轴承代号:表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等,代号由国家标准GB/T-93规定。
类型代号:1—调心球轴承;3—圆锥滚子轴承;5—推力球轴承;6—深沟球轴承;7—角接触球轴承;N—圆柱滚子轴承
宽度系列代号:区别具有相同套圈内外径,而宽(高)度不同的轴承依8、0、1、2、3、4、5、6次序递增;正常宽度1或0有时不标,对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。
直径系列代号:同一内径、结构相同的轴承有几种不同的外径;0、1-特轻、2-轻、3-中、4-重系列。
内径代号×5=内径,如:08表示轴承内径,d=5×08=40mm。
注:公差等级中0级最低,向右依次增高,2级最高。0级是普通级,在轴承代号中不标。
径向游隙系列
?游隙:滚动轴承中滚动体与内外圈滚道之间的间隙。
?径向游隙:一个座圈不动,另一个座圈沿径向从一极端位置移至另一极限位置的移动量。
?轴向游隙:一个座圈不动,另一个座圈沿轴向从一极端移至另一极限位置的移动量。有/C1、/C2、/C3、/C4、/C5,分别符合标准规定的游隙1、2、0、3、4、5组,径向游隙依次由小到大,0组不注。
前置代号
?轴承的前置代号用于表示轴承的分部件,用字母表示。如用L表示可分离轴承的可分离套圈等。
代号举例:
1.—表示深沟球轴承、正常宽度、2直径系列、内径为50mm,正常结构,0级公差,0组游隙。
2./P6—表示圆锥滚子轴承、正常宽度、3直径系列、内径为40mm,正常结构,6级公差,0组游隙。
3.AC/P5—表示角接触球轴承、正常宽度、4直径系列、内径为50mm,接触角为25°,5级公差,0组游隙。
载荷大小
?同样的外形尺寸下,滚子轴承的承载能力大于球轴承。一般:滚子轴承≈(1.5-3)球轴承;大载荷:采用滚子轴承;当d≤20mm时,两者承载能力接近,宜采用球轴承。
?载荷轻而平稳时,宜用球轴承;载荷大、有冲击时则宜选用滚子轴承。
?轴承承受纯径向载荷时,一般选用向心轴承;承受纯轴向载荷时,一般选用推力轴承。
?轴承同时承受径向载荷与轴向载荷时,一般应考虑两者相对比值的大小。
考虑轴承的转速
?一般来讲,球轴承比滚子轴承能适应更高的转速,轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速;此外,各类推力轴承的极限转速很低,不易用于高转速的情况。
?一般应使所选轴承的工作转速不超过该轴承的极限转速,球类轴承极限转速大,滚子类轴承极限转速小。
尺寸系列、内径等的选择
?尺寸系列包括直径系列和宽(高)度系列。选择轴承的尺寸系列时,主要考虑轴承承受载荷的大小,此外,也要考虑结构的要求。就直径系列而言,载荷很小时,选择超轻或特轻系列;载荷很大时,选择重系列;一般情况下,可先选用轻系或中系列,待校核后再根据具体情况进行调整。宽度系列,一般情况下可选用正常系列。
考虑对轴承的调心性要求
?调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求(即:轴心线与轴承座孔心线可适当偏转),而圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零。宜用于轴承与座孔能保证同心、轴的刚度较高的地方。在支承跨距大、轴刚性差、多支点、轴承座分别独立安装等场合,应尽量选用调心轴承。
?各类轴承内圈轴线相对外圈轴线的倾斜角度是有限制的,超过限制角度,会使轴承寿命降低。
考虑经济性
?球轴承比滚子轴承价格便宜,单列的较双列的便宜,精度低的较精度高的便宜。只要能满足基本工作要求,应优先选用球轴承。同型号不同公差等级的轴承,价格差别很大。
滚动轴承的力分析、失效和计算准则
?滚动轴承的失效形式
1)点蚀—交变接触应力作用导致元件点蚀(轴承主要失效形式)
2)塑变—过大静载或冲击载荷致局部塑变(低速轴承失效形式)
3)胶合、磨损、套圈或保持架断裂—维护不当、润滑不良。
固定套圈:受到的是稳定脉动循环的接触应力;转动套圈:受到的应力是周期性不稳定变化的接触应力;
滚动体:受到的应力也是周期性不稳定变化的接触应力。
?轴承的受力分析
1.在理想状态下,轴向力由各滚动体均匀分担;径向力只由下半圈滚动体承受,称为承载区,滚动体受载不均。
2.轴承在工作状态下,滚动体与旋转套圈承受变化的脉动接触应力,固定套圈上最下端一点承受最大脉动接触应力。
3.轴承中存在游隙,实际承载区一般小于°。
1.滚动体与内、外圈之间的作用力沿其接触法线方向。
2.存在径向分力与轴向分力。径向分力之和为支反力。
3.轴向分力之和称为内部轴向力。
4.因为存在内部轴向力,向心角接触轴承通常都是成对使用,对称安装(面对面或背靠背),以便形成轴向相互约束。
?滚动轴承的设计准则
1.一般轴承(n10r/min),疲劳点蚀是主要失效形式。先进行寿命计算,再进行静强度校核
2.静止或极慢转速(n≤10r/min),轴承(塑性变形)。先进行静强度计算,再进行寿命校核
3.高速轴承(粘着磨损或烧伤为主)。先进行寿命计算,再进行nlim校核
基本概念
1)滚动轴承的寿命
滚动轴承任内圈、外圈、滚动体任一元件的材料首次出现疲劳点蚀前的总转数或在某一给定的恒定转速下运转的小时数称为轴承寿命。一批相同型号的轴承,在同样的工作条件下,其寿命一般并不相同,最低与最高寿命相差可达数十倍。
2)基本额定寿命:规定了可靠度
指一批相同的轴承,在相同运转条件下,其中90%的轴承在疲劳点蚀前能达到或超过的寿命。即当一批轴承工作运转达到额定寿命时,有10%的轴承已先后出现疲劳点蚀。
寿命单位若为转数,用L表示(单位为百万转,转);若为工作小时数,用Lh表示(小时h)。
3)基本额定动载荷
对应基本额定寿命转时,轴承所能承受最大载荷(轴承所能承受的恒定载荷值)C。轴承承载能力的度量,与轴承的结构、尺寸、材料及制造精度有关,需要时可查阅有关设计手册或轴承生产厂家的产品样本。
4)基本额定静载荷
使轴承中受载最大的滚动体与滚道接触中心引起的接触应力达到一定量值的静载荷。用C0表示。
基本额定静载荷用来表征轴承在静止或缓慢旋转时的承载能力。
5)滚动轴承的当量动载荷
滚动轴承的基本额定动载荷是在下述试验条件下得到的:轴承基本额定寿命为r;可靠度为90%;向心轴承承受纯径向载荷;推力轴承承受纯轴向载荷;载荷平稳。
当量动载荷的一般计算公式:P=fp(XFr+YFa)
将实际工作载荷换算为与试验条件相一致的载荷,称为当量动载荷,用字母P表示,用来计入不同的实际使用条件对滚动轴承寿命的影响。
?轴承的寿命计算
轴承的基本额定寿命L与当量动载荷P、基本额定动载荷C间的关系可以用疲劳曲线表示,其表达式为
ε:寿命指数
实际计算时,常用小时数表示轴承的额定寿命
n-轴承工作转速(r/min)
基本额定动载荷C是寿命曲线上一个特殊的点;寿命曲线是试验确定轴承基本额定动载荷C的基础。
考虑温度、冲击、振动的影响,引入温度系数ft,载荷系数fp进行修正。
则所需基本额定动载荷:
?对仅能承受径向载荷的轴承:X=1,Y=0P=fpFr
?对仅能承受轴向载荷的轴承:X=0,Y=1P=fpFa
?对其它轴承,根据判断Fa/Fr>e还是Fa/Fr≤e,查阅滚动轴承样本或机械设计手册,参数e是判断系数。
角接触轴承承受径向载荷时,作用在滚动体上的法向力可分解为径向分力和轴向分力。各个滚动体上所受轴向分力的合力即为轴承的内部轴向力,内部轴向力的方向为从外圈的宽边指向窄边。
滚动轴承轴向载荷的计算
角接触轴承和圆锥滚子承受径向载荷Fr、内部结构产生的派生轴向力Fd,和外部轴向载荷Fae。作用在轴承上的轴向总载荷与Fd和Fae有关。
1.画轴承组合结构受力简图
2.轴承径向力Fr1、Fr2的计算。根据轴的力、力矩平衡求出轴承的径向支反力,即两个轴承的径向载荷。
3.根据轴向力的平衡求出轴承的轴向支反力,即轴承的轴向载荷。
4.轴向受力包括轴上零件的轴向力、两个轴承的内部轴向力,内部轴向力的方向判定是关键。
轴承派生轴向力Fd(内部轴向力)的计算
?计算轴承轴向力Fa的步骤:
(1)正确判断轴承的安装(布置),明确支点位置;
(2)正确计算径向力Fr1、Fr2;
(3)正确计算派生(内部轴向力)Fd1、Fd2;
(4)正确计算判断压紧端与放松端;
▲对于3、7号轴承,若代表游动趋势的矢量箭头恰好指向某一轴承大口时,该轴承为压紧端,另一轴承便为放松端。
▲对于深沟球轴承,外加轴向载荷指向的轴承为压紧端,且承受全部轴向外载荷。
?正确计算轴向力Fa(3、7号轴承)
1)压紧端轴向力Fa=放松端内部轴向力Fd±轴向外载荷Fae
2)放松端轴向力Fa=放松端内部轴向力Fd
本节易错点:
1)轴承的正反装(面对面、背对背)
2)轴承派生轴向力Fd的计算
应注意:派生轴向力Fd应从小口指向大口
3)压紧端与放松端的判断;
4)轴承轴向力Fa的计算
?压紧端轴承轴向力Fa=放松端轴承内部轴向力±轴向外载荷
轴向外载荷前的符号依压紧端轴承内部轴向力方向而定。与内部轴向力方向一致取负值,反之取正值。
?放松端轴向力Fa=放松端内部轴向力Fd
总结:
1.若Fae+Fd2Fd1
由于轴承1的右端已固定,轴不能向右移动,轴承1被压紧。
由平衡条件得轴承1(压紧端)承受的轴向载荷:
压紧端Fa1=Fae+Fd2
轴承2(放松端)承受的轴向载荷:放松端Fa2=Fd2
2.若Fae+Fd2Fd1
则轴承2被压紧。由平衡条件得:
放松端Fa1=Fd1
压紧端Fa2=Fd1-Fae
放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力
压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外
反装时选左边的轴承为1,右边的轴承为2。
1.若Fae+Fd2Fd1则有:
压紧端Fa1=Fae+Fd2
放松端Fa2=Fd2
2.若Fae+Fd2Fd1,则有:
放松端Fa1=Fd1
压紧端Fa2=Fd1-Fae
结论与正装相同:
放松端轴承的轴向载荷=内部轴向力
压紧端轴承的轴向载荷=其余轴向力的代数和本身除外
练习1:某减速器的高速轴,已知其转速n=rpm,两轴承处所受的径向载荷分别为Fr1=N,Fr2=N,轴向工作载荷Fa=N,轴颈直径d=40mm,要求轴承使用寿命不低于h。传动有轻微冲击,工作温度不高于℃,试确定轴承型号。
练习2:如图,轴上两端“面对面”安装一对AC轴承,轴的转速n=rpm,两轴承所受径向载荷分别为Fr1=N,Fr2=0N,轴上的轴向载荷FA=N,方向指向轴承1。工作时有较大冲击,环境温度℃。试计算轴承的寿命。
练习3:某滚动球轴承的预期寿命为L10h,当量动载荷为P,基本额定动载荷为C。若转速不变,而当量动载荷由P增大到2P,其寿命有何变化?若当量动载荷C不变,而转速由n增大到2n(不超过极限转速),寿命又有何变化?
练习4:某轴选用一对型号为AC的滚动轴承支承,受力情况如图。已知:派生轴向力Fd=0.68Fr,判断系数e=0.68.当Fa/Fr≤e时,X=1,Y=0;当Fa/Fr>e时,X=0.41,Y=0.87。Fae、Fa、Fr分别代表外部轴向力、轴向力和径向力。(1)说明轴承代号AC的含义。(2)计算轴承1、2的派生轴向力及轴向力。(3)说明哪个轴承的寿命更短。
羊台子巷32号