第十三章滚动轴承.ppt

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1、第十三章 滚动轴承,本章教学内容,本章基本要求,要求熟悉滚动轴承的类型和特点，滚动轴承的失效形式及计算准则； 学会根据实际情况选择滚动轴承类型和型号； 学会滚动轴承的组合设计； 了解滚动轴承的固定、润滑和密封； 了解滑动轴承的特点和应用。,1.滚动轴承的类型、代号及选用 2.滚动轴承的失效形式及计算准则 3.滚动轴承的组合类型及其应用特点； 4.滚动轴承的的润滑及密封；,13.1 滚动轴承的构造及基本类型,一、滚动轴承的构造,滚动轴承是由内圈、外圈、滚动 体和保持架四个基本元件及附属 元件组成。,功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。,滚动轴承材料主要采用接

2、触强度高的铬锰合金钢制造，如滚动轴承钢GCr9、GCr15、GCr15SiMn等。,特点：滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑简便和装拆方便等优点，被广泛应用于各种机器和机构中。滚动轴承为标准零部件，由轴承厂批量生产，设计者可以根据需要直接选用。,二、滚动轴承的类型,1.按公称接触角分类 公称接触角：是指垂直于轴芯线的平面与经轴承套圈或垫圈传给滚动体的合力作用线之间的夹角。 根据其所受载荷方向或公称接触角地不同， 滚动轴承可分为以下几种：,（1）向心轴承：主要承受径向载荷 向心轴承又分为： 1）径向接触轴承：公称接触角=0， 主要承受径向载荷 2）向心角接触轴承：公称接触

3、角045， 可同时承受轴向载荷和径向载荷。,（2）推力轴承：主要承受轴向载荷，也能承受不大的径向载荷 推力轴承可分为： 1）轴向接触轴承：公称接触角=90，主要承受轴向载荷 2）推力角接触轴承：公称接触角4590， 可同时承受轴向载荷和径向载荷。,2.根据滚动体的形状分类，滚动轴承分为： 球轴承和滚子轴承。,3.按调心性分类：,1）刚性轴承：指轴承的内外圈轴线之间的允许偏斜角很小或 等于零。,2）调心轴承：指轴承的内外圈轴线之间的允许偏斜角较大。,4.综合分类：,00000,10000,角接触,20000,30000,40000,51000,52000,60000,70000,80000,深沟

4、球轴承,双列深沟球轴承,调心球轴承,圆锥滚子轴承,调心滚子轴承,圆柱滚子轴承,单向推力球轴承,推力圆柱滚子轴承,角接触球轴承,13.2 滚动轴承的代号,前置代号基本代号后置代号,基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。基本代号由轴承类型代号、尺寸代号及内径代号构成。,前置和后置代号：轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求有改变时，在其基本代号前后添加的代号。其代号及含义参见有关手册。,（1）类型代号:,（2）尺寸系列代号:,轴承尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号和直径系列代号组合而成。组合排列时，宽度系列在前，直径系列在后。由两位数字组成。,前一位数字表示向心轴承的宽度或推力轴

5、承的高度；后一数字表示轴承的外径。 两者组合后表示，同一内径轴承具有不同的外径和宽度。,如向心轴承的直径 系列代号为： 7表示超特轻； 8、9表示超轻； 0、1表示特轻； 2表示轻； 3表示中； 4表示重； 5表示特重。,宽度系列代号为： 0表示窄型； 1表示正常； 2表示宽； 3、4、5、6 表示特宽。,基本代号一般由五个数字（或字母加四个数字）组成。 当宽度系列为0时可省略。如6200 , 02为尺寸系列代号。,(3)内径代号:,内径代号由数字组成， 它表示轴承公称内径的大小。 对于常用的内径为20480（22 mm 、28 mm 、32 mm除外）mm的轴承，其内径代号一般是用内径尺寸除

6、以5的商数表示，即内径数字5； 内径为10 mm 、12 mm 、15 mm和17 mm的轴承内径代号分别为00、01、02、03； 内径为22 mm 、28 mm 、32 mm和尺寸500 mm的轴承，其内径代号直接用内径毫米数表示。,2前置、后置代号 前置、后置代号是表示轴承在结构、公差、及材料等有特殊要求时，在其基本代号左右两边添加的补充代号。其排列见参见GB/T272-1993。,13.3、滚动轴承类型的选择计算,在机械设计时，应根据轴承的工作载荷条件（如载荷的大小、性质、转速和调心性要求等）、轴承的安装、拆卸和成本等选择轴承的类型。 1、载荷条件：是指载荷的方向、大小和性质，是选择轴

7、承的重要依据。 （1）工作载荷为径向时，可选用向心轴承中的径向接触轴承，如60000、N0000。 （2）工作载荷为轴向时，可选用推力轴承，如50000、80000中的轴向接触球轴承和推力圆柱磙子轴承。 （3）当轴承的径向和轴向都有工作载荷时，宜选用角接触轴承，如转速高，宜选用70000，如转速不高，宜选用30000。,（4）当轴承的径向载荷比轴向载荷大得多且转速较高时，常 选用向心轴承，如60000型或70000型。,一、滚动轴承类型的选择,（5）当轴承的轴向载荷比径向载荷大得多且转速不高时，常用推力轴承与向心轴承的组合，如50000型与N0000型或60000型的组合，以分别承受轴向和径向

8、载荷。 （6）轴承的工作载荷较大或有冲击时，应选用线接触的滚子轴承。,2、调心性条件 当轴的工作发生偏斜较大现象时，宜选用调心轴承，如10000、20000或29000。若偏斜较小，则可选用允许偏斜较小的刚性轴承。,10000轴承,3、转速条件 球轴承的极限转速比滚子轴承的高，因此当轴的转速较高时，宜选用球轴承。对于高速、轻载的场合，可选用超轻、特轻或轻系列轴承；对于低速、重载的场合，可选用重、特重系列的轴承。 4、安装、调整条件 外圈可分离的轴承（如N0000、30000型）。在安装和拆卸时较为方便。 5、成本条件 一般情况下，球轴承比滚子轴承的价格便宜。,二、滚动轴承的失效形式和设计准则,

9、一、滚动轴承的失效形式 滚动轴承的失效主要发生在各元件的接触面上。失效形式有磨损、接触疲劳破坏、塑性变形等。 （1）磨损:开式传动或润滑不良时，滚动体的表面与内外圈滚道的工作面会产生磨损。 （2）接触疲劳破坏：轴承工作时，滚动体和内外圈之间产生相对运动，在载荷作用下，滚动体与内外圈滚道接触时，产生循环变化的接触应力，从而使各元件发生接触疲劳破坏。 （3）塑性变形：低速或间歇摆动轴承，滚道和滚动体会出现不均匀的永久塑性变形凹坑，增大摩擦，降低运转精度。,二、滚动轴承的设计准则,（1）对于在润滑良好的闭式传动中作回转运动的滚动轴承，其最主要的失效形式是接触疲劳破坏，故通常对轴承进行寿命计算，当载荷

10、较大或有冲击载荷时，有时还要进行静强度计算。 （2）对于作低速回转运动的轴承或摆动轴承，因回转次数少，主要失效形式是塑性变形，因而要进行静强度计算。 （3）对于作高速回转运动的轴承，主要失效形式是由于发热而引起的磨损和烧伤，除要寿命计算外，还应验算极限转速；对于润滑不良的滚动轴承，磨损也是其主要的失效形式，所以也要应验算极限转速。,另外还有因安装、拆卸、维护不当引起的元件断裂、锈蚀、化学腐蚀等失效形式。,三、 滚动轴承的特性与疲劳寿命计算 滚动轴承寿命计算的目的：是防止轴承在预期工作时间内产生疲劳点蚀破坏。 （一）滚动轴承的特性 1、寿命：滚动轴承的内、外圈或滚动体中任一元件的材料首次出现疲劳

11、点蚀扩展迹象之前，内外圈之间相对运转的总转数 或在某一给定的恒定转速下的运转小时数称为轴承的寿命。 2、基本额定寿命：是指一批相同型号的轴承，在相同的条件下运转时，其中90的轴承不发生疲劳点蚀失效前所转过的总转数（L10)或在一定的转速下运转的总小时数(Lh10) 。 3、基本额定动载荷：就是使轴承的基本额定寿命恰好为一百万次时，轴承所能承受的最大载荷值。对于向心轴承指纯径向载荷，对于推力轴承指纯轴向载荷。,4、额定静载荷：轴承受载后，承受载荷最大的滚动体与滚道接触处产生的接触应力（该盈利会使永久塑性变形量之和为滚动体直径的万分之一）未规定的最大允许值时，轴承所承受的载荷。 5、刚度：指轴承在

12、外载荷作用下，滚动体与滚道的弹性接触变形引起的内外圈之间的相对位移的性能。 （二）当量动载荷 当量动载荷：是一种假想载荷，在它的作用下，滚动轴承的寿命与实际复合载荷作用下的寿命相同。当量动载荷P的一般计算公式为； PXFt十YFa 滚动轴承的基本额定动载荷,是在一定的载荷条件下确定的，实际上，许多轴承工作时会同时承受径向载荷和轴向载荷的复合作用。因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转化为与基本额定动载荷条件相一致的当量动载荷，用字母P表示。,四、角接触球轴承轴向载荷的计算,角接触球轴承在承受径向载荷时，会产生轴向力FS，计算方法参见表7.4。其大小与轴承的类型有关、与其接触角的大小有关、

13、与径向载荷大小有关。方向与轴承外圈和滚动体的接触点的法向反力在轴向的分力方向一致。为使这类轴承所产生的派生轴向力有所抵消，通常将轴承成对安装使用。,五、滚动轴承轴的寿命计算,六、 滚动轴承的静载荷计算与极限转速,滚动轴承的静载荷计算：指载荷变化缓慢时、或载荷较大时或有冲击载荷时，为防止轴承各元件产生塑性变形而进行的计算。 1、当量静载荷：当量静载荷为一种假定载荷，在它的作用下，滚动轴承和套圈接触处之间产生的塑性变形量之和与实际的载荷作用下产生的塑性变形量相等。当量静载荷以P0表示，一般计算公式为； P0X0Ft十Y0Fa 式中 F0、Y0为滚动轴承静载荷的径向系数和轴向系数。 2、静载荷计算公

14、式 C0rS0P0 滚动轴承的极限转速计算：是指当轴承的转速较高时、或润滑状态不良时，为防止轴承的胶合和磨损，应限制轴承的最高转速。 滚动轴承的转速条件 nnlim,13.6 滚动轴承的组合设计,设计滚动轴承部件时，为了保证轴承能正常工作，除了要合理地选择轴承的类型和尺寸外，还应正确地进行轴承部件的组合设计，解决轴承的轴向固定、轴承组合的调整、轴承的配合与装拆以及润滑与密封等问题。 组合设计：是指轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、轴承的调整与装拆等。,一、滚动轴承的安装方式 1）对受纯径向载荷的轴，可取两个径向接触轴承对称布置； 2）对于同时承受径向载荷与轴向载荷的轴，一般采用双支承的

15、结构，每个支承由12个轴承组成。,角接触滚动轴承沿轴向的安装方式有以下两种形式：,1.正安装（面对面安装）：两角接触滚动轴承外圈的窄端面相对安装时称为正安装。一般机器多用安装。,正安装,正安装的装拆、调整比较方便，正安装时轴的跨度较小，轴的刚度好。但当轴受热膨胀时，两轴肩会分别带动轴承内圈向外移动，从而使轴承游隙减小，甚至卡死。,2.反安装（背对背安装）：两角接触滚动轴承外圈的宽端面相对安装时称为正安装。 反安装中，两轴承的压力中心O1O2之间的距离加大，即跨度较大，会使轴的刚度降低。但安装时装拆、调整比较不方便。在轴受热膨胀时，轴承游隙会增大，减低运转精度。,二、滚动轴承支承的轴系结构 普通

16、机械中轴系的支承结构通常为双支承结构，该类结构便于安装和调整，两个轴承的型号应尽量相同，以利于孔的加工和轴系结构的安装及维护。,1、两端固定支承 两个支点处的轴承的内圈分别与轴接触，每个轴承限制了轴在一个方向的轴向移动。,深沟球轴承两端固定支承,下图为正安装的两个圆锥滚子轴承的支承，每个轴承对轴都起单向固定作用。安装时可以通过调整垫片厚度的方法，来调整轴承外圈的轴向位置，改变轴承的游隙，以满足设计要求。,2、固定游动支承 一个支点轴承限制轴的双向位移，称固定支承；另一个支点轴承可以沿轴向移动，称为游动支承。,3、双游动支承,该种支承两个支承端的轴承外圈两边都留有一定的间隙，或轴承的内外圈可以作

17、相对轴向位移，因而该种支承类型属于游动支承。,三、滚动轴承的固定,1、滚动轴承的周向固定 轴承的周向固定：是指当轴承受到圆周力的作用时，为保证轴承的内圈与轴颈、外圈与轴承座孔之间不致产生相对圆周运动所采用的固定方法。主要通过合理的配合，使内外圈在装配时产生一定的过盈量来实现。 由于滚动轴承是标准件，因此内圈与轴采用基孔制n6、m6、k6、js6;外圈与箱体座孔采用基轴制J7、J6、H7、G7。,2、滚动轴承的轴向固定 轴向固定：是指当轴承受到轴向力的作用时，为保证轴承的内圈与轴颈、外圈与轴承座孔之间不致产生相对轴向运动所采用的固定方法。参见表7.11和7.12。,内圈固定：轴肩、弹性档圈、轴端

18、压板、圆螺母与止动垫圈、紧定套固定等。 外圈固定：端盖固定、箱体档肩、弹性挡圈、套筒档肩、调解杯固定等。,四、轴位置的调整和轴承间隙与预紧 1、轴向间隙的调整 在两端固定支承和固定游动支承中，为补偿轴受热以后的伸长，保证轴承不致卡死，在设计时，应使轴承端面和轴承端盖之间留有一定的间隙。为保证这个间隙，常采用以下措施： 1）调整垫片（图7.15a） 2）调整环（图7.15b） 3）可调压盖（图7.15c）,2、轴上零件位置的调整 轴上零件要有准确的轴向位置，这可以通过调整轴承的轴向位置而达到。 1）蜗杆传动要求蜗轮的主平面通过蜗杆的轴线，故而要求整个轴系可以作轴向调整。参见图7.16a。 2）锥

19、齿轮传动要求两锥齿轮的节锥顶点重合。参见图7.16b。 3）图7.16c所示是一锥齿轮传动轴的结构，轴系位置可以通过增减端盖处垫片的厚度得以改变。,3、滚动轴承的游隙 图 7.17,滚动轴承的游隙,径向游隙ur,轴向游隙ua,分别表示在无外载荷作用时，一个套圈固定，另一个套圈沿径向或轴向从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。,4、滚动轴承的预紧 滚动轴承的预紧：是指轴承未工作时，对轴承采用某种措施，使其内、外圈和滚动体上保持一定的预加轴向或径向载荷，以消除轴承游隙，并在套圈和滚动体接触处产生了弹性预变形，提高轴的旋转精度和刚度，减小轴承工作时的振动，这种方法称为预紧方法。,五、滚动轴承的安装

20、与拆卸,安装方法：主要有冷压法和温差法，常用铜锤轻打或压力机压入的方法装配。 拆卸方法：可用压力机和拆卸器拆卸。,7.6 滚动轴承的润滑与密封,滚动轴承的润滑：是指要合理地选择润滑方法和润滑剂种类的选择。为保证润滑剂的洁净和不外泄，还必须使用一定的密封方法和结构。 一、滚动轴承的润滑方法及润滑剂的选择,滚动轴承常用的润滑剂有,油：用于转速高的轴的润滑,脂：用于转速低的轴的润滑,滚动轴承常用的润滑方法有,油浴润滑：将轴承局部浸入油中。但阻力大，不适于高速。,滴油润滑：用油杯储油，靠针阀调节油量。,飞溅润滑：靠齿轮甩油润滑轴承。,喷油润滑：用油泵将油增压，经油管喷嘴把油盆到轴承上。,油雾润滑：经过

21、过滤和脱水的压缩空气，经雾化器将油雾化通入轴承。,1.润滑方法及特点,2.润滑剂的选择 参见表7.14 1）采用油润滑时，若速度高、温度低，则应选择粘度值低的润滑油。选择时，根据dn值和工作温度安图7.20选择润滑油的具体粘度值，然后选择润滑油的牌号。 2）采用脂润滑时，应根据工作温度、速度和工作环境进行选择。其特点见表7.13。 3.润滑装置 喷油润滑和油雾润滑，都需要油泵、油嘴、油的循环和过滤系统。常用的润滑装置如图7.21所示。,1.滴油润滑 图a为针阀式注油油杯,图b为 绳芯式注油油杯。当手柄卧倒时，针阀受弹簧推压向下而堵住底部油孔。手柄转90度变为直立状态时针阀上提，下端油孔敞开，润

22、滑油流进轴承，调节油孔开口大小可以调节流量。针阀式注油油杯也可用于连续润滑。,润滑油供给可以是间歇的或连续的，连续供油比较可靠。用油壶注油或提起针阀通过油杯注油，只能达到间歇润滑的作用。,用毛线或棉线做成芯捻或用线纱做成线团浸在油槽内，利用毛细管作用把油引到滑动表面上。这两种方法不易调节供油量。,2.芯捻或线纱润滑,3.油环润滑,轴颈上套有轴环（图17.10b），油环下垂浸到油池里，轴颈回转时把油带到轴颈上去。这种装置只能用于水平而连续运转的轴颈，供油量与轴的转速、油环的截面形状和尺寸、润滑油粘度等有关。适用的转速范围为60r/min100r/minn1500r/min2000r/min。速度

23、过低，油环不能把油带起；速度过高，环上的油会被甩掉。,4.飞溅润滑,以齿轮减速器为例，利用浸入油中的齿轮转动时，由润滑油飞溅成的油沫沿箱壁和油沟流入轴承。,5.浸油润滑,部分轴承直接浸在油中以润滑轴承，见图17.10c。,6.压力循环润滑,压力循环润滑（图17.10d）可以供应充足的油量来润滑和冷却轴承。在重载、振动或交变载荷的工作条件下，能取得良好的润滑效果。,润滑脂,润滑脂只能间歇供应。润滑杯（黄油杯，右图）是应用得最广的脂润滑装置。润滑脂贮存在杯体里，杯盖用螺纹与杯体联接，旋拧杯盖可将润滑脂压送到轴承孔内。也常见用黄油枪向轴承补充润滑脂。润滑脂也可以集中供应。,滑动轴承的润滑方式可根据系

24、数k选定,式中：p=F/(dB)平均压强，MPa；v轴颈的线速度，m/s；k32压力循环润滑。,二、轴承的密封,轴承的密封作用：是阻断闭式传动中的内部与外部的直接接触，可防止外部灰尘、水及杂物的侵入并阻止润滑剂从轴承中流失。分为接触式密封和非接触式密封两大类。,1.接触式密封：主要用于旋转速度不高的场合。 （1）毡圈密封：将矩形或梯形毡圈填入轴承端盖中的梯形槽中，使毡圈直接接触轴，以封住轴与端盖之间的缝隙，以达到密封的目的。特点是结构简单，便于安装、加工、但密封效果较差。用于低速脂润滑或极低速度的油润滑。,（2）密封圈密封：密封圈是标准件，材料是耐油橡胶、塑料或皮革。使用时安装在机座端盖中的槽中，依靠材料本身的弹性或装在密封圈上的弹簧作用套紧在肘上起密封作用。 密封圈的断面形状有O型、U型和J型等。 O型密封圈结构简单，装拆方便； U型和J型密封圈具有唇形结构，有的具有金属外壳。如成对使用，既可防止润滑剂外泄，又可防止外部灰尘和水等杂质进入，具有较好的密封作用。密封圈可用于相对滑动速度较大时的轴承密封。参见图7.23。,2.非接触式密封 主要有油沟密封、挡油密封、甩油密封、迷宫式密封等。,