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滚动轴承课件资料.pdf

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滚动轴承 课件 资料
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第13 章 滚 动 轴 承 §13-1 概 述 §13-2 滚 动 轴承的 主要类 型和代 号 §13-3 滚 动 轴承的 类型选 择 §13-4 滚 动 轴承的 工作情 况 §13-5 滚 动 轴承尺 寸的选 择 §13-6 轴 承 装置的 设计 §13-7 滚 动 轴承与 滑动轴 承性能 对照 §13-8 滚 动 轴承例 题分析潘存云教授研制 §13-1 概 述 各零件的作用: 外圈:支撑零件或轴系; 保持架: 将滚动体分开。 内圈:支撑轴; 滚动体:滑动è滚动; 硬度和接触疲劳强度↑ 、耐磨性和冲击韧性↑ 用含铬合金钢制造,经热处理后硬度达:61~65HRC。 工作表面需经磨削或抛光。 保持架:低碳钢,冲压制成高速轴承:有色金属或塑料。 滚动轴承的组成:外圈、内圈、滚动体、保持架。 内外圈上有滚道,当内外圈相对旋转时,滚动体将沿着滚道滚动。 装在机座或零件轴孔内; 滚动副的材料要求:潘存云教授研制 优点:摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 和易于互换等。 缺点:抗冲击能力差、高速时出现噪音。 滚动轴承按其承受载荷 的方向(接触角)和滚 动体的形状分类。 接触角:滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴 心线的平面之间的夹角称为公称接触角。 接触角 ↑ è 轴向承载能力 ↑ α= 0? 表13-1 各类轴承的公称接触角 轴承类型 公称接触角 向心轴承主要承受径向载荷 推力轴承主要承受轴向载荷 径向接触 角接触 轴向接触 角接触 0? F r tan α F ae 轴承不会沿轴向窜动,实际轴向力应取决于F d 与F ae 中 较大的一个,即 F a =max{ F d F ae } 1.假设没有外部轴向力F ae工作过程中,滚动体相对内外圈不断转动, 因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应 力,产生疲劳点蚀。 —— 最常见 §13-5 滚动轴承尺寸的选择 轴承承受的载荷 轴承寿命要求 可靠性的要求 决定了滚动轴承尺寸 滚动轴承的载荷 动载荷 静载荷 失效形式不同。 疲劳破坏 永久变形 当轴承转速很低或间歇摆动时,不会产生疲劳 损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下,会 使滚道和滚动体产生永久变形,从而使轴承在 运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效。 早期磨损 胶合 轴承元件破裂 维护保养不当而造成。 一、滚动轴承的失效形式 失效 形式潘存云教授研制 潘存云教授研制 20 5 10 15 50 100 0 R/(%) 轴承的寿命曲线 L/(1×10 -6 r) 对一组同一型号的轴承,由于材料、热处理和工艺 等很多随机因素的影响,即使在相同条件下运转, 寿命也不一样,有的甚至相差几十倍。因此,对一 个具体的轴承,很难预知其确切的寿命。实验表明: 寿命与可靠性有关。如图 定义:轴承在一定转速下,其 中任何零件出现疲劳扩展迹象 之前的工作小时数称为 可靠度:一组相同轴承能达到 或超过规定寿命的百分比. 基本额定寿命:一组同一型号轴 承,在同一运转条件下,其可靠 度R为90%时,能达到或超过的 寿命L(L h ) 在到达额定寿命时,有90%的轴承没坏,只损坏了10%。 对于单个轴承而言,其损坏的可能性只有90% 单位为百万转10 6 r,或小时。换句话说寿命为1百万转时, 可靠度为90%,寿命为5百万转时,可靠度只有50%。 轴承寿命 二、滚动轴承的寿命计算表13-3 轴承预期寿命L h 的参考值 使 用 场 合 不经常使用的仪器和设备 500 L h /h 短时间或间断使用,中断时不致引起严重后果 4000~8000 间断使用,中断时会引起严重后果 8000~12000 每天8h工作的机械 12000~20000 每天24h连续工作的机械 40000~60000 定义:当一套轴承运转达到一百万(10 6 )转时,轴 承所能承受的载荷C。. 向心轴承记为 C r ,可查表 推力轴承记为 C a 基本额定动载荷 不同的轴承该值不一样,它表征了轴承的承载特 性。是在大量试验的基础上,通过理论分析得到,需 要时可从设计手册或轴承样本中查得。.寿命计算公式 通过试验得出如图所示6208 轴承的载荷—寿命曲线。 曲线上对应于 L h =10 6 的载 荷为 29.5 kN。 载荷—寿命曲线的公式: r 10 6 e ÷ ? ? ? è ? = P C L 寿命指数 ——球轴承 ——滚子轴承 h 60 10 6 h e ÷ ? ? ? è ? = P C n L 用小时表示 3 10/3 ε= 0 1 2 3 4 5 10 15 L ∞ (10 6 ) 29.5 25 20 15 10 5 P KN 基本额定动载荷 P ——动载荷 N 10 ' 606 h e nL P C = L’ h ——预期计算寿命当 t >100℃ 时,è C ↓ 引进温度系数 f t 进行修正。 表13-4 温度系数 轴承工作温度/℃ 温度系数 f t 100 250 200 150 125 300 1 0.95 0.90 0.70 0.80 0.60 C t = f t C 修正后的计算公式 r 10 6 t e ÷ ? ? ? è ? = P C f L h 60 10 t 6 h e ÷ ? ? ? è ? = P C f n L N 10 ' 60 6 h t e nL f P C =N 10 60 / 1 6 e ÷ ? ? ? è ? = h t P L n f P f C 或: h 60 10 6 e ÷ ÷ ? ? ? ? è ? = P f C f n L P t h 最终计算公式 工作中冲击振动è C ↓ 引进载荷系数 f P 进行修正。 表13-6 载荷系数 载荷性质 载荷系数 f P 无冲击或轻微冲击 1.0~1.2 中等冲击 1.2~1.8 强烈冲击 1.8~3.0 应用举例 电机、汽轮机、通风机、水泵等 机床、车辆、动力机械、起重机、造 纸机、选矿基、冶金机械、卷扬机等 碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等三、当量动载荷的计算 滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向 心轴承是指轴承承受纯径向载荷;对于推力轴承是指承受中心 轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷,则必须 将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后,才能和基本额定 动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷,称为当量载 荷。 含义:当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重 影响,经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定 动载荷相当。 计算公式 P = X F r +Y F a X ——径向动载荷系数; Y ——轴向动载荷系数。见下页 向心轴承—— P = F r ;推力轴承—— P = F a 理由:基本额定动载荷是单向载荷(径向或轴向)试 验条件下得出的。实际情况可能受到双重载荷作用。 很显然,单向载荷与双向载荷作用下,轴承的寿命是 不一样的。轴承类型 相对轴向载荷 F a / F r ≤ e F a / F r >e 名 称 代 号 f 0 F a / C 0r F a / C 0 X Y X Y 判断系数e 调心球轴承 10000 — — — 1 (Y 1 ) 0.65 (Y 2 ) 调心滚子轴承 20000 — — — 1 (Y 1 ) 0.67 (Y 2 ) 推力调心滚子轴承 29000 — — 1 1.2 1 1.2 圆锥滚子轴承 30000 — — 1 0 0.4 (Y) (e) 深沟球轴承 60000 角接触球轴承 0.025 2.0 0.22 0.040 1.8 0.24 0.070 1.6 0.27 0.130 1 0 0.56 1.4 0.31 0.250 1.2 0.37 0.500 1.0 0.44 0.015 1.47 0.38 0.029 1.40 0.40 0.058 1.30 0.43 0.087 1.23 0.46 0.120 1 0 0.44 1.19 0.47 0.170 1.12 0.50 0.290 1.02 0.55 0.440 1.00 0.56 0.580 1.00 0.56 — — 1 0 0.41 0.87 0.68 — — 1 0 0.35 0.57 1.14 70000AC α=25? 70000B α=40? 70000C α=15? 表13-5 径向动载荷系数X与轴向动载系数Y潘存云教授研制 1.若 F ae + F d2 >F d1 压紧端 F a1 = F ae + F d2 放松端 F a2 = F d2 2.若 F ae +F d2 F d1 则有: 压紧端 F a1 = F ae + F d2 放松端 F a2 = F d2 2.若 F ae +F d2 60 调心球轴承 16 25 40 50 交接触球轴承 16 25 40 60 >60 圆柱滚子轴承 12 25 40 60 >60 圆锥滚子轴承 10 16 23 30 调心滚子轴承 8 12 20 25 推力球轴承 4 6 12 15 轴承常用的润滑方式有油润滑何脂润滑两类。选哪一类润滑 方式,这与轴承的速度有关,一般用滚动轴承的dn值表示轴承的 速度大小。潘存云教授研制 2、滚动承的密封 润滑油的选择: 润滑油的粘度根据速度因素 dn和工作温度t来确定。 1000000 500000 200000 100000 50000 20000 10000 -40-20 0 20 40 60 100 120 80 dn/(mm·r/min) t / ℃ 润滑油粘度的选择 10 20 65 110 250 400 滚动承的密封方式的选择与润 滑的种类、工作环境、温度、 密封表面的圆周速度有关。 分类 接触式 非接触式 组合式密封 毛毡圈密封 密封圈密封 间隙密封 迷宫式密封 ——毛毡迷宫式密封 例如: dn=100000,t=90 ℃ 可用 110 号润滑油 110潘存云教授研制 (b) 潘存云教授研制 (a) 潘存云教授研制 毛毡圈密封 适用场合: 脂润滑,要求环境清洁, 轴颈圆周轴速度v<4~5 m/s, 工作温度不超过90℃ 矩形断面的 毛毡圈被安 装在梯形槽 内,它对轴 产生一定的 压力而起到 密封作用。 适用场合: 脂或油润滑,轴颈圆周轴 速度v<4~5 m/s,工作温 度: -40~100℃ 防漏油 防灰尘 密封圈密封 密封圈用皮革、塑 料或耐油橡胶制成, 有的具有金属骨架, 有的没有,制成标 准件。 密封唇朝 里,目的 是防漏油。 密封唇朝外, 主要目的是防 灰尘、杂质 接触式密封:潘存云教授研制 (b) 潘存云教授研制 (a) 适用场合: 脂润滑,要求环境干燥清洁。 靠轴与端盖之间的细小环形间 隙密封,间隙愈小愈长,效果 愈好,间隙取0.1~0.3 mm。 间隙封圈 δ=0.1~0.3 mm δ 非接触式密封: δ
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