机械设计--滚动轴承

二、寿命计算
目的 — 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。
载荷与额定寿命的关系曲线：
P
轴承的疲劳曲线
P L 常数
C
P1
式中：P 为当量动载荷；
P2
L为P 作用下的额定寿命。
ε为寿命指数，球轴承ε ＝3，滚 子轴承ε ＝10/3 。
1 L1 L2
L 106r
当载荷为额定动载荷C 时： P L C 106
或： P f p R
P fpA
四、向心角接触轴承轴向载荷 A 的计算
径向载荷 R 的计算见轴系受力分析，即：
R RH 2 RV 2
Ft
Fr Fa
而： A Fa ?
1、角接触轴承的内部轴向力 S
RV1 RH1
RV2 RH2
O － 支反力作用点，即法线与轴线的交点。 R
角
向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚
● 额定寿命
一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90％ 的轴 承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。
用 L 表示。 按额定寿命选用轴承，可靠性为90％ 。
完好
10％
注意：额定寿命随运转条件而变化。
90％
比如：外载增大，额定寿命降低。
因此，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
第七章 滚动轴承
§7-1 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；
2、滚动轴承的寿命计算； 3、滚动轴承组合设计；
滚动轴承的主要特点：
● 摩擦阻尼小，启动灵活；
缺点：
●抗冲击能力较差； ●高速时噪声大，寿命较低； ●径向尺寸大。
接 触
子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内 S
部轴向分力 S 。
Oα
球 轴 承
内部轴向力：S 1.25R tg 注意 S 的
表14－13给出了S 的近似计算方方法向。
Si
Ri
Qi
2、角接触轴承的排列方法 为一使般有S 两得轴为为种到承简支安平宽化反装衡度计力形，的算作式角中，用：接点认于触。轴承必须成对使用。 ● 正装 － 面对面安装
固定支点
A 不大 → 深沟球轴承（6） A 较大 → 一对角接触轴承（3、7） A 和 R 均大 → 推力轴承与向心轴承组合
注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。为什么？
游动支点
深沟球轴承（6）－ 内圈轴向需固定 圆柱滚子轴承（N）－内、外圈轴向均需固定
为什么“N”类轴承作游动支点时外圈亦需轴向固定？ 为什么在“两端固定”结构中，内圈不需作轴向固定？
一、滚动轴承的轴向固定
实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力， 防止轴系发生轴向蹿动。
常用两种固定方法：
两端固定
一端固定、一端游动
1、两端固定
这是最常见的固定方式。 两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。 适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm） 考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C 。 对于深沟球轴承：C 0.2 ~ 0.4 mm 图上可省略不画。
对于向心角接触轴承： 其轴向间隙可在轴承内部调整， 其值比深沟球轴承小得多。
2、一端固定、一端游动
适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm） 固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。 游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。
当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动， 避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。
而左轴承被放松， 故： A1 S1
1
2
S′
S1
FA
合力 S2
● 若 S1 + FA < S2 轴向合力向左，轴有向左移动的趋势， 左轴承被压紧，会产生反力△S′， 使轴向力平衡：
S1 FA S S2
S1 和 △S′ 都是左轴承所受的力，故： A1 S1 S S2 FA
而右轴承被放松， 故： A2 S2 即： A1 S2 FA （压紧端）
静强度条件 ：
P0
C0 S0
P0 － 当量静载荷 S0 － 静强度安全系数
P0 X 0R Y0 A
径向系数
轴向系数
§7-6 滚动轴承的组合设计
组合设计的内容包括：
① 固定 ② 调整 ③ 配合与装拆 ④ 润滑与密封
组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、 轴承寿命及机器性能。 重点：轴承的固定方法和调整。
推力轴承： 45°<α ≤90° ，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
2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承
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
后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求， 用轴用1—数字承调字母，心或或分球字数别轴母字用承表示表C、示A；内C径1如和0尺：B寸表接示由 （ 宽触轴 度2内角位承 系部为数的 列0结代字10宽 ：5号）构0度、组的系2成列5不。0直和和同径直4。0系径0的列系：角列代接号触球 又0/P级35674如— — — —、，圆推深角：/共P锥力沟接轴56滚球球触、个承子轴轴球/级的P轴承承轴6别公承承x、，差/P依等260次级和111~2755由分/P000高别。级为0123— — — 、到2窄 正 宽 4级—低； 常 ；、特000级；d1324宽/，级5；其、代502级1——号—3、特轻—分特6轻；中轻x别；；级；为、：6级/P2和、
若： A/R ＞ e
X ≠ 0、Y ≠ 0
若： A/R ≤ e
X ＝ 1、Y ＝ 0
参数 e 根据 A/C0 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。 对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）：
对于只能承受轴基P向静本力载R额的荷定推力轴承（如推力球轴承）： PA
实际工作条件下，需引入载荷系数 fp 修正 P： P f p ( XR YA)
规定轴承在 额定寿命 为 106 转 时，所能承受的 最大载荷，用 C 表示。
即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10％的 轴承出现点蚀，90％的轴承完好。
额定动载荷越大
轴承的承载能力越大
对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。 C r － 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。 C a － 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。
所以：
L
106
C
r
轴承的 P
实际计算转时速，常用小时数表示轴承的额定寿命：
Lh
106 60n
C P
h －已知轴承的C ，计算额定寿命
或：
C P
60nLh 10 6
N －根据预期寿命Lh′，计算所需的C ′
所当需工额作定温度高于120℃时，C 预值期会寿下命降，用温度系数 ft 修正：
二、滚动轴承组合的调整
1、间隙的调整与控制 为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的 游隙或间隙。 如何调整至规定间隙？
垫片调整 通过增、减垫片厚度来调整间隙。
螺钉调整 用于轴向力不是太大的轴承组合。
A2 S2 （放松端）
② 轴承反装时：
2 1
S′
S1
FA
S2
● 若 S2 + FA > S1
轴向合力向右，轴有向右 移动的趋势，
左轴承被压紧，会产生反 力△S′， 使轴向力平衡：
S1 S S2 FA ∴
A1 S2 FA （压紧端） A2 S2 （放松端）
2 1
S
S1
FA
S2
● 若 S2 + FA < S1，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势， 右轴承被压紧，会产生反力△S ，使轴向力平衡：
对于能够承受少量轴向力而α＝0 的向心轴承：
（如深沟球轴承）
因为：α＝0 , S1＝0 ，S2＝ 0
所以：A＝FA
图中： A1＝0
R1
A2＝FA
FA R2
§7-5 滚动轴承的静强度计算
目的 — 防止轴承元件发生塑性变形 针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承
基本额定静载荷 C0 ：限制塑性变形的极限载荷值 对向心轴承为 C0r － 径向额定静载荷 对推力轴承为 C0a － 轴向额定静载荷
两轴承外圈的窄边相对， 即内部轴向力问指题向：相两对个。角接
触轴承朝一个方 ● 反装 － 背向靠布背置安行装吗？ 两轴承外圈的宽边相对，
即内部轴向力指向相背。
FA
S1
S2
正装时跨距短，轴刚度大；
FA
反装时跨距长，轴刚度小；
S1
S2
3、角接触轴承的轴向载荷A
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 A ＝？ 要同时考虑轴向外载 F A和内部轴向力 S 。
R
为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入 当量动载荷的概念。
A
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 XRYA
X － 径向系数 查表14－11 Y － 轴向系数
X、Y 的作用是将R、A折合成当量动载荷。
X、Y 取决于：A/R 和参数 e 。
N—圆柱滚子轴承22、28、32及5、006以—上特宽/。内径 4—重。
§7-2 滚动轴承类型的选择
1、根据载荷的大小及性质 载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）； 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）、圆柱滚子轴承（N) 纯轴向载荷－选推力轴承（5 或 8 ） 径向、轴向载荷－角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3) 轴向载荷不大时，可用深沟球轴承