第十三章  滚动轴承
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第十三章 滚动轴承. 一、概述 1 、组成. 内圈( inner race ). 外圈( outer race ). 滚动体 ( rolling element ). 保持架( retainer ). 2 、 工作原理. 内圈与轴装配,随轴转动;外圈固定在轴承座上;保持架保证避免滚动体直接接触;滚动体在内外圈的滚道内滚动. 3 、滚动体的类型. 圆柱滚子 ( cylindrical roller ). 球( ball ). 圆锥滚子( taper roller ). 螺旋滚子( helical roller ).

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Presentation Transcript
第十三章 滚动轴承

一、概述

1、组成

内圈(inner race)

外圈(outer race)

滚动体

(rolling element)

保持架(retainer)

滚动轴承


2、工作原理

内圈与轴装配,随轴转动;外圈固定在轴承座上;保持架保证避免滚动体直接接触;滚动体在内外圈的滚道内滚动

滚动轴承


3、滚动体的类型

圆柱滚子

(cylindrical roller)

球(ball)

圆锥滚子(taper roller)

螺旋滚子(helical roller)

球面滚子(spherical roller)

滚针(roller needle)

滚动轴承


4、材料

强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造

保持架用软钢冲压而成,也可以用铜

GCr15

GCr15SiMn

硬度不低于60~65HRC

工作时温度不高于120℃

滚动轴承材料新发展:陶瓷

滚动轴承


5、特点

摩擦系数比滑动轴承小、稳定;

轴向结构比滑动轴承小,紧凑;

运转精度高;

消耗润滑剂少,易于维护;

某些类型轴承可同时承受径向和轴向载荷;

对轴的材料和热处理要求不高;

承受冲击载荷的能力差;

轴承不能剖分;

高速时噪声大;

寿命较低。

滚动轴承


二、轴承类型、代号及选择

1、类型

调心球轴承

调心滚子轴承

圆锥滚子轴承

推力球轴承

深沟球轴承

角接触球轴承

圆柱滚子轴承

滚针轴承

① 按所承受的外载荷分

向心轴承

主要承受径向载荷的轴承;

推力轴承

只能承受轴向载荷的轴承;

向心推力轴承

能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承。

② 按结构形式的不同分

滚动轴承


双列角接触球轴承

调心球轴承

调心滚子轴承

圆锥滚子轴承

双列圆锥滚子轴承

四列圆锥滚子轴承

滚动轴承


推力球轴承

单向推力球轴承

双向推力球轴承

深沟球轴承

角接触球轴承

不可分离型

可分离型

双半内圈角接触球轴承

滚动轴承


圆柱滚子轴承

内圈无挡边

外圈无挡边

内圈有挡边

内圈有平挡环

双列圆柱滚子

四列圆柱滚子

滚动轴承


滚针轴承

推力滚子轴承

直线轴承

滚动轴承


0—双列角接触球轴承

1—调心球轴承

2—调心滚子轴承

3—圆锥滚子轴承

4—双列深沟球轴承

5—推力球轴承

6—深沟球轴承

7—角接触球轴承

8—推力圆柱滚子球轴承

9—推力圆锥滚子球轴承

N—圆柱滚子轴承

NA—滚针轴承

2、代号

① 基本代号

接触角α:

C— 15°

AC —25°

B—40°

宽度系列代号

直径系列代号

  • ② 后置代号

  • 内部结构代号

  • 角接触球轴承(7类)

轴承的类型代号

8、0、1、2、3、4、5、6

轴承宽度依次增大

00—10mm

01—12mm

02—15 mm

03—17mm

04及以上

=代号×5

7、8、9、0、1、2、3、4、5

 轴承外径依次增大

0、1——特轻系列

2——轻系列

3——中系列

4——重系列

内径尺寸代号

B—27°~30°

圆锥滚子轴承(3类)

滚动轴承


用/P2

/P4

/P5

/P6

/P6x

/P0

表示



依次由高到低

2、4、5、6、6x、0

用/C1

/C2

/C0

/C3

/C4

/C5

表示

  • 游隙代号

  • 公差等级代号



依次由高到低

F1—碳钢

F3—球墨铸铁

F4—粉末冶金

1、2、0、3、4、5

  • 保持架及其材料代号

Q1—铝铁锰青铜

Q4—铝青铜

F——钢铁类实体保持架

Q——青铜实体保持架

M——黄铜实体保持架

W——焊接保持架

E——磷化处理保持架

滚动轴承


D—两套轴承

T—三套轴承

Q—四套轴承

P—五套轴承

S—六套轴承

B—背对背

F—面对面

T—串联

内径110mm

中系列深沟球轴承

正常宽

黄铜实体保持架

0级公差

2组游隙

排列代号

内径75mm

重系列圆锥滚子轴承

正常宽

接触角α=27°~30°

普通级公差

0组游隙

③ 前置代号

L—可分离轴承的内圈或外圈

R—不带可分离内圈或外圈的轴承

内径50mm

轻系列角接触球轴承

正常宽

接触角α=25°

4级公差

0组游隙

标注举例:

7210AC/P4

6322M/C2

3415B

滚动轴承


3、滚动轴承类型的选择

选择原则

  • 转速n高、载荷小、要求旋转精度高时,宜选用球轴承;

  • 有冲击载荷的地方,宜选用螺旋滚子轴承;

  • 纯径向载荷,可选用深沟球轴承、向心短圆柱滚子轴承、滚针轴承;

  • 有不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承、小接触角球轴承、圆锥滚子轴承;

  • 不大的纯轴向载荷,可选用推力球轴承;

  • 较大的纯轴向载荷,可选用推力滚子轴承;

滚动轴承


  • 轴向载荷和径向载荷都较大时,可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合;轴向载荷和径向载荷都较大时,可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合;

  • 对轴的中心线或轴承座中心线不重合、轴的刚度小会发生弯曲变形时,宜选用调心球轴承、调心滚子轴承;

  • 对于工作时温差较大的,由于热胀冷缩的影响,会引起轴承的轴向游动,宜选用无档边的短圆柱滚子轴承、滚针轴承;

  • 轴承座没有剖分面时,优先选用内外圈可分离的轴承;

  • 考虑经济性,球轴承比滚子轴承便宜。

滚动轴承


F轴向载荷和径向载荷都较大时,可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合;Ni,σH

FNi,σH

t

t

三、滚动轴承的载荷分析

1、元件上的载荷分布

2、元件上载荷及应力的变化

固定套圈

转动套圈

滚动轴承


3轴向载荷和径向载荷都较大时,可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合;、轴向载荷对载荷分布的影响

① 只有一个滚动体受载时

Fa=Fd=Frtanα

② 有多个滚动体受载时

滚动轴承


四、滚动轴承的寿命计算轴向载荷和径向载荷都较大时,可选用大接触角球轴承、圆锥滚子轴承、向心轴承和推力轴承的组合;

1、失效形式及计算准则

点蚀:滚动体或内外滚道上产生麻点状剥落坑。

计算准则:寿命计算

塑性变形:在静载荷和冲击载荷作用下,滚动体或内外滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑。

计算准则:静强度计算。

滚动轴承


磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。

轴承元件之一出现疲劳点蚀时的转速或工作小时数。

轴承寿命恰好为106转时,轴承所能承受的载荷值。

计算准则:校验极限转速。

2、额定寿命和额定动载荷

寿命

额定寿命

用L10表示

基本额定动载荷

用C表示

一批轴承中,10%的轴承发生点蚀破坏,而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数(106为单位)或工作小时数。

向心轴承,指纯径向载荷Cr;

推力轴承,指纯轴向载荷Ca;

角接触轴承,指使套圈产生纯径向位移载荷的径向分量。

滚动轴承


3磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。、寿命计算

球轴承, ε=3

滚子轴承,ε=10/3

ε——寿命指数

低于125℃,ft=1

超过125℃,ft查表13—4

ft——温度系数

滚动轴承


4磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。、当量动载荷

寿命计算时,把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的载荷

当量动载荷

用P表示

纯径向载荷:P=Fr

纯轴向载荷:P=Fa

径向载荷+轴向载荷:P=XFr+YFa

考虑冲击力、不平衡作用力、惯性力、轴挠曲或轴承座变形产生的附加力

fP——载荷系数

查表13—6

P=fP(XFr+YFa)

X——径向载荷系数(查表13—5)

Y——轴向载荷系数(查表13—5)

滚动轴承


5磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。、角接触轴承Fr与Fa的计算

(1)径向力

(2)轴向力

派生轴向力

  • Fae+Fd2=Fd1

派生轴向力的方向与外加轴向力方向一致的轴承为2号轴承

Fa1=Fa2=Fae+Fd2=Fd1

  • Fae+Fd2>Fd1

轴承1被压紧:Fa1=Fae+Fd2

轴承2被放松:Fa2=Fd2

滚动轴承


  • F磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。ae+Fd2<Fd1

轴承2被压紧:Fa2=Fae-Fd1

轴承1被放松:Fa1=Fd1

  • 总结

确定哪个轴承被“放松”、哪个轴承被“压紧”

被“放松”轴承:其内部派生轴向力

被“压紧”轴承:

除本身内部派生轴向力以外所有外部轴向力的代数和。

滚动轴承


6磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。、滚动轴承的静载荷

受载最大滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷

用C0(C0a或C0 r)表示

  • 当量静载荷P0

基本额定静载荷

P0=X0Fr+Y0Fa

要求轴承转动平稳的,S0取大值,以避免局部塑性变形量过大;

要求轴承转动平稳性不高的,S0取小值,以发挥最大的静载能力。

X0——当量静载荷的径向载荷系数

Y0——当量静载荷的轴向载荷系数

  • 静强度

C0≥S0P0

S0——静强度安全系数,查表13—8

滚动轴承


五、轴承的组合设计磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。

1、保证支承部位的刚性和同心度

2、轴承的配置

  • 双支点各单向固定

滚动轴承


游动支承用内外圈非分离型轴承,只要固定内圈

适用于:

支承跨度大于350mm,且工作温度变化较大的场合

游动支承用内外圈可分离型轴承,内外圈都要固定

轴向载荷较大时,固定端可用向心轴承与推力轴承组合在一起的结构。

滚动轴承


人字齿轮本身的轴向限位作用,设计成只保证一根轴相对机座固定,而另一根轴的两个轴承都必须是游动的。

3、滚动轴承的轴向紧固

(1)内圈紧固的常用方法

用于轴向力不大及转速不高场合

用于转速高、承受较大轴向力的场合

  • 弹性挡圈

用于高转速下承受大轴向力的场合

  • 螺钉固定的轴端档圈

  • 圆螺母和止动垫圈

滚动轴承


  • 轴肩定位磨损:粉尘多、润滑不良的情况下会发生磨损破坏。

用于轴向力不大且需要减小尺寸的场合

(2)外圈紧固的常用方法

  • 弹性挡圈

用于带有止动槽的深沟球轴承,外壳不便设凸肩且外壳为剖分式结构

  • 用轴用弹性档圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固

用于高转速及很大轴向力时的各类向心、推力和向心推力轴承

  • 轴承盖紧固

滚动轴承


用于轴承转速高、轴向载荷大,而不适于使用轴承盖紧固的场合

  • 螺纹环紧固

4、轴承游隙的调整

  • 端盖下的垫片来调整

螺纹处有应力集中,对轴强度有削弱

  • 用圆螺母调整

  • 用套杯与外壳之间的垫片

滚动轴承


5 、滚动轴承的配合

平均内径和平均外径的公差,统一规定用上偏差为零、下偏差为负值的分布

  • 轴承内孔与轴的配合采用基孔制

  • 轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制

滚动轴承


① 工作载荷方向不变时,转动圈紧于不动圈;

② 转速愈高,载荷愈大,振动愈强烈时应选紧的配合;

③ 当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时,应选较紧配合;

④ 对开式外壳与轴承外圈宜采用较松的配合;

⑤ 作轴向游动的轴承外圈与支承的外壳孔宜采用较松的配合;

⑥ 温度变化大时,考虑轴承各部分的温差和热传导方向,防止内圈与轴松动,外圈与座孔卡死。

滚动轴承


6 、滚动轴承预紧

提高轴承的旋转精度,增加轴承装置刚性,减小机器工作时轴的振动

  • 夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈;

  • 弹簧预紧;

  • 夹紧一对磨窄了的外圈而预紧;反装时磨窄内圈而预紧

  • 一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧;

滚动轴承


六、轴承的润滑与密封

润滑的目的:

降低摩擦阻力,散热,降低接触应力,吸振,防锈。

适用于dn值较小的场合

不便经常加润滑油的地方

1、润滑脂

  • 适用场合

  • 润滑装置

针入度

滴点

dn值大、载荷小时,应选择针入度较大的润滑脂;反之,选择针入度较小的润滑脂。

  • 主要性能指标

  • 选择

滚动轴承


2 、润滑油

粘度

  • 主要性能指标

转速越高,选用粘度越低的润滑油;

载荷越大,选用粘度越高的润滑油。

  • 选择

  • 润滑方式

不适合于高速

  • 油浴润滑

适用于要求定量供应润滑油的轴承

  • 滴油润滑

适用于转速高、载荷大,要求润滑可靠的场合

  • 飞溅润滑

适用于dn≥6×105mm•r/min

  • 喷油润滑

  • 油雾润滑

滚动轴承


3 、滚动轴承的密封装置

适用场合

<10m/s(轴颈精车)

<15m/s(轴颈抛光)

  • 接触式密封

  • 毡圈油封

用在脂润滑的地方,只适用滑动速度小于4~5m/s的地方。

  • 唇形密封圈

  • 密封环

它适用于接触面滑动速度小于100m/s的场合

滚动轴承


  • 缝隙密封

  • 甩油密封

  • 曲路密封

滚动轴承


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