《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版滾動(dòng)軸承課件

第16章滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承是支承轉(zhuǎn)軸的標(biāo)準(zhǔn)部件我國(guó)各地的軸承廠按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種類(lèi)型的軸承第16章滾動(dòng)軸承教學(xué)基本要求1.了解滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、材料、特點(diǎn)和應(yīng)用；2.掌握滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、代號(hào)和選擇；3.掌握滾動(dòng)軸承的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及校核計(jì)算方法；4.能正確進(jìn)行滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。

重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.滾動(dòng)軸承的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及滾動(dòng)軸承的選擇；2.角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷的計(jì)算以及滾動(dòng)軸承基本額定壽命的計(jì)算；3.滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。按摩擦性質(zhì)滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般為：①根據(jù)工作條件合理選用滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和尺寸，驗(yàn)算軸承的承載能力；②綜合考慮滾動(dòng)軸承的定位、裝拆、調(diào)整、潤(rùn)滑和密封等問(wèn)題，進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

滾動(dòng)軸承的構(gòu)造1、組成：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架外圈：與軸承座或零件的孔接觸；保持架:內(nèi)圈：滾動(dòng)體：滾動(dòng)；2、滾動(dòng)體形狀a)球b)圓柱滾子c)圓錐滾子d)滾針e)球面滾子e)非對(duì)稱(chēng)球面滾子1.摩擦力矩小且穩(wěn)定，易啟動(dòng)。2.軸向?qū)挾刃?，結(jié)構(gòu)緊湊。3.能同時(shí)承受軸向力和徑向力。4.易潤(rùn)滑。5.批量生產(chǎn)成本低。6.對(duì)軸的材料和熱處理要求低。7.承受沖擊載荷能力差。8.壽命短。9.振動(dòng)、噪聲大。10.不宜作成剖分式。5、工程應(yīng)用4、滾動(dòng)軸承特點(diǎn)16-1滾動(dòng)軸承的基本類(lèi)型1、按滾動(dòng)體形狀分1)球軸承2)滾子軸承(1)調(diào)心球軸承(2)推力球軸承(3)深溝球軸承(4)角接觸球軸承(1)調(diào)心滾子軸承(2)推力圓柱滾子軸承(3)圓錐滾子軸承(4)圓柱滾子軸承3)滾針軸承2、按受載方向和公稱(chēng)接觸角分：滾動(dòng)體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面之間的夾角注意：公稱(chēng)接觸角越大，滾動(dòng)軸承承受軸向載荷的能力越大。3、滾動(dòng)軸承的性能（1）承載能力滾子軸承≈(1.5~3)球軸承（2）極限轉(zhuǎn)速當(dāng)d≤20mm時(shí)，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。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。大載荷采用滾子軸承（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。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。調(diào)心軸承θ16-2滾動(dòng)軸承的代號(hào)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)。內(nèi)徑系列代號(hào)尺寸系列代號(hào)直徑系列代號(hào)寬度系列代號(hào)類(lèi)型代號(hào)例K7211/P5例：61308/P50、1---特輕系列2---輕系列3---中系列4---重系列表示軸承分部件表示軸承公差、結(jié)構(gòu)等0-窄系列（可省略）1—正常系列2—寬系列2、公差等級(jí)：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6、/P0高低/P0—普通級(jí)(代號(hào)中不標(biāo)注)直徑系列的對(duì)比6410631062106110d表16-21、內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)表16-6C1、C2、C0、C3、C4、C53、游隙代號(hào)2.軸承元件上載荷及應(yīng)力的變化在承載區(qū)，載荷零逐漸增大到最大，再逐漸減少到零——不穩(wěn)定脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力

滾動(dòng)體動(dòng)圈固定圈：滾動(dòng)體滾過(guò)便受力，大小不變→穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力二、滾動(dòng)軸承的失效形式

滾動(dòng)軸承工作過(guò)程中，滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈滾道分別受到脈動(dòng)循環(huán)交變應(yīng)力的作用。在載荷的反復(fù)作用下，首先在表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點(diǎn)蝕，使軸承不能正常工作。通常，疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。1．疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕的形成2．塑性變形當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。但在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會(huì)使軸承滾道和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生永久變形（滾道表面形成塑性變形凹坑），而使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和噪聲，運(yùn)轉(zhuǎn)精度的下降，以至軸承不能正常工作。4.膠合

通常在滾動(dòng)體和套圈之間，特別是滾動(dòng)體和保持架之間有滑動(dòng)摩擦，如果潤(rùn)滑不充分，發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)，可能使?jié)L動(dòng)體回火，甚至產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速越高，發(fā)熱越大，發(fā)生膠合的可能性就越高。注:其它還有銹蝕、電腐蝕和由于操作、維護(hù)不當(dāng)而引起的元件破裂等失效形式。三、滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算1.基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷滾動(dòng)軸承的壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下的總工作小時(shí)數(shù)。軸承壽命相當(dāng)離散，應(yīng)與一定的可靠度相聯(lián)系。滾動(dòng)軸承的基本額定壽命：一批型號(hào)相同的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，有10％的軸承產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的總工作小時(shí)數(shù)。即可靠度為90%（失效概率為10%）時(shí)軸承的壽命。注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化。比如：外載增大，額定壽命降低。因此，額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。2.滾動(dòng)軸承基本額定壽命計(jì)算

實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于相同型號(hào)的軸承，在不同的載荷P1、P2、P3、……作用下，若軸承的額定壽命為L(zhǎng)1、L2、L3、……，則：滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算公式的推導(dǎo)當(dāng)L10=1（106轉(zhuǎn)）時(shí)，其對(duì)應(yīng)的載荷為基本額定動(dòng)載荷C（N）時(shí)，基本額定壽命軸承轉(zhuǎn)速，r/min當(dāng)量動(dòng)載荷，N基本額定動(dòng)載荷，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》e為壽命指數(shù)，球軸承e=3，滾子軸承e=10/3校核軸承過(guò)程根據(jù)已知軸承從手冊(cè)中查取有關(guān)數(shù)據(jù)，比如C計(jì)算軸承所受的載荷（Fa、Fr）計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷（P）確定X、Y比較軸承實(shí)際壽命與預(yù)期壽命選擇軸承過(guò)程根據(jù)C值從手冊(cè)中查取合適大小的軸承計(jì)算軸承所受的載荷（Fa、Fr）計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷（P）確定X、Y選擇軸承類(lèi)型，估計(jì)所需軸承的預(yù)期壽命Lhˊ五、角接觸軸承軸向載荷的計(jì)算16-4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封1、潤(rùn)滑的目的

降低摩擦阻力、減輕磨損；同時(shí)，潤(rùn)滑還有降低滾動(dòng)體與座圈滾道的接觸應(yīng)力、散熱、吸震、減低噪聲和防銹等作用。2、潤(rùn)滑油潤(rùn)滑

①油浴潤(rùn)滑；②飛濺潤(rùn)滑；③滴油潤(rùn)滑；④油霧潤(rùn)滑；⑤循環(huán)冷卻油潤(rùn)滑。②飛濺潤(rùn)滑④油霧潤(rùn)滑①油浴潤(rùn)滑需注意：油面不能超過(guò)軸承最低滾動(dòng)體的中心。

3、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑

需注意：潤(rùn)滑脂在軸承中的填入量一般應(yīng)不超過(guò)軸承空間的1/3～1/2。7.5.7滾動(dòng)軸承的密封密封的目的：滾動(dòng)軸承密封的作用是防止外界灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止軸承內(nèi)潤(rùn)滑劑流失。密封的方式：接觸式密封非接觸式密封組合式密封§16-5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)一、滾動(dòng)軸承軸系支點(diǎn)固定1、雙支點(diǎn)單向固定這是最常見(jiàn)的固定方式兩端的軸承各限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)適合于工作溫度變化不大的短軸（跨距L≤400mm）考慮到軸的受熱伸長(zhǎng)，應(yīng)留出熱補(bǔ)償間隙0.2~0.3mm16-5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

為保證軸承能夠正常工作，除合理選擇軸承類(lèi)型、尺寸外，還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也就是要解決軸系的軸向位置固定、軸承與相關(guān)零件的配合、間隙的調(diào)整、裝拆等方面的問(wèn)題。2、一端固定、一端游動(dòng)(單支點(diǎn)雙向固定)動(dòng)畫(huà)固定支座游動(dòng)支座內(nèi)外圈不可分離，游動(dòng)端雙向固定內(nèi)圈內(nèi)外圈可分離，游動(dòng)端雙向固定內(nèi)外圈固定端軸承限制軸的雙向移動(dòng)，而游動(dòng)端軸承的外圈可以在座孔內(nèi)沿軸向移動(dòng)，以補(bǔ)償軸的受熱伸長(zhǎng)。適用場(chǎng)合：常用于軸較長(zhǎng)或溫差較大時(shí)的情況。3.兩端游動(dòng)兩端游動(dòng)的軸系結(jié)構(gòu)兩端均采用完全不具有軸承定位能力的軸承，整個(gè)軸系的軸向位置處于完全浮動(dòng)狀態(tài)。兩端游動(dòng)軸系的軸向位置在工作中是依靠傳動(dòng)零件確定的，一般這種軸系結(jié)構(gòu)應(yīng)用在雙斜齒輪軸系或人字齒輪軸系中。4、滾動(dòng)軸承的軸向定位和固定a)軸端擋b)圓螺母c)軸用彈性擋圈d)緊定套軸承內(nèi)圈的固定結(jié)構(gòu)a)凸肩與孔用彈性擋圈b)止動(dòng)卡環(huán)c)凸肩與軸承端蓋d)螺紋環(huán)軸承外圈的固定結(jié)構(gòu)二、軸承游隙和軸上零件位置的調(diào)整軸承游隙的大小對(duì)軸承的壽命、效率、旋轉(zhuǎn)精度、溫升及噪聲等都有很大的影響。通過(guò)改變軸承蓋與箱體之間的墊片厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。裝配中首先在不裝墊片的情況下測(cè)量端蓋與箱體之間的間隙，將這個(gè)間隙與軸系所需的工作游隙相加，就是所需的墊片總厚度。裝配時(shí)的調(diào)整1、軸承間隙的調(diào)整圖示軸向間隙是靠軸上的圓螺母來(lái)調(diào)整的，操作不甚方便，且螺紋為應(yīng)力集中源，削弱了軸的強(qiáng)度。

圖示為嵌入式軸承端蓋結(jié)構(gòu)，在端蓋與軸承之間有一墊圈，在裝配中可以通過(guò)調(diào)整（或選配）這一墊圈的厚度實(shí)現(xiàn)正確的軸向間隙。

工作中的調(diào)整利用螺釘通過(guò)可調(diào)壓蓋進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)螺母實(shí)現(xiàn)防松。軸系的軸承間隙通過(guò)改變套杯與端蓋之間的墊片1厚度來(lái)調(diào)整，節(jié)錐點(diǎn)位置通過(guò)改變套杯與箱體之間的墊片2厚度來(lái)調(diào)整。

2、滾動(dòng)軸承的預(yù)緊目的：提高軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，減小機(jī)器工作時(shí)軸的振動(dòng)。定義:所謂預(yù)緊，就是在安裝時(shí)給予一定的軸向預(yù)緊力，以消除軸承中的游隙，并在滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形。常用預(yù)緊方法：1）用墊片和長(zhǎng)短隔套預(yù)緊2）夾緊一對(duì)磨窄了的外圈（或內(nèi)圈）的角接觸軸承3）夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈三、滾動(dòng)軸承的配合1、基準(zhǔn)制內(nèi)圈與軸→基孔制外圈與軸承孔→基軸制2、滾動(dòng)軸承配合選擇的一般原則：①尺寸大、載荷大、振動(dòng)大、轉(zhuǎn)速高或工作溫度高時(shí)→選緊一些的配合；②經(jīng)常拆卸或游動(dòng)套圈→選松一些的配合。四、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性問(wèn)題1、加工的工藝性2、裝配與拆卸的工藝性安裝：內(nèi)外圈壓裝軸承安裝注意事項(xiàng)軸承的拆卸軸承外圈的拆卸

用鉤爪器拆卸軸承外圈應(yīng)留拆卸高度或設(shè)計(jì)拆卸螺孔定位軸肩高度應(yīng)低于內(nèi)圈高度滾動(dòng)軸承小結(jié)1.類(lèi)型、特點(diǎn)和選擇2.代號(hào)3.掌握失效形式、軸承壽命、基本額定壽命，基本額定動(dòng)載荷、當(dāng)量動(dòng)載荷的基本概念5.角接觸球軸承軸向力計(jì)算6.軸承的組合設(shè)計(jì)：支承形式、軸向固定、位置調(diào)整、密封、潤(rùn)滑4.壽命計(jì)算L=106/60n*(C/P)εε=3（球軸承）;ε=10/3（滾子軸承）軸承的功用軸承的功用是支承軸及軸上的零件，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦和磨損。反復(fù)如此。例：61308/P5例：61308/P54）6—軸承類(lèi)型為：深溝球軸承1）08—內(nèi)徑為：40mm2）3—直徑系列為：中系列3）1—寬度系列為：正常系列5）P5—公差等級(jí)為：5級(jí)08316/P5解：溫度系數(shù)ft載荷系數(shù)載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無(wú)沖擊或輕微