机械设计基础讲义第十章 滚动轴承Word文档下载推荐.docx

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保持架不承受载荷，常用的材料有：

低碳钢板、铝合金、酚醛层压布板、工程塑料等

▲滚动轴承的优缺点（与滑动轴承比较）

▲滚动轴承的设计内容

由于滚动轴承是标准件，其材料、尺寸、型号等都已标准化、系列化，同时考虑到轴承的安装、布置、调整、预紧、固定、配合、润滑、密封、轴的支承刚度等因素。

因此滚动轴承的设计包括两个方面的内容：

滚动轴承的选择设计

滚动轴承的组合设计

§

10-1滚动轴承的类型和选择

一、滚动轴承的分类

▲按轴承承受载荷的方向分

向心轴承：

——径向接触轴承

——向心角接触轴承

推力轴承：

——轴向接触轴承

——推力角接触轴承

▲按滚动体形状分——球轴承

滚子轴承

▲按滚动体列数（排数）分——单列

双列

▲按国家的标准GB分——93年国家标准，将轴承分为14类，并且用规定的代号来表示。

二、滚动轴承的基本类型、性能和特点

▲基本概念

1）游隙：

滚动体与内、外圈滚道之间的间隙

2）接触角α——滚动体与外拳滚道接触点的法线与径向平面间的夹角

向心球轴承角接触球轴承角接触滚子轴承推力球轴承

3）角偏差θ

由于轴承内圈轴线与外圈轴线不重合，发生相对倾斜的现象称为角偏差，其夹角称为角偏差。

造成倾斜的原因：

——轴承座孔不平行

——轴承座孔不同轴

——轴的弯曲变形

▲如果轴承能够在较大倾斜角的情况下正常工作，则把轴承具有的这种性能成为调心性能，具有调心性能的轴承称为调心轴承

4）、极限转速nlim

指轴承在一定的载荷及润滑条件下，轴承所允许的最大工作转速。

▲常用滚动轴承的类型名称、性能和特点

类型

代号

轴承名称

标准号

性能特点

极限

转速比

允许

角偏差

10000

GB281

双排钢球，外圈滚道为内球面形，具有自动调心性能。

主要承受径向载荷，也能承受不大的双向轴向载荷

中

3°

20000

与调心球轴承相似。

双排滚子，

有较高承载能力。

允许角偏斜小于调心球轴承

低

1°

～2．5°

30000

能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。

内、外圈可分离，安装时可调整游隙。

成对使用。

允许角偏斜较小

2’

50000

只能受单向轴向载荷

回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。

套图可分离

≈0°

能受双向的轴向载荷。

其他同推力球轴承

60000

GB276

结构简单。

主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。

高速装置中可代替推力轴承。

摩擦系数小，极限转速高，价廉。

应用范围最广

高

8’～16’

70000

GB4221

能同时受径向载荷和单向轴向载荷。

接触角α有15°

、25°

和40°

三种，轴向承载能力随接触角增大而提高。

需成对使用.

2’～10’

80000

能承受较大单向轴向载荷，轴向刚度高。

极限转速低，不允许轴与外圈轴线有倾斜

N0000

用以受较大的径向载荷。

内、外圈间可作自由轴向移动，不能受轴向载荷。

滚子与套圈间是线接触，只允许有很小角位移

2’～4’

NA0000

滚针轴承

只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸特小

不允许

▲滚动轴承类型的选择

选择滚动轴承类型时，可根据轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速的高低、轴的刚度及其他使用要求进行选择。

10-2滚动轴承的代号

▲为了便于组织生产和选择使用，国家标准GBT272—93规定的轴承代号由三部分组成：

——基本代号是轴承代号的核心；

——前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用，一般情况的可部分或全部省略。

一、基本代号

表示轴承的基本类型、结构和尺寸，包括三项内容：

XXXXX

类型代号尺寸系列代号内径代号

——类型代号：

用数字或字母表示不同类型的轴承；

——尺寸系列代号：

由两位数字组成；

——内径代号：

表示轴承公称内径的大小，用数字表示。

二、前置代号：

用字母表示，其代号及其含义可查手册。

三、后置代号：

用字母（或加数字）表示

后置代号共有8组，表示时，分别用“/”分开，其顺序及含义分别为：

1

2

3

4

5

6

7

8

内部结构

密封、防尘与

外部形状

保持架

及其材料

轴承材料

公差等级

游隙

配置

其他

第二讲

10-3滚动轴承的选择计算则

一、失效形式

滚动轴承在中心轴向载荷的作用下，可认为载荷由各滚动体平均分担；

滚动轴承在纯径向载荷作用下，受载最大的滚动体的载荷为：

滚动轴承的失效形式

1）疲劳破坏

2）永久变形

3）磨损等。

滚动轴承的设计计算准则

1）对于一般工作条件下转动轴承——寿命计算

——静强度计算

2）对于转速较低的或作摆动运动轴承——静强度计算

3）对于转速较高的轴承——除要作上述计算外，还应作极限转速的计算

二、滚动轴承寿命

1、基本概念

滚动轴承的寿命——指滚动轴承工作时，任一元件发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。

滚动轴承的基本额定寿命——指一批相同的轴承，在同样的条件下运转，当有10％的轴承发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。

用L10表示。

滚动轴承基本额定动载荷——基本额定寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载荷取为基本额定动载荷，用Cr、Ca表示

2、滚动轴承的寿命计算公式：

大量的试验表明，滚动轴承的基本额定寿命L与基本额定动载荷C、当量动载荷P之间的关系为

或h

式中ε——寿命指数，对于球轴承ε=3

对于滚子轴承ε=10/3

n——轴承的转数，r／min，

考虑轴承在温度高于100°

C下工作，基本额定动载荷C有所降低，引进温度修正系数fT；

考虑工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，引进载荷修正系数fP。

经过修正后滚动轴承的寿命计算公式为

h

轴承预期寿命的参考值见表10—13

三、滚动轴承的当量动载荷

——当量动载荷是一个假想的载荷

——在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相同。

当量动载荷P的计算式是：

对于向心轴承只承受径向载荷时

P＝Fr

对于推力轴承（α＝90°

）只承受轴向载荷时

对于能够承受径向和轴向载荷的向心轴承、角接触轴承为

四、角接触轴承轴向载荷的计算

1．载荷作用中心

角接触轴承在计算支反力时，首先要确定载荷作用中心O，它的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图所示

角接触球轴承的载荷作用中心

2、角接触轴承的内部轴向力

由于角接触轴承在结构上存在着接触角α，当它承受径向载荷Fr时，承载区内各滚动体上法向力在轴向方向分力的合力称为内部轴向力，用FS表示。

各种角接触轴承的内部轴向力FS

为了使内部轴向力得到平衡，通常角接触轴承都要成对使用，对称安装。

安装方式有正装和反装两种，如下图所示。

3、轴向载荷的计算

轴向载荷的计算需根据具体情况由力的平衡关系进行计算。

如图所示，一对角接触轴承采用正装支承，

FR——为作用于轴上的径向载荷；

FA——为作用于轴上的和轴向载荷；

Fr1、Fr2——为两轴承的径向支反力；

Fs1、Fs2——为两轴承的径向支反力作用下，相应产生的内部轴向力。

各力方向如图所示。

对1轴承：

FA和Fs2是外力

对2轴承；

FA和Fs1是外力

因FA和Fs1的方向相同

——如果Fs1＋FA＞Fs2轴有向右移动的趋势，使轴承Ⅰ“放松”，轴承Ⅱ“压紧”

Fal＝Fs1Fa2＝Fs1＋FA

——如果Fs1十FA＜Fs2轴有向左移动的趋势，使轴承I“压紧”，轴承Ⅱ“放松”

Fal＝Fs2－FAFa2==Fs2

▲如果轴承采用“反装”方式，Fal、Fa2的确定方法相同

第三讲

10-4滚动轴承的润滑和密封

一、滚动轴承的润滑

润滑的目的：

降低摩擦阻力和减轻磨损；

吸振、冷却；

防锈等。

▲润滑剂：

润滑油

润滑脂

固体润滑剂

▲润滑方式

一般根据速度因数dn值确定：

d——轴颈直径mm；

n——轴的的转速r/min

当dn＜（1.5～2）×

105——脂润滑，润滑脂的装填量一般不超过轴承空间的1/3～l/2

当dn＞（1.5～2）×

105——油润滑：

浸油润滑，油面高度不超过最低滚动体中心

飞溅润滑

喷油或喷雾润滑，适合于高速轴承

润滑油粘度选择：

主要取决于速度、载荷、温度等工作条件。

见表10—15

某些特殊环境如高温和真空条件下采用固体润滑剂。

二、滚动轴承的密封

密封目的：

阻止润滑剂的流失；

防止外界灰尘、水分等侵入轴承。

密封方式：

接触式密封：

非接触式密封：

组合式密封：

密封装置的结构和特点见下表

第六讲

10-5滚动轴承的组合结构设计

为保证轴承正常工作，除正确选择轴承类型和尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，考虑并处理好下列几方面的问题：

1）轴承的轴向位置固定；

2）轴承与其他零件的配合；

4）轴承间隙的调整；

5）轴承的安装与拆卸；

6）轴承的润滑与密封等。

一、滚动轴承的固定

1、两端单向固定

适用条件：

普通工作温度下的较短轴

为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时，端盖与轴承端面间应留有0．2～0．3mm的轴向间隙，间隙量常用垫片或调整螺钉调节。

2、一端固定、一端游动

适用条件：

轴较长、工作温度较高的场合。

二、轴承组合的调整

1、轴承间隙的调整

方法：

（1）调整轴承端盖与机座间垫片的厚度

（2）通过螺钉调整轴承外圈压盖的位置

2、轴承的预紧

对于某些可调游隙式轴承，在安装时给予一定的轴向压紧力（预紧力），使轴承内外圈产生相对位移，由此消除游隙，并使内外圈和滚动体接触处产生弹性预变形，从而提高轴的旋转精度和支承刚度，这种方法称为预紧。

（1）零用金属垫片

（2）将轴承套圈磨窄

3、轴承组合位置（轴系）的调整

目的：

使轴上的零件（如齿轮、带论等）具有准确的工作位置。

调整端盖与机座间的垫片；

调整套杯与机座间的垫片等。

三、滚动轴承的配合

滚动轴承的周向固定和径向游隙的大小是通过轴承与轴及轴承座的配合达到的。

配合的选择：

应考虑载荷的大小、方向和性质，以及轴的类型、转速和使用条件等因素。

一般来说，转动圈应比固定圈的配合要紧一些

内圈与轴的配合常取过盈配合或过渡配合，如k6、m6；

外圈与座孔的配合常取较松的过渡配合，如H7、J7、Js7

对于游动支承的轴承，外圈与座孔应取间隙配合，如G7

四、轴承的装拆

轴肩高度通常不大于内圈高度的3/4，过高不便于轴承拆卸。

对外圈也是如此应留出拆卸高度h1