1、第13章 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì),13-1 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型和代號(hào),13-2 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇,13-4 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算,13-5 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封,13-6 滾動(dòng)軸承裝置設(shè)計(jì),13-3 滾動(dòng)軸承的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,分 類(lèi),滾動(dòng)軸承,軸承的功用：用來(lái)支承軸及軸上零件 。,滑動(dòng)軸承,1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。,2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。,3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。,一、軸承的基本要求,二、軸承的分類(lèi),按摩擦性質(zhì)分,按受載方向分,按潤(rùn)滑狀態(tài)分,向心推力(徑向止推)軸承,向心(徑向)軸承,推力(止推)軸承,非液體摩擦滑動(dòng)軸承,液體摩擦滑動(dòng)軸

2、承,13-1 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型和代號(hào),各零件的作用：,外圈：支撐零件或軸系；,保持架: 將滾動(dòng)體分開(kāi)。,內(nèi)圈：支撐軸；,滾動(dòng)體：滑動(dòng)滾動(dòng)；,滾動(dòng)軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架。,內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿著滾道滾動(dòng)。,裝在機(jī)座或零件軸孔內(nèi)；,滾動(dòng)副的材料要求：,一、滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu),滾動(dòng)軸承的裝配,保持架：低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。,硬度和接觸疲勞強(qiáng)度 、耐磨性和沖擊韌性 用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達(dá)：6165HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。,優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便、 和易于互換等。,缺點(diǎn)：抗沖擊能力差、高速時(shí)出現(xiàn)噪

3、音。,滾動(dòng)軸承按其承受載荷的方向（接觸角）和滾動(dòng)體的形狀分類(lèi)。,接觸角：滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸 心線的平面之間的夾角稱(chēng)為公稱(chēng)接觸角。,接觸角 , 軸向承載能力 ,它是滾動(dòng)軸承的一個(gè)重要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。,= 0,軸承類(lèi)型,按載荷方向分,按滾動(dòng)體形狀分,向心軸承,推力軸承,圓柱滾子,圓錐滾子,球面滾子,滾針,球軸承,滾子軸承,二、分類(lèi)：,向心推力軸承,調(diào)心滾 子軸承 20000C,低,0.5 2 比10000小,能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大，具有調(diào)心性能。,圓錐滾 子軸承 30000,中,2,能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線

4、性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，成對(duì)使用。,推力球軸承 50000,低,不允許,只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。,a)單向,推力球軸承 50000,低,不允許,只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。,深溝球軸承 60000,高,816,角接觸 球軸承 70000C(=15 ) 70000AC(=25 ) 70000B(=40 ),較高,210,能同時(shí)承

5、受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。 大，承載能力越大，有三種規(guī)格。成對(duì)使用。,主要承受徑向載荷及較小的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速高，適用于轉(zhuǎn)速高、剛度大的軸。,1. 承載能力,承受徑向載荷為主；,幾點(diǎn)說(shuō)明：由于結(jié)構(gòu)不同，各類(lèi)軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說(shuō)明如下。,滾子軸承(1.53)球軸承 在同樣的外形尺寸下。,2. 極限轉(zhuǎn)速,當(dāng)d 20 mm時(shí)，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。,因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。,0 45 ,45 90 ,承受軸向載荷為主；,= 0 ,= 90 ,滾動(dòng)體為滾子，則只能承受徑向載荷； 若滾動(dòng)體為球，可承受一定的軸向載荷。,只能承受軸向載荷。,轉(zhuǎn)速過(guò)高 ,

6、溫度 ,潤(rùn)滑失效 ,滾動(dòng)體回火或膠合破壞。,極限轉(zhuǎn)速-滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤(rùn)滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。,3. 角偏差,影響軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。,角偏差 ,可采用調(diào)心軸承。,滾針軸承對(duì)軸線傾斜最敏感，應(yīng)緊可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。,軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會(huì)引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對(duì)傾斜。其傾斜角稱(chēng)為角偏差。,滾動(dòng)軸承的類(lèi)型很多，而各類(lèi)軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級(jí)、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào)，,滾動(dòng)軸承的代號(hào),寬(高)度 系列代號(hào),直徑系列 代號(hào),類(lèi)型代號(hào),尺寸系列代號(hào),2. 基本代號(hào)：表示軸承的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和尺寸。,類(lèi)型代號(hào) -左起第一位。,是軸承代號(hào)

7、的基礎(chǔ)，有三項(xiàng),成套軸承分部件代號(hào),1. 前置代號(hào)-成套軸承分部件代號(hào)。,內(nèi)徑代號(hào),推力球軸承 50000,滾針軸承 a) NA0000 b) RNA0000,省略寬度代號(hào)為0 內(nèi)徑相同，而直徑系列代號(hào)不同的四種軸承的比較。,尺寸系列代號(hào)-左起第二、三位。,特輕 輕 中 重,內(nèi)徑代號(hào) - 基本代號(hào)左起第四、五位。,3. 后置代號(hào) - 用字母（或加數(shù)字）表示。,注：公差等級(jí)中0級(jí)最低，向右依次增高，2級(jí)最高。,實(shí)例：說(shuō)明滾動(dòng)軸承 62205 和 7312AC/P6 的含義,6 2 2 05,7 (0) 3 12 AC / P6,公差等級(jí)0級(jí),13-2 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇,一、軸承類(lèi)型的選擇,1.

8、無(wú)軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,13-2 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇,一、軸承類(lèi)型的選擇,1.無(wú)軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，宜用角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承；如斜齒輪軸,13-2 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇,一、軸承類(lèi)型的選擇,1.無(wú)軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，宜用角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承；如斜齒輪軸,13-2 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇,一、軸承類(lèi)型的選擇,1.無(wú)軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)， 宜用角接觸球軸承或圓錐滾子 軸承；如斜齒輪軸,3.純軸向載荷作用時(shí)，必須采用 推力軸承

9、。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,載荷大?。?一般：滾子軸承(1.53)球軸承,當(dāng)d 20 mm時(shí)，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。,在同樣外形尺寸下，滾子軸承的承載能力大于球軸承。,軸承的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速過(guò)高 ,溫度 ,潤(rùn)滑失效 ,滾動(dòng)體回火或膠合破壞。,極限轉(zhuǎn)速-滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤(rùn)滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。具體可查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)或軸承樣本。,選用原則： 1. 球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承；,2. 在高速時(shí)，以選用超輕、特輕及輕系列的軸承；內(nèi)徑相同時(shí)，外徑越小，滾動(dòng)體就越輕小，產(chǎn)生的離心慣性力也小，；,13-3 滾動(dòng)軸承的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,二、失效形式,疲勞破壞,永久變形

10、,早期磨損,膠合,內(nèi)外圈和保持架破裂,維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)而造成。,一、滾動(dòng)體的受力分析,受純徑向載荷Fr時(shí)，上半圈滾動(dòng)體不受力；,下半圈各滾動(dòng)體受力大小方向均不同。,可以導(dǎo)出： z為滾動(dòng)體的總數(shù)。,所有水平分力相互抵銷(xiāo)，鉛垂分力與外載荷平衡。,受純軸向載荷時(shí)，各滾動(dòng)體受力相同；,對(duì)一組同一型號(hào)的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機(jī)因素的影響，即使在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對(duì)一個(gè)具體的軸承，很難預(yù)知其確切的壽命。實(shí)驗(yàn)表明：壽命與可靠性有關(guān)。如圖,軸承壽命,定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴(kuò)展跡象之前的工作小時(shí)數(shù)稱(chēng)為：,可靠度：一組相同軸承能達(dá)到或超過(guò)規(guī)定壽

11、命的百分比.,對(duì)于單個(gè)軸承而言，其損壞的可能性只有90%,單位為百萬(wàn)轉(zhuǎn)106 r，或小時(shí). 換句話說(shuō),壽命為1百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí). 可靠度為90%， 壽命為5百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí). 可靠度只有50%，,軸承壽命,13-4 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算,基本額定壽命：一組同一型號(hào)軸承，在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時(shí)，能達(dá)到或超過(guò)的壽命L(Lh),在到達(dá)額定壽命時(shí)，有90%的軸承沒(méi)壞，只損壞了10%。,基本額定動(dòng)載荷：當(dāng)一套軸承運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸 承所能承受的載荷C。.,向心軸承記為：Cr，可查表,推力軸承記為：Ca,大量試驗(yàn)得如下關(guān)系：,壽命指數(shù)：,-球軸承,-滾子軸承,用小時(shí)表示：,P-當(dāng)量動(dòng)載荷,當(dāng) t120

12、時(shí)， C ,引進(jìn)溫度系數(shù) ft 進(jìn)行修正。,一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下，滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用下的壽命。,工作中沖擊振動(dòng) Lh ,引進(jìn)載荷系數(shù) fP 對(duì)P進(jìn)行修正。,修正結(jié)果：,短時(shí)間或間斷使用，中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果 40008000,間斷使用，中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重后果 800012000,每天8h工作的機(jī)械 1200020000,每天24h連續(xù)工作的機(jī)械 4000060000,四、當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算,滾動(dòng)軸承的基本動(dòng)載荷是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下確定的。對(duì)于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對(duì)于推力軸承是指承受中心軸向載荷。實(shí)際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須將實(shí)際載荷換算成與

13、實(shí)驗(yàn)條件相同的載荷后，才能和基本額定動(dòng)載荷進(jìn)行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱(chēng)為當(dāng)量載荷。,含義：當(dāng)量動(dòng)載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響，經(jīng)換算后的假想載荷。其效果與實(shí)際載荷相當(dāng)。,計(jì)算公式：,P=X FR+Y FA,X-徑向動(dòng)載荷系數(shù)；,Y-軸向動(dòng)載荷系數(shù)。,向心軸承：,P=FR,推力軸承：,P=FA,查表1612 P260,由表13-10知，X、Y受e軸向載荷“判斷系數(shù)”影響,五、角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算,受力分析：,由于的存在，即使在徑向載荷的作用下，其接觸力可分解為徑向和軸向兩個(gè)分量。,Fi = Fi +F”i,為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動(dòng)，這種軸承應(yīng): 成對(duì)使用，對(duì)

14、稱(chēng)安裝。下面分兩個(gè)軸承面對(duì)面或背對(duì)背安裝兩種情況進(jìn)行詳細(xì)分析,-內(nèi)部軸向力,F的近似值可按如下近似公式計(jì)算,第i個(gè)滾動(dòng)體,總軸向力Fs= Fi,由于產(chǎn)生了內(nèi)部軸向力，此時(shí)軸承所承受的實(shí)際軸向力不再等于外部軸向力Fa，即： FA Fa, Fs存在 30000型、70000型軸承成對(duì)使用，使Fs與Fs方向相反，使軸受力合理。,1)安裝方式,正 裝,2）Fs方向：滾動(dòng)體相對(duì)外圈脫離的方向判斷（往哪個(gè)方向脫離即軸向力向哪邊，或據(jù)法線與軸相交的趨勢(shì)可判斷（趨勢(shì)向左即向左,趨勢(shì)向右即向右）。,內(nèi)部軸向力Fs是由于角接觸軸承承受徑向力FR引起的。,3類(lèi)：,7類(lèi)：,=,3） 簡(jiǎn)化畫(huà)法,反 裝,設(shè)計(jì)：潘存云,外

15、圈窄邊相對(duì) 面對(duì)面安裝 (正裝),外圈寬邊相對(duì)安裝 背靠背(反裝),1）根據(jù)軸承安裝方式和 FX 、 Fs1、Fs2指向，判定“壓緊端”和“放松端”。,2）放松端：FA等于本身Fs。,3）壓緊端：FA等于除本身Fs外，其它軸向力的代數(shù)和。,角接觸滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算小結(jié)：,1、求支反力（力平衡、力矩平衡）FR1、FR2；,3、根據(jù)軸承安裝方式及合力的指向判定“壓緊”、“放松”端，求出FA1、FA2；,4、根據(jù),？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,，,取,5、校核式：,設(shè)計(jì)選擇式：,深溝球軸承：無(wú)Fs，F(xiàn)A由壓緊端承受， 即：FA壓緊=FA， FA放松=0

16、,球軸承：=3 滾子軸承：=10/3,一、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑,潤(rùn)滑劑,潤(rùn)滑目的-減小摩擦、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。,13-5 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封,密封目的-防止灰塵、水分進(jìn)入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А?潤(rùn)滑脂,潤(rùn)滑油,固體潤(rùn)滑劑 用于特殊場(chǎng)合,用速度因素dn 值作為選擇潤(rùn)滑劑的條件:,- 常用,- 高速、高溫,當(dāng)dn (1.52) 105 mmr/min時(shí)，采用脂潤(rùn)滑，否則用油潤(rùn)滑。,脂潤(rùn)滑優(yōu)點(diǎn)：不容易流失、便于密封和維護(hù)，充填一 次，可運(yùn)轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間。,油潤(rùn)滑優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán) 境下使用。,dn間接反映了軸頸的圓周速度。,二、滾動(dòng)軸承的密封,潤(rùn)滑油的選擇：,潤(rùn)滑油的粘度根

17、據(jù)速度因素dn和工作溫度t來(lái)確定。,滾動(dòng)軸承的密封方式的選擇與潤(rùn)滑的種類(lèi)、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。,分類(lèi),接觸式,非接觸式,組合式密封,毛氈圈密封,密封圈密封,間隙密封,迷宮式密封,-毛氈迷宮式密封,例如： dn=100000，t=90 ,可用 110 號(hào)潤(rùn)滑油,適用場(chǎng)合： 脂潤(rùn)滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓周軸速度v45 m/s，工作溫度不超過(guò)90,矩形斷面的毛氈圈被安裝在梯形槽內(nèi)，它對(duì)軸產(chǎn)生一定的壓力而起到密封作用。,適用場(chǎng)合： 脂或油潤(rùn)滑，軸頸圓周軸速度v45 m/s，工作溫度: -40100,防漏油,防灰塵,密封唇朝外，主要目的是防灰塵、雜質(zhì),接觸式密封：,錯(cuò)誤結(jié)構(gòu),適用場(chǎng)合

18、： 脂潤(rùn)滑，要求環(huán)境干燥清潔。,靠軸與端蓋之間的細(xì)小環(huán)形間隙密封，間隙愈小愈長(zhǎng)，效果愈好，間隙取0.10.3 mm。,間隙封圈,=0.10.3 mm,非接觸式密封：,適用場(chǎng)合：脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑，工作溫度不高于密封用 脂的滴點(diǎn)。密封效果可靠。,圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會(huì)變長(zhǎng)，間隙取 =1.52 mm。,迷宮式封圈,=0.10.2 mm,=1.52 mm,將旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的間隙做成迷宮形式，并在間隙中充填潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂以加強(qiáng)密封效果。分為徑向和軸向兩種結(jié)構(gòu)。,適用場(chǎng)合：適用于脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑，密封效果可靠。,也可以把多種密封形式組合在一起。這是組合密封的一種型式-毛氈加迷宮，可充分發(fā)揮各自

19、的優(yōu)點(diǎn)，提高密封效果。組合密封的方式很多，不一一列舉。,組合式密封：,一、軸承的固定,固定方式,為了保證軸承在機(jī)器中正常工作，除合理選擇軸承類(lèi)型、尺寸外，還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)，處理軸承與其周?chē)慵闹g的關(guān)系，也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其它零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤(rùn)滑密封等一系列問(wèn)題。,兩端固定,一端固定、一端游動(dòng)。,兩端固定支承,13-6 滾動(dòng)軸承裝置設(shè)計(jì),兩端固定支承,2. 一端固定、一端游動(dòng),固定支承,游動(dòng)支承,一個(gè)支點(diǎn)雙向固定以承受軸向力、另一端游動(dòng)。,適用于溫度變化較大的長(zhǎng)軸。,選用深溝球軸承時(shí)， 外圈與端蓋間應(yīng)留有間隙。,二、 軸承組合的調(diào)整,加減墊片的厚度,

20、1. 軸承間隙的調(diào)整,螺釘調(diào)整,方法：,螺釘調(diào)整,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,2. 軸承的預(yù)緊,對(duì)于某些可調(diào)游隙的軸承，在安裝時(shí)給與一定的軸向壓緊力，使得內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)而消除游隙，并在套圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形，借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度。這種方法稱(chēng)為軸承的預(yù)緊。,方法,加金屬墊片,磨窄套圈,3. 軸承組合位置的調(diào)整,對(duì)于某些可調(diào)游隙的軸承，在安裝時(shí)給與一定的軸向壓緊力，使得內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)而消除游隙，并在套圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形，借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度。這種方法稱(chēng)為軸承的預(yù)緊。,目的：使軸上的零件具有準(zhǔn)確的工作位置。如齒輪、帶輪等,例如：圓錐齒輪傳動(dòng)，要求兩個(gè)節(jié)錐頂點(diǎn)相重合。,對(duì)于蝸桿傳動(dòng)，要求蝸輪中間