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第十章 滚动轴承,10.1 滚动轴承的构造和特点,1,2,3,4,1、滚动轴承的组成 外圈1、内圈2、滚动体3、保持架4,滚动体的种类有,2、特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦因数小，f=0.0010.004; 2) 启动灵活； 3) 润滑容易; 4) 标准化、互换性好; 5) 但抗冲击载荷能力差，不能做成剖分式，高速时有噪音，工作寿命短。 滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可以高达4000MPa。,滚动轴承内外圈做成整体结构,而滑动轴承轴瓦可做成剖分结构,3、材料及其热处理与用途 套圈及滚动体： GCr15普通 、 9Cr18（4400C）-防锈、 Cr4Mo4V(M50)高温、 Si3N4特殊环境 渗碳淬火，硬度（6165）HRC 保持架：高聚物、低碳钢、铜、夹布胶木,各类轴承及滚动体,10.2 滚动轴承的类型和选择,10.2.1滚动轴承的类型,1)按滚动体的形状分,球轴承,滚子轴承,2),轴承公称接触角:,滚动体与外圈滚道接触点的法线和轴承半径方向的夹角,国家标准GB/T272-1993中的常用滚动轴承的类型及特性,单列,双列,3)按滚动体列数分：,多列,10.2.2滚动轴承类型的选择,选择滚动轴承类型时可参考以下几点：,（1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。,（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。,当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。,当径向和轴向载荷都较大时，应采用圆锥滚子轴承。,（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。,（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。,（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。,（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。,（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。,10.3 滚动轴承代号,表10.2 滚动轴承代号的构成,滚动轴承代号的构成,1.类型代号：,（见表10.1）,2.尺寸系列代号：承载能力发生变化,宽度系列与直径系列,3.内径代号：内径大小,4.内部结构代号,5.公差等级代号,6.游隙代号,1组游隙最小，5组游隙最大。,7.配置代号,8.轴承代号的编制规则,(1)轴承代号按表10.2所列的顺序从左至右排列。,(2)当轴承类型代号用字母表示时,字母与其后的数字之间应空一个字符。,(3)基本代号与后置代号之间应空一个字符,但当后置代号中有“-”号或“/”号时,不再留空。,(4)在尺寸系列代号中,位于括号中的数字省略不写。,(5)公差等级代号中的/P0省略不写。 (6)公差等级代号与游隙组代号同时表示时，可取公差等级代号加上游隙组号组合表示，如/P63（公差等级P6级，径向游隙3组）。,例如:,7,2,10,C,7210 C/P5/DF,/P5,/DF,轴承类型为角接触球轴承,尺寸类型代号,其中 宽度类型代号为0（省略不写） 直径系列代号为2,轴承内径,空一个字符,公称接触角,公差等级为5级,面对面配置,10.4 滚动轴承的失效形式和计算准则,10.4.1滚动轴承的失效形式,各接触点受力：受交变载荷,钢球疲劳点蚀,陶瓷球疲劳点蚀,1.疲劳点蚀：滚动轴承最常见的失效形式。,内环上的疲劳点蚀,轴承胶合,2.塑性变形：受较大静载或冲击载荷,3.磨粒磨损：杂质进入,4.胶合：高速、重载、发热,10.4.2滚动轴承的计算准则,1.寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。,2.静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。,3.校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。,10.5 滚动轴承的寿命计算,10.5.1 基本概念及公式,疲劳寿命：在一定载荷作用下运转的单个滚动轴承，出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下的小时数。 基本额定寿命： 一批相同轴承，在相同条件下运转， 90%轴承在疲劳点蚀前转过的 总转数，单位为106 r；或一定转速下的小时数。,基本额定动负荷：轴承工作温度在,以下，基本额定寿命,时，轴承所能承受的最大载荷，,用C表示。,基本额定动负荷的方向:,对于推力轴承为中心轴向载荷,对于角接触向心轴承为载荷的径向分量,对于向心轴承为径向载荷,疲劳曲线,疲劳寿命威布尔分布,载荷P1,载荷P2,载荷P1载荷P2,由实验得到的曲线,在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为,滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:,常用小时数表示基本额定寿命Lh,引入温度系数fT和载荷系数fP,10.5.2 当量动载荷,1.定义： 把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用P表示。,2.当量动载荷P的计算式：,式中,10.5.3角接触轴承的内部轴向力,表10.14 角接触轴承的内部轴向力FS,由力的平衡条件得,作用在轴承上的轴向载荷为,作用在轴承上的轴向载荷只有自身的内部轴向力,即,取轴承内圈和轴为分离体,10.6 滚动轴承的静强度计算,1.基本额定静负荷C0：滚动轴承中受载最大的滚动体与最弱座圈滚道的接触中心处引起的计算接触应力达到一定值（如对于滚子轴承为4000MPa）时的载荷。,3.滚动轴承的静强度校核公式：,2.当量静载荷P0：是一个假想载荷，在当量静载荷作用下，轴承的受载最大滚动体与滚道接触处的塑性变形总量与实际载荷作用下的塑性变形总量相同。 其作用方向与基本额定静负荷相同。,，由表10.15查取；,对于向心轴承、角接触轴承，当量静载荷取下面两式中计算出的较大值,10.7 滚动轴承的极限转速,极限转速 :轴承在一定载荷和润滑条件下所允许的最高转速。,载荷系数 ：当轴承的当量动负荷P超过0.1C时,需将手册中的极限转速乘以小于1的系数。,载荷分布系数 ：当向心轴承受轴向载荷时,需将手册中查得的极限转速乘以小于1的系数。,极限转速为：,10.8 滚动轴承部件结构设计,轴承部件：在机器中,传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及密封装置等组成为一个相互联系的有机整体。,在进行轴承部件结构设计时，主要应考虑以下几个问题。,10.8.1轴承部件的轴向固定,1.两端固定支承,分析轴向力如何承受，即力如何传到支承件上 游隙C补偿轴的伸长 对向心轴承 C=（0.250.4）mm,适用于两端固定支承适用于工作温度变化不大、两支点间跨距l(300350)mm的短轴。,对角接触轴承 C值查手册。,2.一端固定、一端游动支承 适用于工作温度变化大且两支点间跨距l350mm的长轴。,固定端如何固定 游动端如何游动,滚,3.两端游动支承,由于人字齿轮存在误差齿向载荷不均 小齿轮轴做成两端游动,4.轴承内、外圈的轴向固定方式：,内圈：轴肩、套筒、圆螺母、轴用弹性挡圈、轴端挡圈等,外圈：座孔凸肩、孔用弹性挡圈、轴承端盖、压板等,10.8.2轴承部件的调整,1.轴承间隙的调整,2.轴上传动件位置的调整,(a)加减垫片 (b)调整螺钉,垫片1调整锥齿轮位置 垫片2调整轴承间隙,径向位置由中心距保证,轴向位置用垫片调整,蜗轮位置调整,10.8.3 滚动轴承的配合,2.配合的标注： 内圈与轴：只标注轴，k5，k6 外圈与孔：只标注孔，H7，G7,1.配合种类： 轴承内圈轴：基孔制，转速高、载荷大、温度高、有振动、 内圈与轴一起转动，选用紧配合。,轴承外圈座孔：基轴制，经常拆卸、 外圈静止、半圈受载，选用松配合。,10.8.4 轴承的装拆,1.加热 (8090）0C,2.利用拆装工具,注意：内、外环用不同工具,注意：h1/4外环厚度,10.8.5 滚动轴承的润滑和密封,1.滚动轴承的润滑,（1.）润滑的目的：减少摩擦磨损、吸收振动、降低温度、防锈,（2.）润滑方式：根据速度因素dn值来选择,dn （1.52） 105 mm . r/min时 脂润滑：可承受较大载荷， 便于密封及维护， 不宜填充过多,dn （1.52） 105 mm r/min 时 油润滑：喷油或浸油、浸油高度不超过滚动体中心,浸油润滑,2.滚动轴承的密封,10.9 减速器输出轴部件设计,一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成,输出轴部件设计过程主要包括：,（1）初定尺寸,（2）画结构草图,（3）校核计算,（4）完成部件图设计,（5）完成零件图设计 （6）撰写设计计算说明书,输出轴部件设计过程主要包括,4.轴的受力分析,5.校核轴的强度 6.校核键联接的强度 7.校核轴承寿命,1883年德国的Fischer先生发明了磨制钢球的球磨机并创建FAG公司以来，伴随着滚动轴承工业的诞生和发展，FAG的产品在几乎所有可能的领域内得到了充分的认证并一直扮演着十分重要的角色，,滚动轴承的发展,滚动轴承的发展,瑞典SKF公司 新一代SKF球面滚子轴承-Explorer“探索者“系列的性能，远远超过ISO国际标准的计算方法，而ISO亦无法恰当地预测其预期寿命 -轴承如此经久耐用，它将改变工业设备的维修计划 -轴承如此先进卓越，它将为设计工程师，开拓一个充满崭新选择的世界，从而创造新一代的工业机械设备。,超低温液氢泵用混合式陶瓷轴承,滚动轴承的应用,滚动轴承的应用,這類軸承適用於內燃機和壓縮機。由于其特殊的設計，可以應用於此種高轉 速、高溫、不利于潤滑且又具有特殊載荷和運動狀態的支承。其中，KZK曲 柄銷支承用的滾針和保持架組件，採用M型保持架，可因應客戶特殊要求， 在保持架表面進行鍍銀、鍍銅處理。,滚动轴承的应用,推力軸承由滾動體、推力保持架及推力墊圈組成。滾動體可以是滾針或圓柱 滾子。滾針或圓柱滾子受到推力保持架的保持和引導，並和不同的推力墊圈 、軸圈、座圈一起工作。,滚动轴承的应用,這種軸承由薄壁沖壓外圈、保持架和整組的滾針組成，其剖面高度極小，可節 約空間，尤其適用於殼體孔不宜作為滾道的場所。與穿孔型軸承相比，封口型 軸承的一端為密閉式，可保護軸承免於雜物侵入和防止潤滑泄漏。,滚动轴承的应用,铁路车辆的行车速度不断提高，就要求配套的轴承也要达到行车安全的技术指标，图中为铁路机车轮对准高速轴承NV2232WB/YB2，速度为（160-180）km/h，寿命100万公里。,滚动轴承的应用,图中为6317绝缘轴承，用于防静电的技术领域。,