滾動軸承設(shè)計計算.ppt

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深溝球軸承 推力軸承 向心推力軸承 向心軸承 圓錐滾子軸承 角接觸球軸承 滾子 球 球 球 推力球軸承 0 0 450 FA FS 900 接觸角越大 派生Fs越大 保持架 雙列球軸承 調(diào)心軸承 調(diào)心軸承 按滾動體列數(shù)分 1 單列 2 雙列 第六章滾動軸承 1 概述 2 滾動軸承的受力分析 失效和計算準則 3 滾動軸承的壽命計算 4 滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 功能 軸軸上零件 解決運動和支承問題 2 以滾動摩擦代替滑動摩擦 以減少運動副間的摩擦 使之運轉(zhuǎn)靈活 提高效率 1 支承轉(zhuǎn)動或擺動的零件 二 組成 球短圓柱滾子錐形滾子鼓形滾子滾針 不可缺少 內(nèi)圈轉(zhuǎn)外圈不轉(zhuǎn) 支承轉(zhuǎn)軸 外圈轉(zhuǎn) 內(nèi)圈不轉(zhuǎn) 支承軸上零件 1 滾動體2 內(nèi)圈3 外圈4 保持架 低碳鋼 銅 鋁 工程塑料 軸承鉻鋼GCr15 硬度60 65HRC 三 滾動軸承的分類 按載荷分類 向心軸承 向心推力軸承 推力軸承 滾動體分類 圓柱 滾針 圓錐 鼓形 滾動體列數(shù)分類 單列 雙列 承載能力 最大轉(zhuǎn)速 小 大 小 大 調(diào)心軸承 球 滾子 四 滾動軸承的代號 前置代號 基本代號 后置代號 五位數(shù)字表達 部件代號 結(jié)構(gòu)特點 前置代號 后置代號只有在對軸承有特殊要求時才使用 字母組成 表示軸承分部件代號 8項內(nèi)容 一 滾動軸承的基本代號 內(nèi)徑代號 直徑系列 寬度系列 類型代號 特輕 0 1 輕 2 中 3 重 4 正常 0 尺寸系列 二 后置代號 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 密封及防塵 保持架及其材料 特殊軸承材料 公差等級 游隙代號 多軸承配置 其它 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7類軸承 接觸角有150 250 400三種 分別以C AC和B表示 例 7000C 36000 7000AC 46000 7000B 66000 2 公差等級 P0 P6X P6 P5 P4 P2 P0 普通級 G 不標出 P2 B 最高級 P6X用于圓錐滾子軸承0 6 5 4 2 G E D C B例1 71224AC P4 4級精度 內(nèi)徑為120mm 寬度系列為1的輕系列列角接觸球軸承 接觸角250 例2 滾動軸承的基本代號 6206 7311C 30310 不標 例3 下列軸承 哪個直徑最大 哪些是球軸承 哪個是可調(diào)心的軸承 302106218N206513061205 例4 滾動軸承30208型與7208比較承載能力 最大速度 例5 下列標記代表的意義 30310 7306AC B 2240 08A 1x50 五 滾動軸承的選擇 一 常用軸承的主要特性 球滾子 承載能力 最大轉(zhuǎn)速 小 大 小 大 類型選擇1 二 滾動軸承的類型選擇 1 滾動軸承選擇的一般過程如下 2 滾動軸承類型選擇應(yīng)考慮的問題 1 承受載荷情況 2 尺寸的限制 方向 向心軸承用于受徑向力 推力軸承用于受軸向力 向心推力軸承用于承受徑向力和軸向力聯(lián)合作用 大小 滾子軸承或尺寸系列較大的軸承能承受較大載荷 球軸承或尺寸系列較小的軸承則反之 當(dāng)對軸承的徑向尺寸有較嚴格的限制時 可選用滾針軸承 5 安裝要求 3 轉(zhuǎn)速的限制 4 調(diào)心性要求 一般情況下球軸承和輕系列的軸承能適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速 滾子軸承和重系列的軸承則反之 推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低 調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求 是否需要內(nèi)或外圈可分離 6 經(jīng)濟性要求 精度越高價格越高 另外球軸承便宜 滾子軸承價格貴 有特殊結(jié)構(gòu)的軸承價格高 7 游隙滾動軸承中滾動體與內(nèi)外圈滾道之間的間隙 徑向游隙 一個座圈不動 另一個座圈沿徑向從一極端位置移至另一極限位置的移動量 軸向游隙 一個座圈不動 另一個座圈沿軸向從一極端移至另一極限位置的移動量 3類型選擇 1 載荷大小 方向 性質(zhì)2 轉(zhuǎn)速要求3 尺寸限制4 安裝要求5 經(jīng)濟性另外球軸承便宜 滾子軸承價格高 有特殊結(jié)構(gòu)的軸承價格高 二 滾動軸承的應(yīng)力分析 三 滾動軸承的失效形式和計算準則 一 滾動軸承的載荷分析 2滾動軸承的受力分析 失效和計算準則 1 向心軸承 FR0max 在徑向力Fr的作用下 深溝球60000 圓柱滾子N0000 半圈滾動體受載 各滾動體受力不均受的最大力為FR0max 一 滾動軸承的載荷分析 2 推力軸承 承受純軸向載荷Fa 各滾動體受力均勻單個滾子受載荷FA0 Fa Z 推力球軸承 50000 3 向心推力軸承 在承受徑向載荷Fr時產(chǎn)生派生軸向力FS 它會使軸承產(chǎn)生內(nèi)外圈分離 以致整個軸承只剩下一個滾子受載 此時FS Frtan 所以滾動軸承可以加軸向載荷Fa以平衡FS FRi FRi 分析FS 1 FS是接觸角 的函數(shù) 當(dāng) 一定時 FS eFr 系數(shù)e因軸承結(jié)構(gòu)不同而不同 Y和e查表2 FS使內(nèi)外圈分開 減少承載滾子數(shù)目 使?jié)L子受載增加 壽命下降 3 外載荷Fa不同時 對軸承的影響不同 1 取內(nèi)圈上一點A 2 外圈上一點B 3 取滾子上一點C 總的應(yīng)力特征為 變應(yīng)力 周期性 二 滾動軸承的應(yīng)力分析 在交變應(yīng)力下工作 變應(yīng)力 三 滾動軸承的失效形式和計算準則 點蝕 塑性變形 其它非正常失效 計算準則 1 n 點蝕失效為主 疲勞壽命計算 控制點蝕 n 粘著磨損或燒傷為主 疲勞壽命計算 再進行極限轉(zhuǎn)速校核 2 n 間歇運動 重載 塑性變形為主 靜強度計算3 其它非正常失效 軸承組合設(shè)計控制非 失效形式 3 滾動軸承的壽命計算 一 幾個概念 二 軸承的壽命計算 三 當(dāng)量動載荷 四 向心推力軸承的徑向力Fr和軸向力Fa h X Y e FA1 FA2 1 軸承壽命 一個軸承在載荷作用下 當(dāng)其中任一元件首先出現(xiàn)點蝕時 所轉(zhuǎn)過的總?cè)?shù) 稱為該軸承的疲勞壽命 一批軸承 相同型號 尺寸 材料和相同的制造工藝 在相同的工作條件下 失效概率為10 時 所能運轉(zhuǎn)的總?cè)?shù) 或在一定轉(zhuǎn)速條件下所能工作的小時數(shù) 稱為基本額定壽命 可靠度為90 用L10或Lh表示 2 基本額定壽命 一 幾個概念 壽命曲線 可靠度壽命99 L10 105r90 L10 106r50 L10 5 106r1 L10 40 106r 3 基本額定動載荷C L 106 C P L2 L1 壽命曲線方程 C 實驗條件 載荷平穩(wěn) 常溫 100 c 可靠度90 對向心 向心推力軸承是純徑向力 對推力軸承是純軸向力 基本額定壽命為106 百萬轉(zhuǎn) 時 軸承所能夠承受的最大純徑向或純軸向載荷 二 軸承的壽命計算 當(dāng)量動載荷 工程上常用小時表示 h 當(dāng)在高溫 1000C 下工作 載荷有沖擊時 引入 fT fP n 軸承的轉(zhuǎn)速 h 通式 例6 6212軸承 承受徑向力FR 5500N的平穩(wěn)載荷 轉(zhuǎn)速n 1250r min 正常溫度 試求壽命Lh 解 純徑載 P FR 5500N C 47 8KN 球軸承 3 查手冊 正常溫度平穩(wěn)載荷 fT 1 fP 1 例7 軸徑d 50mm 純徑向載荷FR 6000N 載荷平穩(wěn) 常溫下工作 轉(zhuǎn)速n 1250r min 預(yù)期壽命Lh 5000h 試選擇此軸承 解 純徑載P FR 2 3 4 1 0 6 C6210 27kN C6310 47 5kN C6410 71kN C C 43 27 kN 選型號為6310軸承 60000或N0000 無特殊要求取60000 查設(shè)計手冊 正常溫度平穩(wěn)載荷 fT 1 fP 1 球 3 三 當(dāng)量動載荷 1 當(dāng)量動載荷2 徑向力影響系數(shù)X 軸向力影響系數(shù)Y3 判斷系數(shù)e值 1 當(dāng)量動載荷 壽命 KN 純徑向力FR 軸向力FA 0 60000 N0000 純軸向力FA 徑向力FR 0 50000 當(dāng)軸承受載是 Y 1 X 1 軸向力FA 0 徑向力FR 0 60000 70000 30000 X Y 徑向力影響系數(shù) 軸向力影響系數(shù) 3 判斷系數(shù)e值 Fa FS X 1 Y 0 Fa FS e反映軸向載荷對軸承壽命的影響 X 1 Y 0 例8 某軸徑d 20mm 采用向心推力圓錐滾子支承 軸承上作用軸向載荷FA 3 55KN 徑載FR 4KN 工作壽命Lh 25000h n 1250r min 載荷平穩(wěn) 試選擇此軸承 解 試選30204 查手冊 p117 e 0 35C 28 2kN 3 55 4 0 88 e查手冊X 0 4 Y 1 7 載荷平穩(wěn) fP 1 常溫 fT 1 P XFR YFA 4 0 4 3 55 1 7 7 64kN 30204不適用 再選30304查手冊C 33kN C 31 5KN 可以嗎 不可以 此時e x Y P值均發(fā)生了變化 選軸承30304 查表 Cr 33kNX 0 4Y 2e 0 3 P30304P XFR YFA 0 4 4000 2 3550 8700N C 35 87 Cr 30304仍不能用 C L1 解決方法 3 降低壽命 4 降低可靠度 1 增大直徑 會有一系列的影響 2 選用寬系列軸承 1 角不變的軸承 X 1 Y 0 X 1 Y 0 e值是定值 30000型 每一個軸承有一個確定的接觸角 70000AC型 70000B型 接觸角 40 e 1 14 接觸角 25 e 0 68 每一個軸承有一個相應(yīng)的e值 例9 已知 平穩(wěn)載荷FA 6700N FR 2500N 分別求6210 6310軸承的P 取fp 1 C06210 23 2kN C06310 38kN 分析 e 2 68 e 0 21 e 0 19 e Y 2 0 Y 2 35 X 0 56 P 0 56 FR 2 FA 14800 P 0 56 FR 2 35 FA 17145 0 29 0 18 查表 四 向心推力軸承的徑向力FR和軸向力FA FR1 FR2 支反力 FA1 0FA2 Fa FA1 FA2 1 對于60000軸承 由于結(jié)構(gòu)的原因 在Fa作用下整個軸系右移只有軸承 承受軸向載荷 2 對70000 30000軸承 軸系受力FS1 FS2 Fa FS1 Fa FS2 軸系有向右移動趨勢 受壓軸承 FA2 FS1 Fa 放松軸承 FS1 FS2 S S FS2 FS1 Fa 假設(shè) 判斷承載軸承 方向與FS2反向 方向與FS1反向 FA1 FS1 FA1 FA2 FR1 FR2 假設(shè) FS1 Fa FS2 S 軸系向有左移動趨勢 受壓軸承 FA1 FS2 Fa 放松軸承 FA2 FS2 判斷承載軸承 小結(jié) 1 用軸系的全部軸向力確定移動趨勢 3 受壓軸承的軸向力 除自身軸向力外的全部軸向力的合力 放松軸承的軸向力 自身內(nèi)部軸向力 2 判斷受壓軸承和放松軸承 4 方向與自身內(nèi)部軸向力相反 例7 FS1 FS2 反裝與正裝之分 假設(shè) FS2 Fa FS1 軸系向有右移動趨勢 判斷承載軸承 受壓軸承 FA1 FS2 Fa 放松軸承 FA2 FS2 習(xí)題 1 圖示采用一對30208 7208 滾動軸承 已知徑向力FR1 9600N FR2 15600N 軸向力Fa1 3000N Fa2 8000N 請求出兩軸承的軸向力FA1 FA2 FS1 FS2 FR1 FR2 2 計算FS1 FS2 并畫出受力圖 解 1 查表7 8FS FR 2Y 查設(shè)計手冊 Y 1 6 手冊 e 0 37 3 判斷緊端和松端 4 計算FA1和FA2 5 計算FA FR并與e比較查設(shè)計手冊得X和Y 6 計算P1和P2 7 計算Lh FS1 4000N FS2 5600N 習(xí)題 2 圖示采用一對30208 7208 滾動軸承 已知FR1 2400N FR2 3200N 軸向力Fa 500N 請求出兩軸承的軸向力FA1 FA2 FS FR 2Y Y 1 6 FS1 FS2 FS1 FR1 FS2 FR2 3 滾動軸承的靜強度計算 靜強度條件 kN P0 當(dāng)量靜載荷 C0 額定靜載荷 S0 靜強度安全系數(shù) 1 當(dāng)n 10r min 以C0 S0P選軸承 應(yīng)用條件 2 當(dāng)n 10r min且Dmn 10000時 選軸承要同時考慮C和C0 P0 X0FR Y0FAKN 4 滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 兩端單向固定 一 軸系的固定方式 2 一端固定一端游動 2 兩端游動 軸系相對箱體或機架的固定方式 二 滾動軸承和軸上零件固定方式 套筒 緊定螺釘 圓螺母與止推墊片 細牙雙圓螺母 軸端擋 彈性擋圈 1 軸上零件的軸向固定方法 軸上零件的固定方式周向固定方法 2 滾動軸承與箱體的固定方法 4 滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 三 軸上零件和滾動軸承的調(diào)整 1 滾動軸承游隙的調(diào)節(jié) 墊片 2 錐頂距的調(diào)節(jié) 套杯 3 蝸桿傳動的調(diào)節(jié) 四 密封與潤滑 氈圈密封 迷宮式密封 軸向 立軸綜合密封 徑向 密封圈密封 油溝密封 擋圈密封 甩油密封 4 滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 軸上零件的固定方式 軸向和周向 2 滾動軸承與箱體的固定方法 二 軸上零件和滾動軸承的固定方式 一 軸系的固定方式 三 軸上零件和滾動軸承的調(diào)整 四 密封與潤滑 練習(xí)1 判斷軸系的剛度 一 二 軸系結(jié)構(gòu)改錯 軸系結(jié)構(gòu)改錯 滾動體的類型 滾動軸承的類型 滾動軸承的組成 1 向心軸承Fr2 推力軸承Fa3 向心推力軸承FrFa Fre Fr Fd N 按承載性質(zhì)分 Fd N Fr Fr Fae Fa Fa 0 0 450 900 Fre 滾動軸承參數(shù) 2 內(nèi)徑尺寸代號 00 99代號 5 內(nèi)徑尺寸 除00 01 02 03 之外 00 10mm 01 12mm 02 15mm 03 17mm例 6005d 05 5 25mm當(dāng)d 10mm及d 22 28 32mm時 直接用 分開例 618 6深溝球軸承 內(nèi)徑d 6mm 1 直徑系列 89012 輕系列3 中系列4 重系列 2 寬度系列 0 正常寬度 1 通常不標出 2 但對于調(diào)心軸承和圓錐滾子軸承 為0時要標 8 0 1 2 3 4 5 6 滾動軸承直徑系列 滾動軸承的代號 雙列向心 球 滾子 單列向心推力 單列推力 單列向心 60000 0 圓柱 深溝 N0000 2 角接觸 70000 6 30000 7 圓錐 推力 50000 8 調(diào)心 10000 1 20000 3 常用的 要記住 類型 滾動軸承的類型代號 圓柱滾子軸承 深溝球軸承 60000 N0000 滾軸承的類型代號 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承 70000 30000 滾動軸承的類型代號 調(diào)心軸承 推力球軸承 50000 10000 滾動軸承 e x y 2 301 991 71 1 551 451 31 0 190 220 26 0 280 300 34 1 41 21 0 0 1720 3450 689 1 0301 382 07 當(dāng)量動載荷P P 將實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定C的試驗條件一致的載荷 在此載荷作用下 軸承的壽命與實際載荷作用下軸承的壽命相當(dāng) 此載荷稱為當(dāng)量動載荷P Pr 徑向當(dāng)量動載荷 Pa 軸向當(dāng)量動載荷 例 6208軸承 承受徑向力FR 5500N的平穩(wěn)載荷 轉(zhuǎn)速n 1250r min 正常溫度 球壽命 P FR 5500N h Cr 22 8KN 3 948 h 查表 三 當(dāng)量動載荷 KN 純徑向力FR 軸向力FA 0 純軸向力FA 徑向力FR 0 軸向力FA 0 徑向力FR 0 徑向力影響系數(shù) 軸向力影響系數(shù) 當(dāng)軸承受載是 2 求軸承的軸向力FA1 FA2 FA 0 FS1 FS1 FS2 FS1