動體：1 ）宏觀：進入軸承區(qū)后，載荷由0/Fn/F

9、n1/FnoFnAFn202 ）微觀：滾動體一點的載荷和應力作周期不穩(wěn)定變化.固定套圈：其上任一點的載荷和應力作穩(wěn)定脈動循環(huán)。1 ）點在承載區(qū)中的位置不同，受到的載荷也不同。2 ）對任一具體的點，滾動體每滾過一次便受載一次，其載荷大小是包定的。3 .轉(zhuǎn)動套圈：其上任一點的載荷和應力作周期性不穩(wěn)定變化進入承載區(qū)的任一點，與某滾動體接觸時，載荷：0/某值0。在下次與另一滾動體接觸時，載荷再：0/另一值0。軸向載荷對載荷分布的影響角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的受力情況，以圓錐滾子軸承為例說明如下：1 .受力分析：在徑向載荷Fr作用下，沿外圈滾道的法線方向各滾動體反力FNi'可分解成:FNi&#

10、39;徑向分力：FNiL軸向分力：Fdi=Rtga,按力平衡原理，反力分量與外載有如下關(guān)系：1 ）FNi的向量和與Fr相平衡，即：FT虧0）Fdi的數(shù)量和等丁Fa,即:EFUFNitga=Fa3）滾生軸向力Fd：所有軸承反力Fn的軸向分力之和即：Fd=2Fdi=2FNitga2.僅最下方的一個滾動體受載時：記Fn、Fd為該受載滾動體反力Fn'的徑、軸向分力，則按力平衡條件應有：F|N=FrF1d=Fntga=Fa=Frtg6丁是：tg6=tga（即與載荷角6應丁等接觸角a）2 .受載滾動體多丁一個時：2FNi>Fr多邊形的任一邊長小丁其余各邊的長度和Fd=2Fdi=2FNitga

11、>Frtga丁是：tga<Fd/Fr=Fa/Fr=tg6（即此時載荷角6大丁接觸角a）3 .結(jié)論：1 ）角接觸球軸承和圓錐滾子軸承必須在徑、軸向載荷聯(lián)合作用下工作。2 ）要保持較多的滾動體同時受載，應使Fa>Frtga,即應6>a。 ）同一個軸承，在同樣的徑向載荷作用下，軸向載荷不同，受載滾動體數(shù)也不同tg6=tga（即Fa=Ftga）時，僅一個滾動體受載。 tg61.25tga（即Fa1.25Frtga）時，下半圈的滾動體都受載。 tg61.7tga時，整圈滾動體才全部受載。§135滾動軸承尺寸的選擇：-.滾動軸承的失效形式及基本額定壽命：1.失效形式：1

12、）正常失效形式：滾動體或內(nèi)外圈滾道受接觸變應力作用而點蝕2 ）其它失效形式：潤滑不良使軸承燒傷。潤滑油不潔使?jié)L動體和滾道過度磨損。裝配不當使軸承卡死、脹破等。注：后種失效是可避免的，所以計算時僅考慮前種失效。2 .壽命:1 ）壽命：軸承點蝕破壞前一套圈相對另一套圈的轉(zhuǎn)數(shù)。注：由于制造精度及材料均質(zhì)性等差異，同材料、同尺寸且同批生產(chǎn)的軸承，在完全相同的條件下工作，壽命差異極大，可達幾倍幾十倍。所以籠統(tǒng)的“壽命”無多大意義，應：2）基本額定壽命頃：一組軸承中90%勺軸承未發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單位）或工作小時數(shù)。注：Lio是概率壽命，表小一組軸承的90嗨它在Lio后繼續(xù)正常工作。3 ）預

13、期計算壽命Lh':設計機器時所要求的軸承壽命。注：LJ須按機器類型、使用條件及可靠性要求等確定。經(jīng)驗推薦值見：P.318.表13-3.二.滾動軸承的基本額定動載荷C:顯然，載荷f,接觸應力f,點蝕前能經(jīng)歷的應力變化次數(shù)I,軸承壽命I基本額定動載荷C:使軸承的基本額定壽命正好為106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷。1.對向心軸承：2 C為純徑向載荷，叫徑向基本額定動載荷，記為C.對推力軸承：3 C為純軸向載荷，叫軸向基本額定動載荷，記為Ca.對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承：C指使套圈間產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。注：C可從軸承樣本中查取。三.滾動軸承壽命的計算公式：設：C、P是軸承的基本額定

14、動載荷和當量動載荷（下述）貝U:P=C時，基本額定壽命L10正好為106轉(zhuǎn)，但PC時，L10=?1 乂：若已知P,則C=的軸承才能具有預期計算壽命Lh'.已知GP,計算軸承的壽命一一校核：實驗表明，L1。、C和P三者有如下關(guān)系：(13-4)&壽命指數(shù)，對球軸承：&=3;對滾子軸承：&=10/3若軸承轉(zhuǎn)速為n(r/min)，則軸承壽命可用工作小時數(shù)Lh表示如下:10L10106CLh蘭(-)60nP60n(13-5)2.已知P、n及Lh'，計算軸承所需的基本額定動載荷C設計:c60nLhP106(13-6)3.溫度系數(shù)ft：軸承樣本中列出的C是常溫下的值，

15、在較高溫度(>120°C)下工作時，C值有所下降，記作C:Ct=ftC(13-7)1 )ft溫度系數(shù)，P.320.表13-4.2 )將C代入式(13-46),即得高溫軸承計算式。四.滾動軸承的當量動載荷P：當量動載荷P：指實際載荷在確定基本額定動載荷的相同條件下的當量值。載荷系數(shù)fP：考慮載荷波動、機器慣性及受載變形等影響，1.對受Fr和Fa聯(lián)合作用的向心推力軸承：P.321.表13-6.p(XFr+YFa)(13-8a)X、Y徑向、軸向載荷系數(shù)，P.321.表13-5.2.對只能承受純徑向力Fr的軸承：pFr(13-9a)3.對只能承受純軸向力A的軸承:P=fPFa(13-1

16、0a)五.角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa的計算：角接觸球軸承和圓錐滾子軸承承受徑向外載Fre時，要產(chǎn)生派生軸向力，為保證它們正常工作，通常都成對使用，如：P.323.圖13-13.1.壓力中心，軸承標號：1 ）壓力中心：軸承反力與軸心線的交點。注：由丁兩軸承支點距離較大，一般取軸承寬度中點為壓力中心，以方便計算。）軸承標號：把派生軸向力與軸向外載Fae同向的軸承標為2,另一個標為1圖13-13角接觸球軸承軸向載荷的分析2 .軸承的徑向載荷Fr：Fr1、Fr2由徑向外載Fre按力平衡條件求得。3 .軸承的軸向載荷Fa：）求派生軸向力FdFd1、Fd2由軸承的徑向載荷Fr1

17、、Fr2按P.322.表13-7中的公式計算）求軸承的軸向載荷FaFa應由整個軸向力（即Fae、Fd1、Fd2）的平衡條件確定。 Fae+Fd2>Fd1時，軸有向左運動趨勢。軸承1被壓緊，2被放松，軸承1的總軸向力Fa1必須與Fae+Fd2相等，以使軸平衡，而被放松的軸承2只受自身派生軸向力Fd2的作用，即：Fa1=Fae+Fd2Fa2=Fd2Fae+Fd2<Fd1時，軸有向右運動趨勢，1被放松，2被壓緊，仿上可得：Fra1=Fd1Fa2=Fd1-Fae注：被放松的軸承總只受自身派生軸向力作用，而被壓緊的軸承的軸向力必須保證軸的平衡。六.不穩(wěn)定載荷和不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時軸承的壽命計算:（不

18、講）七. 滾動軸承的靜載荷：1 .正常失效形式：1 ）點蝕：一般軸承。2 ）永久變形：緩慢擺動或轉(zhuǎn)速極低的軸承（.此時應力變化的次數(shù)少、頻率低，一般不會點蝕）.基本額定靜載荷Co：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力達到一定值的載荷（注：上述接觸應力下的永久接觸變形量一般不影響軸承的正常工作）注：基本額定靜載荷CO（C0r或Ca）可從軸承樣本查取。3 .當量靜載荷F0:與徑向載荷Fr和軸向載荷Fa聯(lián)合作用同效果的靜載荷。P0=XoFr+YoFa（13-16）4 Xo,Yo徑向、軸向載荷系數(shù)，其值可查軸承手冊.軸承的選擇原則：Co>SoFO（13-17）So靜強度安全系數(shù)，參見

19、：P.325.表13-8.不同可靠度時滾動軸承尺寸的選擇：（自學）§136軸承裝置的設計：主要解決軸承的安裝、配合、緊固、調(diào)節(jié)、潤滑、密封等問題。一.支承部分的剛性和同心度：1.支承部分的剛性：軸、安裝軸承的外殼或軸承座及其他受力件，必須有足夠的剛性，否則受載變形后會阻滯滾動體運動，使用權(quán)壽命下降。1）外殼、軸承座孔壁應有足夠的厚度，軸承座應加加強肋。2）輕合金制外殼，軸承處應加鋼或鑄鐵制套杯。P.328.圖13-20.2.同心度：一根軸的兩個支承座孔應一次鯉出，以保證同心度二.軸承的配置：應：使軸在機器中有正確的位置，防止軸向竄動，防止熱脹卡死。1.雙支點各單向固定：可用一對角接觸

20、球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承來實現(xiàn)，兩個軸承各限制一個方向的軸向移動，通過調(diào)整內(nèi)、外圈位置或增減墊片來調(diào)整軸承游隙。P.326.圖13-14、15.P.327.圖13-16.1 圖13-15雙支點各單向固定的支承方案圖13-17一端固定、另一端游動的支承方案.一支點雙向固定、另一支點游動：即一支點的軸承內(nèi)外圈都軸向固定，可承受雙向軸向載荷，另一支點游動的支承結(jié)構(gòu)，主要用丁跨距較大（350mm,工作溫度較高的軸。支承方案有多種，P.327.圖13-1720.2 .兩端游動支承：用丁人字齒輪軸。應一個輪的軸軸向固定，另一輪軸兩端游動，以防人字齒兩側(cè)受力不均或齒輪卡死。.滾動軸承的軸向緊固:1.

21、內(nèi)圈：常用的緊固方法有：）軸用彈性擋圈嵌在軸槽中，主要用丁軸向力較小，轉(zhuǎn)速不高處。P.328.圖13-21a.）軸端擋圈用丁高轉(zhuǎn)速、大軸向力，且軸端無法切螺紋處，P.328.圖13-21b.）圓螺母和止動墊圈用丁高轉(zhuǎn)速、大軸向力處，P.328.圖13-21c.452.1234四.五.1.122.12）緊定襯套、止動墊圈及圓螺母用于光軸上內(nèi)圈有錐度的軸承，P.314.圖13-5.）軸肩：一般內(nèi)圈的一端用上述方法之一固定，另一端用軸肩固定。軸肩高度：應低于軸承內(nèi)圈（否則軸承拆卸困難）軸肩處圓角半徑：應小于軸承內(nèi)圈倒角（否則內(nèi)圈無法緊貼軸肩）外圈：）孔用彈性擋圈：用于軸向力不大的向心軸承，P.329

22、.圖13-22a.）止動環(huán)：用于外圈有止動槽的深溝球軸承，P.329.圖13-22b.）軸承蓋：應用很廣，可承受大軸向力，P.329.圖13-22c.）螺紋環(huán)：用于高速大載荷處，P.329.圖13-22d.軸承游隙及軸上零件位置的調(diào)整：軸承游隙可用端蓋下的墊片（圖13-14），圓螺母（圖13-15）調(diào)整。軸上零件位置用套杯下墊片（P.326.圖13-15），端蓋下墊片調(diào)整。滾動軸承的配合：指內(nèi)圈與軸頸、外圈與外殼孔的配合。軸承內(nèi)外徑的公差：）軸承內(nèi)外圈是薄壁件，與軸和外殼孔裝配后會隨之變形。）軸承內(nèi)外徑的公差指平均內(nèi)徑dm和平均外徑Q的公差。 公差采用上偏差為零，下偏差為負的單向制 0、6、5

23、、4、2公差等級的公差帶漸小，精度漸高。P.329.圖13-23.軸承的配合：.軸承是標準件為使軸承便于互換和大批生產(chǎn)）軸承內(nèi)孔與軸采用基孔制配合與內(nèi)圈相配合的軸的公差帶按圓柱公差與配合的國標選取。注：軸承內(nèi)圈與軸的配合比基孔制同類配合緊得多（因dm為單向負公差）例：圓柱基孔制配合430H7/k6為過渡配合，軸承內(nèi)圈與軸的配合430k6是過盈配合）軸承外徑與外殼孔采用基軸制配合與外圈相配合的外殼孔的公差帶按圓柱公差與配合的國標選取。注：軸承外圈與外殼孔的配合比基軸制同類配合略緊一些.軸承平均外徑3的公差值較小3.軸承配合的選擇：應保證內(nèi)圈與軸、外圈與孔在軸承正常工作時不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。1 ）轉(zhuǎn)速

24、，載荷的大小、方向和性質(zhì)：一般，轉(zhuǎn)速越高，載荷越大，振動越烈，應選較緊的配合。）溫度變化：（.套圈與滾動體的摩擦，使套圈溫升大丁相鄰零件）一般，溫升會使內(nèi)圈與軸的配合變松，外圈與孔的配合變緊，應予適當考慮2 ）其它因素：如：旋轉(zhuǎn)精度要求、外殼結(jié)構(gòu)、裝拆方便性，要參見有關(guān)資料選擇配合。六.滾動軸承的預緊：1 .預緊：安裝時設法在軸承中產(chǎn)生并保持一軸向力。2 .預緊目的：提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小軸的振動。3 .預緊方法：1）夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈，P.331.圖13-25a.2 ）彈簧預緊，P.331.圖13-25b.3 ）用各種控制內(nèi)外圈相對位置的方法預緊，P.331.圖13-25c七.滾動軸承的潤滑：1.潤滑的作用：減摩、散熱、吸振、防銹，減小接觸應力（油膜可將載荷分布到較大的承載面上）2.潤滑方式：分脂潤滑和油潤滑兩類，可按dn值參考P.332.表13-10選定。2 d、n軸承的內(nèi)徑（mm轉(zhuǎn)速（r/min）.潤滑劑及其選擇:123八.1.2.1）潤滑脂：性能：半流體，油膜強度高，承載能力高，不易流失，易密封。 適用：dn