《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》第14章滾動軸承（二）課件

§14-4滾動軸承的壽命及載荷計算一、四個重要的概念1．壽命壽命:是指單個滾動軸承，當(dāng)套圈(內(nèi)圈或外圈)或滾動體出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕之前，其中一個套圈相對于另一個套圈轉(zhuǎn)過的圈數(shù)或一定轉(zhuǎn)速n下工作的小時數(shù)。

但大量實(shí)踐已證明:一批相同型號的滾動軸承，即使是在同一條件下進(jìn)行工作，各個滾動軸承的壽命是相當(dāng)離散的，有些相差幾倍或幾十倍。故用單個滾動軸承的壽命來代替該類型滾動軸承的壽命是不科學(xué)的。2．基本額定壽命

是指一組同一型號的滾動軸承在相同條件下工作，其中有10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，而有90%的軸承未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕時,一個套圈相對于另一個套圈所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)或一定轉(zhuǎn)速n下工作的小時數(shù)，稱為該軸承的基本額定壽命，用L10（單位為）及L10h（單位為h）表示。設(shè)軸承的轉(zhuǎn)速為n(r/min)，二者間的關(guān)系式為:3．基本額定動載荷

當(dāng)滾動軸承的額定壽命恰好等于時所能承受的載荷值稱為基本額定動載荷，用C表示。

它與軸承的類型有關(guān)，可查手冊來確定。若為向心軸承，指的是純徑向載荷，用Cr表示；若為推力軸承，指的是純軸向載荷，用Ca表示?！?a)深溝球軸承（摘自GB/T276－1998）軸承型號基本尺寸mm安裝尺寸mm基本額定動載荷kN極限轉(zhuǎn)速r/mindDBrs

minda

minDa

maxras

maxCrC0r脂潤滑油潤滑62046205620662076208620962106211621262136214621562166217621862196220202530354045505560657075808590951004752627280859010011012012513014015016017018014151617181920212223242526283032341111.11.11.11.11.51.51.51.51.52222.12.12631364247525764697479849095100107112414656657378839110111111612113014015015816811111111.51.51.51.51.52222.12.19.8810.815.019.822.824.527.033.536.844.046.850.855.064.073.884.894.06.186.9510.013.515.817.519.825.027.834.037.541.244.853.260.570.579.014000120009500850080007000670060005600500048004500430040003800360034001800016000130001100010000900085007500700063006000560053005000480045004300基本額定動載荷越大軸承的承載能力越高

由前所述，對于大多數(shù)類型的滾動軸承，它們不但能承受徑向載荷，而且也能同時承受軸向載荷。4．當(dāng)量動載荷P由于該軸承只能承受純徑向載荷Fr，故該軸承的當(dāng)量動載荷P為:討論:當(dāng)量動載荷P的計算方法:1)對于向心軸承:為了便于求出此二種載荷共同作用下的滾動軸承的壽命，就必須將該軸承所承受的這二種載荷轉(zhuǎn)化為一種假想的徑向載荷或假想的軸向載荷來處理——當(dāng)量動載荷，用P表示。......(1)由于該軸承不但能承受徑向載荷Fr，而且也能同時承受軸向載荷Fa，故當(dāng)量動載荷用P表示，其值為:其中：X---徑向動載荷系數(shù)Y---軸向動載荷系數(shù),均可查表14-5。

2)對于推力軸承:由于該軸承只能承受純軸向載荷Fa，故當(dāng)量動載荷P為:3)對于向心推力軸承:......(2)......(3)表14-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y軸承類型相對軸向載荷Fa/C0rFa/Fr≤eFa/Fr＞e判斷系數(shù)e名稱代號XYXY雙列角接觸球軸承00000(56000)－10.780.631.240.8調(diào)心滾子軸承20000(3000)－1(Y1)0.67(Y2)(e)調(diào)心球軸承10000(1000)－1(Y1)0.65(Y2)(e)圓錐滾子軸承30000(7000)－100.401.70.36雙列圓錐滾子軸承350000(97000)－1(Y1)0.67(Y2)(e)深溝球軸承60000(0000)0.0250.0400.0700.1300.2500.500100.562.01.81.61.41.21.00.220.240.270.310.370.44表14-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y(續(xù))軸承類型相對軸向載荷Fa/C0rFa/Fr≤eFa/Fr＞e判斷系數(shù)e名稱代號XYXY角接觸球軸承70000C0.0150.0290.0580.0870.1200.1700.2900.4400.580100.441.471.401.301.231.191.121.021.001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.5670000AC－100.410.870.6870000B－100.350.571.14例:代號為70000C軸承,若e=0.53，且Fa/Fr＞e，則X=?,Y=?二、滾動軸承的壽命計算(可靠度為90%時)通過實(shí)驗(yàn)可知，在理想狀態(tài)下(即常溫、載荷平穩(wěn)),滾動軸承的壽命L10與其所受的載荷P有如下關(guān)系式：由“基本額定動載荷”的定義可知，即L10＝1()時,則P=C，故有由上式求得：其中,ε—軸承的壽命指數(shù)理想公式一:......(b)......(c)......(4)球軸承:ε＝3滾子軸承:ε=10／3

在另一方面，軸承的壽命用小時數(shù)來表示比較方便。設(shè)軸承轉(zhuǎn)速為n，則L10＝60nL10h，故得在實(shí)際工作中，由于軸承工作溫度不一定是常溫，且所受載荷不一定是平穩(wěn)，故在壽命計算時須引入“溫度系數(shù)ft”和“載荷系數(shù)fP”來進(jìn)行修正，可得小時小時式中，溫度系數(shù)ft和載荷系數(shù)fP可分別查表14-7,14-8確定。實(shí)用公式理想公式二:......(5)......(6)......(7)表14-8載荷系數(shù)fp表14-7溫度系數(shù)ft注:當(dāng)軸承工作溫度時,溫度系數(shù)ft=1.0。軸承工作溫度/℃125150175200225250300350ft0.950.900.850.800.750.700.60.5載荷性質(zhì)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)等。中等沖擊或中等慣性力1.2～1.8車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、水力機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)、木材加工機(jī)械、傳動裝置、機(jī)床等。強(qiáng)大沖擊1.8～3.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等。例：已知軸承工作溫度t=137°,則溫度系數(shù)ft=？滾動軸承尺寸的選擇4三、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷Fa計算

當(dāng)上述二類軸承僅承受徑向載荷FR時，也會產(chǎn)生軸向力。

徑向載荷產(chǎn)生的派生軸向力1.派生軸向力方向:為了便于此法向力FNi分析，常將其分解為二分力：徑向反力FRi和軸向反力Fsi。相對于軸承的外圈，由寬邊指向窄邊。Fs

此時,所有滾動體的徑向反力FRi的合力與徑向載荷FR相平衡。所有滾動體的軸向分力Fsi的合力將組成軸承的內(nèi)部派生軸向力，用Fs表示。分析:若不計摩擦?xí)r,外圈對滾動體的力FNi是沿著接觸處公法線方向。滾動軸承尺寸的選擇42.派生軸向力Fs的大小:表14-9派生軸向力計算公式一般地說，派生軸向力Fs是有害的，迫使軸承內(nèi)圈或外圈沿軸向移動。為了消除有害的派生軸向力影響，此二類軸承必須“配對使用”，且安裝方法有如下二種。軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承7000C7000AC7000B派生軸向力FSeFR0.68FR1.14FRFR/(2Y)派生軸向力Fs的大小由前面的受力分析或表14-9來確定。反安裝正安裝O2

兩端軸承外圈寬邊相對時，稱為反安裝。這種安裝方式使兩支座反力作用點(diǎn)O1、O2相互遠(yuǎn)離，即支座跨距增大。O2O1O1

反之，兩端軸承外圈窄邊相對時，稱為正安裝。它使兩支座反力作用點(diǎn)O1、O2相互靠近，即支座跨距縮短。O1O2反安裝FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr2下面以“反安裝”為例，介紹此二類軸承的軸向載荷Fa計算方法。

若已知外載荷FA、FR

和結(jié)構(gòu)尺寸，下面進(jìn)行二軸承的軸向載荷Fa1

和Fa2計算。第一步：首先根據(jù)理力的平衡條件，可求出二軸承的徑向反力Fr1、Fr2。反安裝FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr2很顯然，此時作用在軸上的軸向載荷有三個:FA、Fs1、Fs2。第二步：根據(jù)軸承內(nèi)部派生軸向力大小和方向的確定原則，便可確定二軸承所產(chǎn)生的派生軸向力Fs1、Fs2大小和方向。第三步：根據(jù)上述三個

“軸向載荷

”之間的不同關(guān)系式，便可確定二軸承的軸向載荷Fa1=？、Fa2=？。反安裝FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr21)當(dāng)FA＋Fs2=Fs1時，則軸達(dá)到了“軸向平衡”。此種情況是工程上最理想的受力狀況,在實(shí)際工作過程中一般不會發(fā)生。此時，二個軸承的軸向載荷均為：Fa1=0；Fa2=0。滾動軸承尺寸的選擇5反安裝FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr22)當(dāng)FA＋Fs2＞Fs1時，軸有“向左”運(yùn)動的趨勢。軸承1的軸向載荷為：Fa1＝FA＋Fs2(除本身派生軸向力外,其它所有軸向力代數(shù)和)此時，軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”

。軸承2的軸向載荷為：Fa2＝Fs2

(本身派生軸向力)結(jié)論：1)“放松”端軸承的軸向載荷=本身軸承的內(nèi)部派生軸向力；2)“壓緊”端軸承的軸向載荷=除本身派生軸向力外，其它所有軸向力的代數(shù)和。滾動軸承尺寸的選擇5反安裝FRFA21Fs2Fs1Fr1Fr23)當(dāng)FA＋Fs2＜Fs1時，軸有“向右”運(yùn)動的趨勢。軸承1的軸向載荷為Fa1＝Fs1

(本身派生軸向力)此時，軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊”

。軸承2的軸向載荷為Fa2＝Fs1－FA

(除本身派生軸向力外，其它所有軸向力代數(shù)和)例1:已知軸承型號為30312，F(xiàn)r1=13600N，F(xiàn)r2=22100N，外載荷FA1=3000N，F(xiàn)A2=8000N，求兩軸承的軸向載荷Fa1和Fa2。(其中Y=1.7,)解：1.求內(nèi)部派生軸向力FsFs1=Fr1/(2Y)=13600/(2×1.7)=4000NFs2=Fr2/(2Y)=22100/(2×1.7)=6500N2.求軸向載荷Fa1和Fa2由于

FA2+Fs1

=8000+4000=12000N＞

Fs2+FA1=6500+3000=9500N,所以軸有“向右”運(yùn)動的趨勢。方向如圖軸承1被“放松”，F(xiàn)a1=Fs1=4000N(本身派生軸向力)

軸承2被“壓緊”，故Fa2=FA2+Fs1-FA!=9000N(除本身派生軸向力外,其它所有軸向力代數(shù)和)例2:如圖所示，軸上兩端正安裝一對7211AC軸承，軸的轉(zhuǎn)速n=1750r/min，軸承所受徑向載荷分別為FR1＝3300N，F(xiàn)R2＝1000N，軸上還作用有軸向載荷Fa=900N，方向指向軸承1，軸承工作時有中等沖擊，常溫，試計算兩軸承的壽命。對7000AC型軸承，按表14-9，有（2）求軸承的軸向載荷故軸承1為“松端”，軸承2為“緊端”，則方向如圖因解：（1）計算派生軸向力(本身派生軸向力)(除本身派生軸向力外,其它所有軸向力代數(shù)和)由表14-5查得7000AC型軸承（）的判別系數(shù)e=0.68，故再由表14-5查得兩軸承的當(dāng)量動載荷分別為：（3）計算當(dāng)量動載荷

由表14-7、表14-8查得ft=1，fP=1.5，由手冊查得7211AC軸承的基本額定動載荷Cr＝39200N，又因?yàn)棣牛?。由下式得（4）計算軸承壽命

由于軸承1的壽命約為4730h，軸承2的工作壽命約為43154.5h。故這對軸承的壽命為4730h。1.內(nèi)圈的軸向固定方法:1)軸肩一、滾動軸承的軸向固定§14-5滾動軸承的組合設(shè)計

在滾動軸承的設(shè)計過程中，其組合設(shè)計是難點(diǎn)和重點(diǎn)。下面，將介紹“六個”方面的設(shè)計要點(diǎn)。2)彈性擋圈特點(diǎn)：固定可靠，可承受很大的軸向力,用途最廣。特點(diǎn)：可靠性較差，只能承受很小的軸向力，應(yīng)用上受到一定限制。軸肩彈性擋圈注意：在實(shí)際應(yīng)用時，常常將上述二種方法綜合在一起使用，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈的“雙向固定”。3)軸端擋板4)圓螺母特點(diǎn)：固定可靠，可承受較大的軸向力。常用于軸的中部和端部。特點(diǎn)：固定可靠，能承受較大的軸向力及沖擊載荷。常用于軸的端部。軸端擋板圓螺母2.外圈的軸向固定方法

:1)凸肩2)孔用彈性擋圈特點(diǎn)：固定可靠，可承受很大的軸向力。特點(diǎn)：可靠性較差，只能承受很小的軸向力。凸肩孔用彈性擋圈注意：在實(shí)際應(yīng)用時，常常將上述二種方法綜合在一起使用，以實(shí)現(xiàn)外圈的“雙向固定”。3)軸承端蓋

特點(diǎn)：固定可靠，可承受很大的軸向力。常用于軸承外圈軸向固定。軸承端蓋1.兩端單向固定適用:工作溫度較低(即t≤70°)和支座跨距較小(即L≤350mm)的軸。二、軸承支座的結(jié)構(gòu)形式間隙a=0.2～0.4mmL支座簡圖AB注意：為避免溫度變化所引的溫差應(yīng)力，常在軸的一端留有很小間隙（可不畫此間隙）。2.一端雙向固定，一端游動

適用:工作溫度較高（即t＞70°)或支座跨距較大(即L＞350mm)的軸。游動端的結(jié)構(gòu)形式：

1）采用內(nèi)、外圈可分離的“N型軸承”。2）采用內(nèi)、外圈不可分離的軸承，但軸的一端必留有較大間隙，通常為“3～5mm”，且必繪出此間隙。3～5mm支座簡圖3.兩端游動但是，人字齒輪的大齒輪軸必須“兩端單向固定”

。適用:人字齒輪的小齒輪軸。支座簡圖對于：人字齒輪的小齒輪軸三、支座的剛度欲提高支座的剛度，其措施：1）增加軸承座孔的壁厚δ。2）采用加筋板的方法，提高支座部位的剛度。δ四、滾動軸承軸向游隙的調(diào)整方法：

1）通過增減軸承端蓋下的墊片厚度，來調(diào)節(jié)軸承軸向游隙的大小。2）通過擰緊或放松圓螺母來調(diào)節(jié)軸承軸向游隙的大小。墊片圓螺母五、滾動軸承軸孔的配合及標(biāo)注1.軸承內(nèi)圈與軸的配合js6，j6，k6，m6，n6

松————→緊

G7，H7，JS7，J7

松————→緊2.軸承外圈與軸承座孔的配合較緊的過渡配合：較松的過渡配合：其常用配合有其常用配合有如:Ф80k6,Ф80m63.尺寸標(biāo)注時的注意事項(xiàng):(2)滾動軸承外圈與軸承座孔之間為基軸制的過渡配合，在裝配圖尺寸標(biāo)注中，只須標(biāo)出“孔的基本尺寸”與“孔的公差代號”即可。如:Ф120H7,Ф120JS7(1)滾動軸承內(nèi)圈與軸為基孔制的過渡配合，在裝配圖尺寸標(biāo)注中，只須標(biāo)出“軸的基本尺寸”與“軸的公差代號”即可。拆卸：安裝：六、滾動軸承的安裝和拆卸2)為了便于軸承的拆卸，軸肩高度應(yīng)低于軸承內(nèi)圈高度。注意:1)在滾動軸承的安裝和拆卸時，一般只能是軸承內(nèi)圈受力，外圈和滾動體等不能受力。正確錯誤例1:軸承內(nèi)孔與軸配合的正確標(biāo)注應(yīng)為---。

AФ80H7/k6BФ80H7

CФ80k6D三者均不正例2:軸承外圈與軸承座孔配合的正確標(biāo)注應(yīng)為---。

AФ80H7/k6BФ80H7

CФ80k6D三者均不正答:C答:B

1.潤滑目的（二個）§14-6滾動軸承的潤滑和密封一、滾動軸承的潤滑1）減小軸承的摩擦與磨損2）起冷卻作用潤滑方法:油潤滑和脂潤滑二種。表14-11潤滑方式選用（表值×）（單位為mm·r/min）2.潤滑方法選用依據(jù):是根據(jù)速度因素“d×n”值大小（其中d為軸頸直徑mm,n為軸的轉(zhuǎn)速r/min），查表14-11來確定。1)脂潤滑

當(dāng)d×n值較小時(一般d×n≤16×

)，可采用“脂潤滑”。優(yōu)點(diǎn):(1)油膜強(qiáng)度高，承載能力強(qiáng)。注意事項(xiàng):脂潤滑時，其潤滑脂的充填量一般不超過軸承間隙體積的“1/3～2/3”

，以免因潤滑脂過多而引起軸承發(fā)熱，影響正常工作。(2)不易流失，易于密封。(3)結(jié)構(gòu)簡單，一次填充可使用較長時間。2)油潤滑注意事項(xiàng):

(1)通常，油潤滑適用于高速、高溫條件下工作的軸承。

(2）油潤滑的常用方式有：油浴潤滑

、飛濺潤滑、噴油潤滑等。

當(dāng)d×n值較大時(一般d×n＞16

×

)，可采用“油潤滑”。油潤滑的常用方式有：（1）油浴潤滑:是指將軸承一部分浸入潤滑油中進(jìn)行潤滑的方式。適合于:16×

＜d×n＜25×注意:油面高度不能高于最低滾動體的