机械设计滚动轴承课件.ppt

1、1机械设计 滚动轴承2第第9章章 滚动轴承滚动轴承9.1滚动轴承的组成、材料滚动轴承的组成、材料9.2滚动轴承的类型及选用滚动轴承的类型及选用9.2.1滚动轴承的类型、特点滚动轴承的类型、特点9.2.2滚动轴承的代号滚动轴承的代号9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择39.1.1滚动轴承的组成滚动轴承的组成 内内 圈圈 外圈外圈 保持架保持架 滚动体滚动体 材料材料4滚动体的形状圆柱滚子球面滚子圆锥滚子球滚针5保持架材料：低碳钢；铜、铝、塑料保持架材料：低碳钢；铜、铝、塑料 保持架的作用：避免滚动体直接接触，保持架的作用：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损。减少发热和磨损。6轴承内、外

2、圈、滚动体材料：强度高、耐磨性好轴承内、外圈、滚动体材料：强度高、耐磨性好轴承钢：铬猛合金钢，例如轴承钢：铬猛合金钢，例如轴承铬钢轴承铬钢GCr15， 硬度硬度 6065 HRC保持架：低碳钢；铜、铝、塑料保持架：低碳钢；铜、铝、塑料轴承材料轴承材料79.2.1 滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的主要类型及特点n（一）滚动轴承的主要类型，性能和特点n向心轴承向心轴承：主要承受径向载荷Rn 深沟球轴承（6）n 圆柱滚子轴承（N）n 调心球轴承（1）n推力轴承推力轴承：只能承受轴向载荷An 推力球轴承（5）n向心推力轴承向心推力轴承：R + An 角接触球轴承（7）n 圆锥滚子轴承（3）81423

3、5NAN29679.2.1 滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的主要类型及特点P288表表9-29接触角：向心推力轴承滚动体与外圈接触处的法线与半径方向的夹角。载荷角：轴承实际承受的径向载荷R 与轴向载荷A的合力与半径方向的夹角。n角接触球轴承（7） 圆锥滚子轴承（3） NNRA9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的主要类型及特点10 圆柱滚子轴承（N）9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的主要类型及特点11 圆柱滚子轴承（N）9.2.1 滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的主要类型及特点129.2.2滚动轴承的代号滚动轴承的代号（GB/T27293） 后置代号后置代号 特殊材料

4、特殊结构 C15 AC25 B 40 公差/P2、4、5、6、6x、0 游隙/C1、2、0、3、4、5例：7211C/P5角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径55、接触角15 5级精度；常用游隙。 基本代号基本代号 五 四 三 二 一 类型 内径20480 直径系列2轻3中4重 宽度系列多数正常系列可不标前置代号前置代号分部件：内圈L外圈保持架 K 滚动体139.2.3滚动轴承的类型选择n（一）轴承的载荷（一）轴承的载荷n（二）轴承的转速（二）轴承的转速n（三）轴承的调心性能（三）轴承的调心性能n（四）轴承的安装与拆卸（四）轴承的安装与拆卸n（五）经济性（五）经济性14 大小：滚子轴承优于球轴

5、承 方向：径向R（6、1、N）轴向A（5）R+ A（7、3、6） 9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择（一）轴承的载荷（一）轴承的载荷15 （一）轴承的载荷（一）轴承的载荷9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择16 （一）轴承的载荷（一）轴承的载荷9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择17极限转速nlim ：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴承的最大允许转速。对高转速的轴承：1.优先选用球轴承（润滑的阻力）2.轻系列轴承优于中、重系列（离心力）3.实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）4.提高公差等级、改善润滑条件等（二）轴承的转速（二）轴承的转速9.2.

6、3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择18 推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择（二）轴承的转速（二）轴承的转速19 （三）轴承的调心性能（三）轴承的调心性能81624239.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择20 （四）轴承的安装与拆卸（四）轴承的安装与拆卸9.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择219.2.3滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择 （五）经济性（五）经济性滚动体采用球比滚子便宜，精度适宜229.39.3滚动轴承的载荷分析、失效形式与滚动轴承的载荷分

7、析、失效形式与设计准则设计准则9.3.1工作情况分析9.3.2失效分析与设计准则9.49.4滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷9.4.2滚动轴承的当量动载荷9.4.3角接触轴承的载荷的计算9.4.4滚动轴承的寿命计算9.59.5滚动轴承的静载荷计算滚动轴承的静载荷计算基本额定静载荷 当量静载荷 静载荷计算239.6一支撑处成对安装角接触轴承的计算特点9.7滚动轴承的机械转速9.8滚动轴承的润滑9.9其他滚动轴承简介249.3滚动轴承的失效形式与设计准则1.运动关系：内外圈相对回转；滚动体 既自转又公转。2.轴承中载荷的分布：n推力轴承 F0 =

8、Fa /zn向心轴承，在载荷Fr 的作用 下，假设下半圈滚动体受力； 根据变形关系，中间滚动体受 力最大，向两边逐渐减小。R9.3.19.3.1工作情况分析工作情况分析)39(/6 . 4/08. 4)29(/5/37. 4:maxmaxzFzFFzFzFFrrrr滚子：球25n角接触轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。n 为保证半圈滚动体 受力，则：Pi球轴承Fa/Fr1.22tg滚子轴承Fa/Fr1.26tg轴向载荷的利弊？ Fa/Fr = tg FaFr9.3.1滚动轴承的工作情况分析滚动轴承的工作情况分析26（二）轴承元件上的载荷及应力的变化载荷R

9、轴向力由滚动体平均分担受最大径向载荷的滚动体负载为rFzF509.3.19.3.1工作情况分析工作情况分析图9-7 内圈应力变化（滚动体）图 9-8 固定套圈应力变化27（一）滚动轴承的失效形式 失效形式 对策1. 点蚀点蚀 寿命计算寿命计算2. 塑性变形塑性变形 静载荷计算，正确使用静载荷计算，正确使用3. 磨损 润滑，密封4. 元件回火 润滑，散热，限制最高转速5. 元件破裂 正确安装使用9.3.29.3.2滚动轴承失效形式与设计准则滚动轴承失效形式与设计准则289.3.29.3.2滚动轴承失效形式与设计准则滚动轴承失效形式与设计准则（二）设计准则（二）设计准则转速小于转速小于10r/mi

10、n, 静强度计算静强度计算转速大于转速大于10r/min, 寿命计算寿命计算高速轴承，寿命计算，校验极限转速高速轴承，寿命计算，校验极限转速299.4.19.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷 1.基本额定寿命基本额定寿命 ：一批相同的轴承中90的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数（以106为单位）或小时数。基本额额定寿命用基本额额定寿命用 L10或L10h 来表示。（一）（一）基本额定寿命基本额定寿命30（二）滚动轴承的基本额定动载荷 轴承的基本额定动载荷为使轴承的基本额定寿命等于106次的载荷值，用符号C表示。对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载

11、荷Cr ，对于深沟球轴承、角接触球轴承或圆锥滚子轴承 径向基本额定动载荷Cr对推力轴承 轴向基本额定动载荷Ca9.4.19.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷Cr 、Ca可从手册中查出可从手册中查出319.4.29.4.2滚动轴承的当量动载滚动轴承的当量动载荷荷 仅能承受径向载荷的轴承N类 P = fpR仅能承受轴向载荷的轴承 5类 P = fpAP = fp（X Fr+Y Fa）轴向载荷系数，表9-7，e径向动载荷系数冲击载荷系数 表9-8（9-6）（9-7）（9-8）ctgY4 . 032载荷寿命曲线（6208）CPL101. 基本额定寿命计

12、算 由实验作出轴承的疲劳曲线，图中的曲线方程为：)99(10)(610rPCL9.4.49.4.4滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算339.4.49.4.4滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算n1. 基本额定寿命计算)99()(10PCL)109()(6010610PCnLh)119(10606NLnPCh工作温度高于120时：Ct=ftC温度系数 ft查表9-9推荐值预期寿命表hL109342. 修正额定寿命计算)129()/(321PCaaaLna。取分析及实验确定，通常使用条件修正系数，由厂家给出；材料特性修正系数，由；可靠性修正系数，表表示失效概率；，任意使用条件下的寿命1_119_

13、321aaanLna9.4.49.4.4滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算359.4.39.4.3角接触轴承角接触轴承的的载荷的计算载荷的计算 1、内部轴向力、内部轴向力2、角接触角接触轴承的轴向载荷轴承的轴向载荷3、角接触角接触轴承的轴承的当量动载荷例题 361、角接触轴承的内部轴向力、角接触轴承的内部轴向力Fs4第十三章滚动轴承第十三章滚动轴承134 滚动轴承的工作情况（三）轴向载荷对载荷分布的影响Pi tg1.25tg 半圈滚动体受力； tg1.7tg 所有滚动体受力。轴向载荷的利弊？ SSirriFiF)cos(s9.4.39.4.3角接触轴承角接触轴承的的载荷的计算载荷的计算 l由

14、于接触角存在，受径向载荷作用时，滚动体的反力可分为径向分力和轴向分力，各轴向分力之和即为轴承内部轴向力。（图9-11）保证半圈受力FS1.25 Fr tg由于存在内部 轴向力，角接触轴承通常成对使用。37角接触轴承的内部轴向力，其方向方向视正、反装情况而定 正装（面对面） 反装（背对背）FrFaFaFrR1R2R2R1S1S1S2S2保证半圈受力Y、e查表9-770000C的e值 可试取0.4 30000 70000C 70000AC 70000BFs =Fr/2Y Fs =e Fr Fs =0.68 Fr Fs =1.14 Fr 表9-121、内部轴向力、内部轴向力Fs(大小、方向大小、方向

15、)9.4.39.4.3角接触轴承角接触轴承的的载荷的计算载荷的计算 径向力Fr的计算由受力平衡条件求出内部轴向力的大小（p304表9-12）38根据Fs1、 Fs2及外加轴向载荷FA“判断”：FrFAR1R2Fs1 Fs2轴承 1被压紧，轴承2被放松则 Fa1= FA + Fs2 Fa2= Fs2结论： 1. “放松”轴承的轴向力等于其内部轴向力； 2. “压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。 轴承2 被压紧，轴承1 被放松则 Fa1= Fs1 Fa2= Fs1 - FA2 1 2、角接触轴承的轴向载荷、角接触轴承的轴向载荷Fa12SASFFF12SASFFF392、角接触轴承的轴向载荷

16、、角接触轴承的轴向载荷Fa 总结：轴承轴向力总结：轴承轴向力Fa的确定：的确定：1、确定轴承的内部轴向力内部轴向力Fs的大小及方向，的大小及方向，2、确定轴系所受外部轴向力FA的大小及方向，3、根据力的平衡条件确定哪个轴承被压紧，哪个轴承放松4、“放松”轴承的轴向力等于其内部轴向力； “压紧”轴承的轴向力等于外部轴向力的代数和。FrFAR1R2Fs1 Fs22 1 40)(arpYFXFfP3、向心推力轴承的当量动载荷、向心推力轴承的当量动载荷 由径向受力平衡条件求出支点反力 FAFrFr2Fr141n摆动、转速极低及短期受冲击的轴承会产生塑性变形。针对失效形式应进行静载荷计算。n基本额定静载

17、荷C0：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。n当量静载荷P0： P0 =X0Fr+Y0Fa （9-19）n静载荷计算：000000/)229(SPCPSC或S0 静强度安全系数，表9-14S0 1？9.5 滚动轴承的静载荷计算滚动轴承的静载荷计算42例题：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承30205，轴上径向载荷Fr=3000N,轴向载荷FA=500N,求轴承的轴向载荷。1.计算径向力Fr1= Fr2 = 1500N5050Fr1Fr2Fr FA2.计算内部轴向力Fs R1R2FA=500NS1S2查附录表2，Y=1.6NYFFFrss7 .4686 . 1

18、21500212143 轴承放松 ： Fa1= Fs 1=468.7N轴承压紧： Fa2 = FA + Fs 1=968.7NR1R2FA=500NS1S2n3.计算轴向载荷21sAsFFF44 例：图示斜齿轮轴系，两端正装两个圆锥滚子轴承，轴颈d0=3035mm； 齿轮分度圆直径d=45mm，Ft=3000N， Fr=1200N， Fa=900N；n=385rpm，中等冲击载荷；计算轴承寿命。1.计算径向力 垂直平面 Frr1= Frr2 = 600 Fra1= Fra2=202.5 则 FVI=397.5， FV2=802.5 水平平面 Ft1= Ft2=1500解：选取轴承型号“3020

19、6”（7206） C=24.8kN，e=0.36，Y=1.75050NFr15525 .3971500221NFr17015 .8021500222Rr1Rr2Ra1Ra2 Rt1 Rt2Fr1Fr2Fr FaFt45 轴承放松 ： F S1= Fs 1=456N轴承压紧： FS2 = Fa+S1=1356Nn3.计算当量动载荷R1R2Fa=900NS1S2NYFFrS4567 . 121552211NYFFrS5007 . 121701222P1=fPFr1=1.51552=2328NP2=fP (X Fr2 +Y Fa 2 ) =1.5 (0.4 1701+1.7 1356)=4478N

20、n2.计算轴向力由手册选轴承型号“30206” C=24.8kN，e=0.36，Y=1.7；0129. 01552456YXeFFra7 . 14 . 080. 017011356YXeFFran4.计算寿命hPCnL115155)232824800(3856010)(60103/106161hPCnL13010)447824800(3856010)(60103/10626246例题：齿轮减速器的高速轴轴承转速4000r/min,采用一对内径40mm的深沟球轴承，已知轴承径向载荷Fr=2000N，轴向载荷Fa=900N,预期寿命Lh=4000h,试选择轴承型号。解：1、求当量动载荷P)(arp

21、yFXFfP由表16-4，fp=1.345. 02000/900/raFF初定eFFCFrarr/037. 0/0，则由表16-5，得X=0.56，Y=1.9NP3679)9009 . 1200056. 0( 3 . 147NLnPChrc3297440001030006036791060366(2)求基本额定动载荷(3)选择轴承型号由附录表3，按内径d=40mm,选6308轴承Cr =40800NCrc，C0r=24000N,Fa/ C0r=0.0375,仍满足eFFra/结论：选用深沟球轴承630848n慢摆动或转速极低的轴承失效形式是塑性变形。n基本额定静载荷C0：使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷。n当量静载荷P0： P0 =X0Fr+Y0Fa n静载荷计算：000000/SPCPSC或S0 静强度安全系数，表13-8S0 1？9.5滚动轴承的静载荷滚动轴承的静载荷499.6一支撑处成对安装的角接触轴承的滚动轴一支撑处成对安装的角接触轴承的滚动轴承的寿命计算承的寿命计算计算按一个双列角接触轴承进行：基本额定动载荷：0000)8 . 06 . 0(271. 1)(62. 1nnCCCCCCrrrrrr极限转速：基本额定静载荷：（滚子轴承）球轴承X、Y按双列轴承选用，e按单列轴承选用