第13章

滾動軸承

rollingbearing

章節(jié)要點：

1、類型及代號；

2、工作情況分析；

3、壽命計算；

4、軸承裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。§1概述二、滾動軸承組成：一、滾動軸承特點：

滾動摩擦、摩擦阻力??；標準部件、互換性好。內(nèi)圈(innerring)：（轉(zhuǎn)動）外圈(outerring)：（不動）滾動體(rollingelement)：材料：鉻軸承鋼

GCr15材料：低碳鋼、銅合金、鋁合金、塑料保持架(cage)作用：滾動體形狀§2滾動軸承類型及其代號一、類型向心軸承向心推力軸承（角接觸軸承）推力軸承滾動體形狀：球、柱、錐、滾針分類承載性質(zhì)向心軸承：徑向載荷推力軸承：軸向載荷向心推力軸承：徑向＋軸向載荷名稱：P302二、滾動軸承代號(GB/T272-1993)1）內(nèi)徑代號—

右起第1、2位數(shù)字2）直徑系列代號—

右起第3位數(shù)字代表滾動體直徑大小，含義：

0、1——

特輕系列

2——

輕系列

3——

中系列

4——

重系列基本代號——

00000

（5位數(shù)字）00—d=10mm01—d=12mm02—d=15mm03—d=17mm內(nèi)徑d=(內(nèi)徑代號)×5（mm）3）寬度系列代號—

右起第4位數(shù)字0—

正常系列，可省略。調(diào)心滾子（2）、圓錐滾子（3）不省。4）類型代號——

右起第5位數(shù)字（表13-1）代表滾動體類型，常用：6、7、3類1）接觸角代號CACB

接觸角15°25°40°后置代號

—

結(jié)構(gòu)、公差、材料等特殊要求接觸角α——

接觸點法線與半徑的夾角。

α↑→→軸向承載能力↑組別：120345代號：/C1/C2（/C0省略）/C3/C4/C5小大2）公差等級PX3）徑向游隙系列

—

軸承的分部件（字母表示）（詳見廠家樣本）前置代號級別：24566x0代號：/P2/P4/P5/P6/P6x/P0

高

低（省略）深溝球軸承寬度系列代號：正常寬度系列直徑系列代號：輕系列內(nèi)徑代號：d=75mm公差等級：0級游隙代號：0組內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：正常結(jié)構(gòu)代號舉例：例1：6

2

15圓錐滾子軸承寬度系列代號：特寬系列直徑系列代號：特輕系列內(nèi)徑代號：d=30mm內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號：正常結(jié)構(gòu)公差等級：6級游隙代號：0組3

3

1

06_P6

例2：常用滾動軸承類型、名稱（表13-1）：①調(diào)心球軸承代號：10000（舊1000）特點：自動調(diào)心載荷：徑向、雙向軸向力（不宜承受純軸向力）不平行不同軸撓曲調(diào)心球軸承代號：20000（舊3000）特點：自動調(diào)心載荷：較大徑向力、雙向軸向力②調(diào)心滾子軸承③推力調(diào)心滾子軸承代號：29000（舊39000）特點：自動調(diào)心載荷：較大軸向力、徑向力

④圓錐滾子軸承代號：30000（舊7000）特點：內(nèi)外圈可分離、成對使用載荷：較大徑向力、單向軸向力⑤推力球軸承代號：51000（舊8000）載荷：單向軸向力⑥雙向推力球軸承載荷：雙向軸向力特點：高速離心力大，磨損、發(fā)熱嚴重代號：52000（38000）⑦深溝球軸承代號：60000(舊0000)特點：高速、經(jīng)濟載荷：徑向力、較小雙向軸向力⑧角接觸球軸承代號：70000(舊6000)特點：成對使用載荷：徑向力、單向軸向力⑨圓柱滾子軸承特點：內(nèi)外圈可分離載荷：徑向力外圈無擋邊代號：N0000（舊2000）內(nèi)圈無擋邊代號：NU0000（舊32000）內(nèi)圈有單擋邊代號：NJ0000（舊42000）⑩滾針軸承代號：NA0000

（舊4000）特點：徑向尺寸小標準件→→類型尺寸§3滾動軸承類型選擇一、各類滾動軸承主要性能比較性能：取決于滾動體類型、接觸形式！承載能力：表13－1P309

滾子＞球；多列＞單列2類最大，3、N類較大。2.極限轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)精度：P309表13－1球＞滾子＞滾針6類最高，7、N類較高，離心力5類例外！自位性：適應(yīng)內(nèi)外環(huán)不同心的能力。

自位（調(diào)心）軸承＞球>滾子1、2類最好。2.抗沖擊性：螺旋滾子>滾子＞球注意：1、

1、2類（調(diào)心）

3、7類（角接觸）

2、

5類不能用于高速，也不能承受徑向力，高速時可用3、7類代替。必須成對使用！1、軸承的載荷二、滾動軸承類型選擇依據(jù)大小滾動體形狀：小→大，點→線，球→滾子滾動體尺寸：第3位代號，從2（輕）開始方向徑向力：6、N類；1、2類（調(diào)心）；NA（滾針）。軸向力：5類，高速時：3、7類。徑＋軸：3、7類徑>軸：α↓徑<軸：α↑性質(zhì)：沖擊振動↑→→優(yōu)選滾子2、軸承工作轉(zhuǎn)速滾動體形狀：球優(yōu)先；滾動體尺寸：高速時選超輕、特輕、輕；保持架：實體保持架；潤滑方式：高速時油霧潤滑。n工＜nlim4、經(jīng)濟性影響因素滾動體：球<滾子<其它；精度：P0↓；直徑系列：從輕型（2）開始。3、特殊要求調(diào)心（自位）性抗沖擊、振動裝拆性：3、N類，內(nèi)外環(huán)可分?！?工作情況分析一、內(nèi)部載荷分布內(nèi)部載荷：指各元件之間的相互作用力。推力軸承：載荷均布！向心軸承：軸向載荷：載荷均布！承載區(qū)非承載區(qū)載荷→變形上半圈：不受力下半圈：承載區(qū)→徑向載荷：承載區(qū)、非承載區(qū)。非承載區(qū)承載區(qū)承載區(qū)σt二、軸承元件的應(yīng)力變化滾動體：工作時，公轉(zhuǎn)＋自轉(zhuǎn)定環(huán)（外環(huán)）：靜止不動。最下點—σmax—固定運動內(nèi)圈受力動環(huán)（內(nèi)環(huán)）：隨軸一起轉(zhuǎn)動，應(yīng)力同上。配合內(nèi)環(huán)與軸(k6)(過盈)外環(huán)與座(H7)(間隙)FNiFrFrFriFdiαFNi三、向心推力軸承的派生軸向力1.派生軸向力（特指3、7類軸承）派生軸向力：當僅受徑向力R時，產(chǎn)生的軸向分力。當僅受徑向力Fr，有：

FNicosα＝Fri

∑Fri＝FrFd計算:P322，表13－7.Fd:使內(nèi)外環(huán)分開，

3、7類成對使用！同時有：

Fdi＝Fnisinα=FritgαFd＝∑FdiFa2.軸向載荷對載荷分布的影響Fa=FrtgαFa=1.25FrtgαFa=1.7Frtgα1、軸承元件工作時承受變應(yīng)力作用；2、因α≠0，F(xiàn)r產(chǎn)生派生軸向力Fd、其使軸承內(nèi)外圈分離；3、3、7類軸承應(yīng)成對使用，使兩軸承的Fd

相反，避免軸的竄動；4、Fr相同的情況下,當Fa>Fd時，承載滾動體數(shù)目將增多——

適當預(yù)緊；5、3、7類型軸承安裝方式：正裝、反裝。討論：§5滾動軸承尺寸選擇一、失效形式和設(shè)計準則失效形式：點蝕、磨損；塑性變形（低速n<10rpm,重載）。二、基本定義設(shè)計準則:疲勞壽命準則；靜強度準則（低速軸承）。1、軸承壽命：出現(xiàn)點蝕前軸承工作的總相對轉(zhuǎn)數(shù)，以106為單位，或在n一定時，工作的小時數(shù)。2、基本額定壽命：一批軸承，10%軸承發(fā)生點蝕時的總轉(zhuǎn)數(shù)，以

106為單位，用L10表示；對單個軸承，其達到基本額定壽命的概率為10％。3、基本額定動載荷—C

當基本額定壽命恰為106（L10=1）時，軸承所能承受的載荷值，用C表示——

反映承載能力。三、壽命計算曲線方程：PεL10=常數(shù)L10=（C/P）ε（106轉(zhuǎn)）目的：找出P－L的關(guān)系。方法：借鑒疲勞曲線σ－N。Nσ球:ε=3，滾子:ε=10/3C:由樣本、手冊可查。(L10,P)載荷—

壽命實驗曲線(1,C)=Cε×1當n已知時，可用小時表示壽命：當溫度t>120℃時，硬度↓→C↓→溫度系數(shù)ft

Ct＝ftC則：（校核式）給定預(yù)期壽命Lh’

，可求基本額定動載荷：式中：P——當量動載荷。（設(shè)計式）（選擇式）四、滾動軸承的當量動載荷2、對只能承受純徑向載荷的軸承（N、NA類）

P=fPFr3、對只能承受純軸向載荷的軸承（5類）

P=fPFa1、承受徑向(Fr)、軸向(Fa)載荷的軸承

P=fP

（XFr+YFa）

X、Y—

徑、軸向動載系數(shù),P321,表13－5fp—

載荷系數(shù),P321,表13－6實際載荷實驗載荷：不一致實際載荷與實驗載荷條件相一致的載荷當量動載荷五、3、7類軸承的軸向力Fa的計算1.軸承的徑向力Fr的計算:用力平衡法。軸承的徑向力Fr、軸向力Fa定義。2.非3、7類軸承的軸向力Fa的計算：按結(jié)構(gòu)確定。Fa1=0Fa2=FaeLL1FreFaeFr1

Fr2Fa23.3、7類軸承的軸向力Fa的計算FreFr1Fr2Fd1Fd2Fae分析在外載荷Fre、Fae作用下的情況：Fr→Fd軸向力：Fae、Fd1、Fd2

三種可能：Fd1’1、Fd2+

Fae=Fd1Fa1=Fd1=Fae+Fd2Fa2=Fd2=Fd1－Fae2、Fd2+Fae>Fd1Fa1=Fd1’

+

Fd1=

Fae+Fd2

Fa2=Fd2產(chǎn)生附加軸向力Fd1’Fd1’

+

Fd1=

Fae+Fd23、Fd2+

Fae<Fd1FreFr1Fr2Fd1Fd2FaeFd2’Fa1=Fd1Fa2=Fd2’

+

Fd2=Fae-Fd1產(chǎn)生附加軸向力Fd2’Fd1=

Fae+Fd2+

Fd2’

結(jié)論：角接觸（3、7類）軸承軸向力Fa計算方法

1）確定Fd1Fd2Fae的大小和方向,畫出簡圖；

2）判斷軸承的松緊邊；

3）松邊—

自身派生軸向力緊邊—

除自身派生軸向力外所有軸向力之和五、滾動軸承的靜載荷基本額定靜載荷(C0):產(chǎn)生上述變形時的載荷。式中：P0——

當量靜載荷P0=X0Fr+Y0FaX0、Y0——

靜載荷的徑、軸向載荷系數(shù)

S0——

靜強度安全系數(shù)P325

表13-8塑變演示目的：避免低速（n<10rpm）時產(chǎn)生塑變。方法：限制變形量（滾動體與較弱環(huán)變形量之和）不超過滾動體直徑的1/10000.計算：

或：C0/

P0≥S0C0≥S0P0例題:

擬在軸的兩端反裝兩個角接觸球軸承。已知兩軸承受到的徑向載荷Fr1=900N和Fr2=1500N，軸向力Fae=400N，轉(zhuǎn)速n=1000rpm，中等沖擊，要求壽命為20000小時。若選用7209AC軸承是否合適？Fr2Fr1FaeFd1Fd2對70000AC軸承,派生軸向力Fd＝0.68Fr1)派生軸向力Fd1＝0.68Fr1=0.68x900=612NFd2＝0.68Fr2=0.68x1500=1020N解:1.求兩軸承的軸向力2)判斷“松”“緊”邊Fd2+Fae=1020+400=1420>Fd1=612軸有向右移動趨勢:軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”3)確定軸向力軸承1:Fa1

=Fd2+Fae

＝1020+400=1420N軸承2:Fa2

=Fd2

＝1020N2.計算兩軸承的當量動載荷P1、P2P=fP（XFr＋YFa）中等沖擊載荷，取fp=1.5；e=0.681)判斷Fa/FrFa1/Fr1=1420/900=1.58>eFa2/Fr2=1020/1500=0.68=e2)確定X、Y

由Fa1/Fr1>e，查得X1=0.41Y1=0.87

由Fa2/Fr2=e，查得X2=1Y2=03)計算P1、P2P1=fP（X1Fr1＋Y1Fa1）