机械设计基础第第7章滚动轴承.ppt

第7章 滚动轴承,教学基本要求: 1.了解滚动轴承的结构、材料、特点和应用； 2.掌握滚动轴承的类型、代号和选择； 3.掌握滚动轴承的失效形式、设计准则及校核计算方法； 4.能正确进行滚动轴承的组合设计重点与难点: 1.滚动轴承的失效形式、设计准则及滚动轴承的选择； 2.角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷的计算以及滚动轴承基本额定寿命的计算； 3.滚动轴承的组合设计功能： 轴承是支承轴颈的部件，有时也用来支承轴上的回转零件7.1 概述,滚动轴承设计的内容一般为： ①根据工作条件合理选用滚动轴承的类型和尺寸，验算轴承的承载能力； ②综合考虑滚动轴承的定位、装拆、调整、润滑和密封等问题，进行轴承的组合结构设计7.1.1 滚动轴承的构造,滚动轴承的组成,外圈,内圈,滚动体,保持架,,支撑轴,支撑零件或轴系,滑动滚动,将滚动体分开,,,,,,,,,7.1.2轴承的材料,内、外圈和滚动体：较高的接触疲劳强度和硬度、良好的耐磨性和冲击韧性一般用特殊轴承钢（含铬合金钢）如GCr15、GCr15SiMn等制造，热处理后硬度≥60HRC，工作表面要求磨削和抛光 由于一般轴承的这些元件都经过150℃的回火处理，所以通常当轴承的t工≤120℃时，零件的硬度不会下降。

保持架可以是用低碳钢薄板冲压结构，也可以是实体式结构 冲压结构保持架生产率高，价格便宜，但制造精度差，保持架与滚动体之间的间隙较大 实体保持架可以使用铜合金，铝合金，塑料，树脂等，金属材料实体保持架须经切削加工，价格较高由于形状准确，与滚动体配合良好，因而性能较好7.1.3 滚动轴承的优缺点及应用,优点： 摩擦力矩和发热较小，在通常的速度范围内，摩擦力矩很少随速度而改变； 启动转矩比滑动轴承小； 消耗润滑剂少，便于密封，易于维护； 大大地减少了有色金属的消耗； 轴承单位宽度的承载能力较大； 标准化程度高，成批生产，成本较低缺点： 接触应力高，承受冲击载荷的能力较差，高速重载荷下轴承的寿命较低； 径向尺寸比滑动轴承大； 减振性能比滑动轴承差，工作时振动和噪音较大； 小批生产特殊的滚动轴承时成本较高滚动轴承在海上钻井平台上的应用,滚动轴承在火车车轮轴中的应用,滚动轴承在减速器中的应用,7.2 滚动轴承的类型、代号和选择,7.2.1 滚动轴承的主要类型、性能与特点,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,,,向心推力轴承,,,α,径向平面,接触点法线,,,,,,β,,,,,径向支反力R,N支点总反力,轴向支反力S,,接触角,载荷角,,2.载荷角β：总载荷N与径向平面的夹角,1.接触角α：滚动体与外圈轨道接触点的法线与轴承径向平面的夹角,注意：公称接触角越大，滚动轴承承受轴向载荷的能力越大。

α= 0˚,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针,球轴承,滚子轴承,,,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,,,向心推力轴承,表7-1 滚动轴承的主要类型和特性（续）,调心滚 子轴承 20000C,低,0.5˚ ~2˚,能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷承载能力大，具有调心性能圆锥滚 子轴承 30000,中,2’,能同时承受较大的径向和单向轴向载荷因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，成对使用推力球轴 承50000,低,不允许,只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合分为单、双向两种高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处a)单向,表7-1 滚动轴承的主要类型和特性（续）,推力球轴承 50000,低,不允许,只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合分为单、双向两种高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处深沟球轴承 60000,高,8’~16’,能承受较大的径向载荷，也可承受不大的轴向载荷摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广角接触 球轴承 70000C(α=15˚ ) 70000AC(α=25˚ ) 70000B(α=40˚ ),较高,2’~10’,能同时承受径向、轴向联合载荷。

α越大，承载能力越大，有三种规格成对使用b)双向,表7-1 滚动轴承的主要类型和特性（续）,推力圆柱 滚子轴承 80000,低,不允许,能承受很大的单向轴向载荷适用于低速重载荷场合,圆柱滚 子轴承 N0000,较高,2’~4’,能承受较大的径向载荷因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式,滚针轴承 a) NA0000 b) RNA0000,低,只能承受径向载荷承载能力大，径向尺寸特小一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低不允许,几点说明：,1、承载能力,滚子轴承≈(1.5-3)球轴承,当d ≤20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承大载荷采用滚子轴承,α= 0˚,滚动体为滚子，则只能承受径向载荷； 若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷0˚ <α<45˚,,承受径向载荷为主；,45˚ <α<90˚,,承受轴向载荷为主；,α= 90˚,,只能承受轴向载荷2、极限转速,转速过高 ,温度↑ ,润滑失效 ,滚动体回火或胶合破坏,,滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速3、角偏差,轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。

其倾斜角称为角偏差角偏差 ↑,影响轴承正常运转球轴承和滚子轴承的一般特性比较,7.2.2 滚动轴承的代号,宽(高)度 系列代号,直径系列 代号,类型代号,尺寸系列代号,,成套轴承分部件代号,1、前置代号——成套轴承分部件代号；,内径代号,内部结构改变、公差等级及其他,表7-5 前置代号及其含义,2、基本代号——表示轴承的基本类型、结构和尺寸；,⑴类型代号——基本代号左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略推力球轴承 50000,滚针轴承 a) NA0000 b) RNA0000,表7-3 滚动轴承尺寸系列代号表示法,宽度系列代号,直径系列代号,,,0系列（窄系列）多数可省略，圆锥滚子轴承和调心滚子轴承不能省略高度系列代号,,⑵尺寸系列代号——基本代号左起第二、三位,⑵尺寸系列代号——基本代号左起第二、三位,特轻,⑶内径代号 ——基本代号左起第四、五位,轻,中,重,表7-4 滚动轴承的内径代号（内径≥10mm),3、后置代号 ——用字母（或加数字）表示,⑴内部结构代号,注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高0可以省略，6x级只适用于圆锥滚子轴承⑶轴承的游隙代号,游隙：所谓滚动轴承的游隙，是将一个套圈固定，另一套圈沿径向或轴向的最大活动量。

1组 2组 0组 3组 4组 5组 (径向游隙由小到大) /C1 /C2 /C3 /C4 /C5表示,⑷轴承的配置代号,a)面对面 b)背对背 c)串联,表7-2 滚动轴承代号的构成,7 (0) 3 12 AC / P6,游隙组为0组；,6 2 2 03,公差等级为0级; 游隙组为0组；,N 1 05 / P5,游隙组为0组；,3 0 2 13,公差等级为0级; 游隙组为0组；,7.2.3滚动轴承的选择,轴承类型、尺寸系列、内径和公差等级等的选择,一、滚动轴承选择的一般过程,根据载荷性质选择轴承的类型和直径系列,,,,1） 轴承的载荷,二、滚动轴承的选择,载荷方向：,向心轴承用于承受径向力；,,1.类型选择,1） 轴承的载荷,二、滚动轴承的选择,载荷方向：,向心轴承用于承受径向力；,向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用1.类型选择,1） 轴承的载荷,二、滚动轴承的选择,载荷方向：,向心轴承用于承受径向力；,推力轴承用于承受轴向力；,向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用。

载荷大小：,一般：滚子轴承≈(1.5~3)球轴承,当d ≤20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承1.类型选择,接触角 ↑,→ 轴向承载能力 ↑,α= 0˚,承受径向载荷为主；,0˚ <α<45˚ →,45˚ <α<90˚ →,承受轴向载荷为主；,α= 0˚ →,α= 90˚ →,滚动体为滚子，则只能承受径向载荷； 若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷只能承受轴向载荷2） 轴承的转速,转速过高 →,温度↑ →,润滑失效 →,滚动体回火或胶合破坏极限转速----滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速具体可查阅设计手册或轴承样本3） 轴承的调心性能,影响轴承正常运转角偏差 ↑ →,可采用调心轴承轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜其倾斜角称为角偏差3） 轴承的调心性能,影响轴承正常运转角偏差 ↑ →,可采用调心轴承轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜其倾斜角称为角偏差滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应尽可能避免在轴线有倾斜的情况下使用调心轴承,4） 轴承的安装和拆卸,5） 轴承的经济性,直径系列：选轻系列或中系列 宽度系列：正常系列 公差等级：选０级,优先考虑用普通公差等级的轴承,2.尺寸系列、内径的选择,选用原则： a. 转速高、载荷小或旋转精度要求高时，宜选用球轴承；,b. 在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承；,c. 保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更高一些的转速；,d. 推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时，若轴向 载荷不是十分大，可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力；,e. 若工作转速超过了轴承样本规定，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选用循环冷却等方法。

7.3 滚动轴承的受力分析、失效形式和计算准则,7.3.1受力分析,一、滚动体的受力分析,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,7.3.1受力分析,一、滚动体的受力分析,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力；,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,下半圈各滚动体受力大小方向均不同二、滚动体的应力变化情况,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,----派生轴向力Fd,FNi = FSi +Fri,FS =∑FSi = ∑Fri tgβ,第i个滚动体,当角接触球轴承或圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时，由于存在接触角α ，第i个滚动体所受力为FNi可分解为轴向和径向两个分力：,所有滚动体轴向力之和：,其中： FSi = Fri tgβ,三、轴向载荷的计算,Fd将迫使内圈和轴径向右移动可按下表来计算FS,假设作用在轴上的轴向外载荷为：Fae,可查表,当多个滚动体受载时有：,当只有一个滚动体受载时：,Fa = FS,= Fr tgβ,1)假设没有外部轴向力Fae,,当多个滚动体受载时有：,2)当施加有外部轴向力Fae时,当只有一个滚动体受载时：,Fa = FS,Fa = FS =∑Fri tgβ,= Fr tgβ,> Fr tgβ,轴承不会沿轴向窜动，实际轴向力应取决于FS与Fae中较大的一个，即：,Fa =max{ FS，Fae },1)假设没有外部轴向力Fae,7.3.2滚动轴承的失效形式,其它还有锈蚀、电腐蚀和由于操作、维护不当而引起的元件破裂等失效形式。

疲劳破坏,塑性变形,早期磨损,胶 合,内外圈和保持架破裂,,维护保养不当而造成,,工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。