8章-滚动轴承

δ
Fr
Q2 全部滚动 体个数 Q1 Q1
Q2
Qmax
机械设计
第八章 滚动轴承－载荷分析
接触应力变化情况： Fr
δ
n b●
Q2 Q1
●
●
a
Q2 Q1
c
Qmax
因此： 滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，
近似认为是脉动循环变应力。
机械设计
第八章 滚动轴承－失效形式
二、滚动轴承的失效形式
1、疲劳点蚀 —— 最主要的失效形式
比如：外载荷增大，则额定寿命降低。
因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。
● 基本额定动载荷 规定 基本额定寿命 L10 ＝ 106 r 时，轴承所能承受的 最大载荷，用 C 表示。 即：在C 的作用下，运转 106 r 时，有10％的轴承出现 点蚀，90％的轴承完好。
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
径 向 接 触 轴 承
深 沟 球 轴 承
向 心 角 接 触 轴 承
α
角 接 触 球 轴 承
α
α
轴向接触轴承
推力角接触轴承
推力轴承： 主要承受轴向载荷
推力角接触轴承—— 45°<α< 90°的推力轴承 轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承
机械设计
第八章 滚动轴承－特点及类型
2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承
载荷小或冲击小 —— 选球轴承（点接触） 。 2、根据载荷的方向 纯径向载荷－选深沟球轴承（6类）、圆柱滚子轴承（N类） 纯轴向载荷－选推力轴承（5 或 8 类），高速时可用3或7类
径向、轴向载荷－角接触球轴承(7类)或圆锥滚子轴承(3类) 轴向载荷不大时，可用深沟球轴承
机械设计
第八章 滚动轴承－轴承选择
机械设计
第八章 滚动轴承的选择与校核
§8-1 滚动轴承的特点及类型 滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。 故学习本章的目的主要解决三个问题： 1、如何选择滚动轴承的类型和尺寸； 2、滚动轴承的寿命计算； 3、滚动轴承组合设计：固定、调整、润滑密封、配合等。 ● 摩擦阻尼小，启动灵活； 优 ● 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构； 点 ● 径向间隙小，可用预紧方法消除，故回转精度高； ● 互换性好，易于维护。 缺 点 ● 抗冲击能力较差； ● 高速时噪声大、寿命较低； ● 径向尺寸大。
60nLh 106
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
寿命计算时，应满足： 或： C ≥ C Lh ≥ Lh
10 f t C Lh 60n P
6
ε h
3、当量动载荷 P 的计算 P ε 60nLh C N 所选轴承的 所需的额 6 计算寿命 ft 10 预期寿命 对于向心轴承，C 指径向载荷； 额定动载荷 定动载荷 对于推力轴承，C 指轴向载荷。 Fr 但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷 Fa。 为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入 Fa 当量动载荷的概念。
机械设计
第八章 滚动轴承－载荷分析
二、尺寸的选择
选择尺寸系列（直径系列和宽度系列）及内径。
选尺寸系列—— 考虑载荷大小、转速高低及结构要求； 选内径—— 根据轴颈直径确定。 转速很高时，选“轻” §8-3 滚动轴承的工作情况及设计约束 或“特轻”系列，以 Qi 减小离心力 一、滚动轴承的载荷分析 各滚动体上的受力情况如何？ ★ 当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时： 内圈产生少量位移，滚动体与滚道的接触点偏移 载荷由各滚动体平均分担，即： Qi ＝ Qj Fa
滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。 防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。
2、塑性变形 —— 低速轴承的主要失效形式 接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形（凹坑）。 原因是载荷过大或冲击载荷作用。
3、磨损、胶合、保持架断裂等 使用维护不当而引起的，属于非正常失效。
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
三、设计准则
对于一般转速的轴承： —— 进行寿命计算（疲劳强度） ，防止疲劳点蚀 对于转速极低或仅作缓慢摆动的轴承： —— 按静强度计算，防止塑性变形 §8-4 滚动轴承的疲劳寿命计算 目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀 1、基本概念 ● 轴承寿命 轴承寿命的离散性 轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数（单位 为106 r）或总工作小时数（h）。
当量动载荷：一假想载荷，与C 同类型，它对轴 承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。 计算式：P XFr YFa X － 径向载荷系数 查表8－7 Y － 轴向载荷系数
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
X、Y 的作用是将Fr、Fa 折合成当量动载荷。 P XFr YFa
X、Y 取决于：Fa /Fr 和参数 e 。 若： Fa /Fr ≤ e X ＝ 1、Y ＝ 0 参数 e 反映了Fa 对 承载能力的影响 若： Fa /Fr ＞ e X ≠ 0、Y ≠ 0 对于某些轴承，e 值根据 Fa /C0r 确定。
RV1 RH1 Fr
?
1）角接触轴承的派生轴向力 S O － 支反力作用点，即法线与轴线的交点。
RV2 RH2
角 接 触 球 轴 承
向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚 子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派 S 生轴向分力 S 。 O α 派生轴向力：S 1.25Fr tan 注意 S 的 Ri 表8－9 给出了S 的近似计算方法。 方向
P L10 常数 C ε 106
ε
式中：P — 当量动载荷 L10 — P 作用下的基本额定寿命 1 ε — 寿命指数 球轴承ε ＝3；滚子轴承ε ＝10/3
C P1 P2
L1
L2
L10 (106r)
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
ε ε 6 当载荷为基本额定动载荷 C 时： P L10 C 10 ε 6 C 所以： L10 10 r ——寿命计算公式 轴承的转速 P (r/min) 实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命： ε 6 10 C — 已知轴承的C ，计算基本 Lh h 额定寿命 60n P
Si Qi
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
2）角接触轴承的排列方法 为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。 为简化计算，认 为支反力作用于 一般有两种安装形式： 轴承宽度的中点。 ● 正装（面对面安装）
两轴承外圈的窄边相对， 即派生轴向力指向相对。
● 反装（背靠背安装）
FA S1 正装简图 S2
3、根据转速的高低 转速高－选球轴承。 4、根据回转精度要求 精度要求高－选球轴承。
5、根据调心性能 轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 —— 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）。 6、便于轴承的装拆
剖分式轴承座
只能沿轴向装拆轴系时（整体式轴承座），选内、 外圈可分离的轴承，如圆锥滚子轴承（“3”类）。 7、经济性要求 一般情况下，滚子轴承比球轴承价格高。精度等 级越高，价格越贵。尽量选择价格低的轴承。
深 沟 球 轴 承
Qj
机械设计
第八章 滚动轴承－载荷分析
★ 当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时： 接触点产生弹性变形，内圈下沉δ， 最多只有半圈滚动体受载。 承载区各滚动体的变形量不同， 受载大小也不同。 对于点接触轴承： 5 Qmax Fr z 对于线接触轴承：
Qmax 4.6 Fr z
两轴承外圈的宽边相对， 即派生轴向力指向相背。
正装时跨距短，轴刚度大；
FA S1 反装简图 S2
反装时跨距长，轴刚度小。
问题：两个角接触轴承朝一个方向布置合适吗？
机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
3）角接触轴承轴向载荷Fa 的计算
当外载既有径向载荷又有轴向载荷时， 角接触轴承的轴向载荷 Fa ＝？ — 要同时考虑轴向外载 FA 和派生轴向力 S 。
6
Fr 0
P Fa

机械设计
第八章 滚动轴承－寿命计算
4、向心角接触轴承（3、7 类）轴向载荷 Fa 的计算
P f p ( XFr YFa )
Fr 的计算见轴系受力分析，即： 径向载荷： Fr RH RV 而轴向载荷： Fa FA
2 2
FT
FR FA Fa2
Fa1
基本额定动载荷 C 越大
轴承的承载能力越强
对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。 对向心轴承记为 Cr ，称为径向基本额定动载荷。 如：
对推力轴承记为 Ca ，称为轴向基本额定动载荷。 6208轴承 — C＝22800N 6308轴承 — C＝31200N 6 2、寿命计算公式 C 作用下 L10 10 r P 作用下L10 ？ 目的 — 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸。 P 载荷与基本额定寿命的关系曲线： 轴承的疲劳曲线
径向接触轴承
轴向接触轴承
向心角接触轴承
推力角接触轴承
机械设计
第八章 滚动轴承－特点及类型
特殊轴承：
微型轴承
陶瓷轴承
机械设计
第八章 滚动轴承－特点及类型
二、滚动轴承代号
前置代号 基本代号 后置代号
类型代号
尺寸系列代号
内径代号
6—深沟球轴承 3、 4— 3—3 中； d/5 再如：轴承的径向游隙系列分为 1特宽； 组、 2组、0组、 组、4组 7—角接触球轴承 20~500 5、 6—特宽。 4 —重。 22、28、32及500 以上 /内径 N— 圆柱滚子轴承 和 5组，共 6个组别，径向游隙依次由小到大。 0 组最常用，
— 根据预期寿命Lh′，计算 N 所需的C ′，并据此选择轴承 预期寿命 当工作温度高于120℃时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正： 所需的基本 ε 6 P ε 60nLh 10 f t C 额定动载荷 N 或： C Lh h 6 ft 10 60n P 或： C P ε