第7章滚动轴承的选择与校核[1].ppt

1.滚动轴承部件设计的主要内容,已知条件,设计内容,工作条件,载荷大小及性质,转速,工作温度,选择轴承的类型,轴承的组合设计,轴承的固定和调整,轴承的配合,轴承的润滑和密封,轴承寿命（尺寸）的验算,第七章 滚动轴承选择与校核,一、概述,球,滚子,圆柱滚子,滚针,鼓形滚子,圆锥滚子,除滚动体外，其它元件可有可无,2.滚动轴承的基本结构,向心轴承,径向接触轴承,向心角接触轴承,主要承受,球轴承亦能承受较小,：滚动体同外圈滚道接触点的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角,推力轴承,推力角接触轴承,轴向接触轴承,也承受较小,主要承受,只能承受,3.滚动轴承的主要类型,球轴承,滚子轴承,4.滚动轴承的代号,前置代号,基本代号,后置代号,用字母和数字表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等,例如；,用字母表示轴承的分部件,例如；L表示分离轴承 的可分离套圈,P2与P0价格相差10倍,/P6X仅用于圆锥滚子轴承,基本代号,6 1 2 0 6,宽度系列为“0”一般可以省略标注（调心滚子轴承与圆锥滚子轴承要标注）,圆柱滚子球轴承（N类）,最为常用的6类轴承,圆柱滚子轴承N,1.类型选择,(1)载荷的大小、方向和性质,载荷大小,小：,球轴承(点接触),大：,滚子轴承(线接触),载荷方向,：深沟球轴承(6类),圆柱滚子轴承,：推力球轴承(5类),推力滚子轴承,和,(6类),(5类)+(6类),角接触球轴承(7类),圆锥滚子轴承(3类),、,载荷性质,平稳：,球轴承,冲击：,滚子轴承,二、滚动轴承的选择,(2)转速和旋转精度,球轴承 极限转速 和 旋转精度 比滚子轴承的高,推力轴承 极限转速 低(离心力使滚动体与保持架摩擦严重),整体保持架 极限转速 比分离的高,球轴承,滚子轴承,高速、轻载,低速、重载,(3)调心性能,(4)其它,支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点,内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转,装拆方便,价格,球轴承比滚子轴承低,精度低的价格低(一般公差等级选 0 级),内外圈分离的轴承(圆锥滚子轴承),2.尺寸选择,轴承内径,与轴颈直径相等,直径系列,载荷很小,超轻或特轻系列,载荷很大,重系列,一般情况,轻或中系列,宽度系列,一般选正常系列,深沟球轴承,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,对于点接触轴承：,对于线接触轴承：,全部滚动体个数,三、滚动轴承的受力分析、计算准则,1.受力及其失效分析,受纯径向力：最多只有半圈滚动体受载,受纯轴向力：各滚动体均匀受力,(2)应力分布,滚动体上某点 c 的接触应力,内圈上某点 a 的接触应力,外圈上某点 b 的接触应力,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，可看成脉动循环变应力,2、失效形式及计算准则,控制动载荷,控制静载荷,控制动载荷,控制静载荷,疲劳寿命计算,静强度校核,轴承磨损，控制极限转速,四、滚动轴承的疲劳寿命计算,1、基本概念,轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数（单位为106 r）或总工作小时数（h）。,轴承寿命的离散性,目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀,基本额定寿命,一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中10 的轴承发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,用 L10 表示。,（失效概率为10）,90,10,完好,对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%,（1）载荷-寿命曲线,对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线,(2)基本额定动载荷,基本额定动载荷 C,径向,轴向,向心轴承 纯径向载荷,推力轴承 纯轴向载荷,同类轴承：,2、轴承的寿命计算式,(3)寿命计算式,外载为 P 时轴承的寿命,以小时表示,考虑到温度变化，引入温度系数,滚子轴承,球轴承,轴承的转速,预期寿命,所需额定动载荷,校核轴承寿命,已知,轴承型号(即C),外载,选择轴承型号(即C),已知,外载,预期寿命,计算寿命,预期寿命,所选轴承的额定动载荷,所需的额定动载荷,3.轴承的当量动载荷,基本额定动载荷 C,向心轴承,纯径向载荷,纯轴向载荷,推力轴承,纯载荷,当量动载荷,假想载荷,在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同,径向系数,轴向系数,载荷系数,径向载荷系数 X 和轴向载荷系数 Y 的确定,基本额定静载荷，轴承的极限静载荷值，亦分,深沟球轴承径向载荷支反力矢量合成深沟球轴承轴向载荷一为外载荷，一为零,4、向心角接触轴承（3、7 类）轴向载荷 Fa 的计算,1）角接触轴承的派生轴向力 S,径向载荷 Fr 的计算见轴系受力分析，即：,而轴向载荷：,向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分力 S。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,角接触球轴承,注意 S 的方向,径向载荷：,Y-对应于Fa/Fre时的Y值,2）角接触轴承的排列方法,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式：,正装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即派生轴向力指向相对。,反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即派生轴向力指向相背。,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小。,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置合适吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。,3）角接触轴承的轴向载荷Fa,当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 Fa？,要同时考虑轴向外载 FA 和派生轴向力 S。,S2 和 S2 都是右轴承所受的力，故：,轴承正装时：,若 S1+FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,但外圈被固定，,使得,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S2，,而左轴承被放松，,（压紧端）,（放松端）,若 S1+FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S1 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,故：,左轴承被压紧，会产生反力S1，,而右轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）,轴承反装时：,若 S2+FA S1,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势。,左轴承被压紧，会产生反力S1，,使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,哪个轴承压紧？,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,右轴承被压紧，会产生反力S 2，,使轴向力平衡：,若 S2+FA S1，,（放松端）,（压紧端）,注意：Fa（轴承）、S（由径向力派生）、FA（轴承以外）、S（移动趋势附加）,轴承正装时：,轴承反装时：,归纳如下：,分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其他轴向力的代数和。,正装时，轴向合力所指的轴承被“压紧”：,反装时，轴向合力所指的轴承被“放松”：,轴承寿命计算步骤,派生轴向力,轴向载荷,当量动载荷,校核,选择,计算,计算,静强度安全系数,当量静载荷,五、滚动轴承的静强度,2.轴承支承的结构形式,轴上两个支点上的轴承，其内外圈的固定不能只从本身着眼,要求：,在轴向力作用下，轴不产生轴向窜动,轴受热伸长时，不致于影响轴承运转,两端固定式,一端固定、一端游动式,两端游动式,支承的结构形式：,游动端：可分离轴承内外圈两侧均固定 不可分离轴承内圈两侧固定,六、滚动轴承的组合设计,较大时,较小时,较小时,较大时,滚动轴承内外圈的定位和固定,(1)两端固定,每个支点限制轴的一个方向移动，合起来限制轴的双向移动,间隙 C,受载分析,(2)一端固定、一端游动,轴承内部不能游动,一个支点限制轴的双向移动，一个支点可以轴向移动,受载分析,轴承内部可以游动,(3)两端游动,由于左右螺旋角加工误差，人字齿轮轴会左右窜动,主动轴设计为两端游动支承,从动轴设计为两端固定支承,受载分析,3.轴承支承设计的两个特殊问题,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,的排列,正装“面对面”,反装“背靠背”,必须成对、对称使用,悬臂受力,调整间隙,变小,变大,变形小,变形大,方便,不便,跨距,正装,反装,4.轴承间隙的调整,(1)轴承内部游隙的调整,垫片调整,螺钉调整,(2)轴承组合位置的调整,(3)轴承的预紧,套杯结构,利用金属垫片,消除游隙、提高旋转精度和支承刚度,位置调整,压内圈,压外圈,5.轴承的配合,配合,内圈与轴,外圈与座孔,内圈(动圈)取紧一点,外圈(不动圈)取松一点,避免滚道上某一接触点始终停留在 A 处,平稳 取松一点,变化 取紧一点,取松一点,6.轴承的装拆,定位轴肩高度应低于内圈高度,外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔,拆卸,7.轴承的润滑与密封,(1)轴承的润滑,减摩、降温,润滑脂,润滑油,重载、低速,定期添加,高速、精密件,手工定期加油、飞溅、油泵,载荷大、温度高，选粘度高的润滑油dn值大或油雾润滑，选粘度低的润滑油防轴承过热，浸油润滑时，油面不应高于最下方滚动体中心脂润滑时，脂的填充量不超过轴承空间的1/21/3,接触式,非接触式,毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫密封,防油流出、防尘进入,(2)轴承的密封,毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫密封,滚动轴承的主要特点,摩擦阻尼小，启动灵活 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构径向间隙 小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高互换性好，易于维护,缺点：抗冲击能力较差高速时噪声大，寿命较低径向尺寸大,本 章 小 结,滚动轴承类型及尺寸的选择,常用滚动轴承（3、6、7、N类）的结构及承载特点；应用的场合；内径代号、直径系列代号的含义,基本概念：滚动轴承寿命、基本额定寿命、基本额定动载荷、当量动载荷等的含义,滚动轴承的寿命计算,目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀,公式：,或：,核心：,当量动载荷 P 的计算,关键：,角接触轴承轴向载荷 Fa 的确定,要点：,角接触轴承的排列方式及派生轴向力 S 的方向,正装 S1、S2 相对；反装 S1、S2 相背,根据“压紧端”、“放松端”确定 Fa1、Fa2,滚动轴承的组合设计,与轴的结构设计密切相关,固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动；,各种固定方式的特点、受力、应用场合；,固定和游动支点轴承类型的选择、内外圈的固定方法、合理的结构设计。,游隙及位置的调整：调整的目的和方法,