机械设计基础滚动轴承

机械设计基础第章滚动轴承轴向力的计算滚动轴承是一种重要的机械传动部件，广泛应用于各种机械设备中。

在滚动轴承的设计中，轴向力的计算是重要的一环。

轴向力是指作用在轴承上的沿轴向方向的力，它对轴承的正常工作和寿命具有重要影响。

轴承在工作过程中，常常受到来自外部或内部的轴向力的作用。

外力主要包括：1.传动装置的轴向力：在一些传动装置中，由于齿轮、联轴器、皮带轮等传动元件的轴向对各来的作用，会使得轴承受到轴向力的作用。

2.轴向定位力：当轴承所选择的结构形式为非推力轴承，即由轴承的其他结构形式来决定轴承承受的轴向力，比如圆锥滚子轴承、调整心形滚子轴承等。

3.实际工况的影响力：比如离心力、旋转不平衡力等，由于转子的形状和运动特性，往往会使得轴承受到轴向力的作用。

内力主要包括：1.轴的伸长引起的力：当轴受到拉伸力或拉压力时，会产生轴向力作用于滚动轴承上。

2.温度变化引起的力：由于温度变化引起的轴线伸长或缩短导致的轴向力。

3.轴的变形引起的力：由于轴的变形导致的轴向力，如轴端的盖板，轴承座两侧安装的螺钉张紧方式的变形。

1.当轴承承受的轴向力为外力时，根据传动装置的轴向力大小和方向来计算。

一般可以通过传动装置的设计手册或相关文献来获取。

2.当轴承承受的轴向力为内力时，可以通过相关的计算公式来计算。

比如，当轴受到拉伸力时，轴向力可以通过公式F=σ×A计算，其中F为轴向力，σ为轴的应力，A为轴截面积。

3.当轴承承受的轴向力为温度变化引起的力时，可以通过计算轴线伸长或缩短的量来计算轴向力。

在滚动轴承的设计中，合理计算轴向力是十分重要的，轴向力过大或者过小都会对轴承的使用寿命和运行效果产生负面影响。

因此，在设计滚动轴承时，需要结合实际应用情况，充分考虑轴向力的计算，以确保轴承正常工作并具有较长的使用寿命。

第16章滚动轴承习题与参考答案一、选择题从下列各小题给出的A、B、C、D答案中任选一个：1 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为的轴承。

A. 1或2B. 3或7C. N或NUD. 6或NA2 一根轴只用来传递转矩，因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上，各支点轴承应选用。

A. 深沟球轴承B. 调心球轴承C. 圆柱滚子轴承D. 调心滚子轴承3 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合。

A. 均为基轴制B. 前者基轴制，后者基孔制C. 均为基孔制D. 前者基孔制，后者基轴制4 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径r与轴肩处圆角半径r1应满足的关系。

A. r=r1B. r＞r lC. r＜r1D. r≤r l5 不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷。

A. 圆锥滚子轴承B. 角接触球轴承C. 深沟球轴承D. 圆柱滚子轴承6 只能承受轴向载荷。

A. 圆锥滚子轴承B. 推力球轴承C. 滚针轴承D. 调心球轴承7 通常应成对使用。

A. 深沟球轴承B. 圆锥滚子轴承C. 推力球轴承D. 圆柱滚子轴承8 跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用。

A. 深沟球轴承B. 圆锥滚子轴承C. 调心滚子轴承D. 圆柱滚子轴承9 不是滚动轴承预紧的目的。

A. 增大支承刚度B. 提高旋转精度C. 减小振动噪声D. 降低摩擦阻力10 滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承能达到的寿命。

A. 99％B. 90％C. 95％D. 50％11 适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。

A. 深沟球轴承B. 圆锥滚子轴承C. 角接触球轴承D. 调心轴承12 角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角 的增大而。

A. 增大B. 减小C. 不变D. 不定13 某轮系的中间齿轮（惰轮）通过一滚动轴承固定在不转的心轴上，轴承内、外圈的配合应满足。

A. 内圈与心轴较紧、外圈与齿轮较松B. 内圈与心轴较松、外圈与齿轮较紧C. 内圈、外圈配合均较紧D. 内圈、外圈配合均较松14 滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示。

第六节滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。

（一）支承部分的刚性和同心度：若座体刚度低，则滚动体受力增大，因此，应适当增加壁厚、采用加强筋，并使轴承座孔同心，减小轴的偏转。

（二）轴承的配置（轴系固定）：支承部件的主要功能是对轴系回转零件起支承作用，并承受径向和轴向作用力，保证轴系部件在工作中能正常地传递轴向力以防止轴系发生轴向窜动而改变工作位置。

为满足功能要求，必须对滚动轴承支承部件进行轴向固定。

固定的目的：当轴受到外载荷作用时，使轴有正确的位置、防止轴的轴向窜动以及轴受热膨胀后将轴承卡死。

固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动。

1、双支点单向固定（两端固定）：两个轴承各限制一个不同方向的轴的轴向移动（只固定内、外圈相对的一个侧面）。

适用于较短的轴系（跨距≤400）温升不高的场合。

为了补偿轴的受热膨胀，装配时应留有一定的轴向间隙。

(a) (b)图所示为两端固定方法，每个支点的外侧各有一个顶住轴承外圈的轴承盖，它通过螺钉与机座联接，每个轴承盖限制轴系一个方向的轴向位移，合起来就限制了轴的双向位移。

轴向力FA的力流路线是通过轴肩、内圈、外圈及轴承盖来实现的。

图(a)为采用深沟轴承的结构，只能承受少量的轴向力；图(b)为采用角接触轴承的结构，可承受较大轴向力。

这种支承形式属功能集中型，每个轴承均承受径向力、轴向力的复合作用，简化了支承结构。

轴系部件工作时，由于功率损失会使温度升高，轴受热后伸长，从而影响轴承的正常工作。

因此支承部件结构设计时必须考虑热膨胀问题。

a、预留轴向间隙对于上图所示的两端固定结构型式，其缺陷是显而易见的。

由于两支点均被轴承盖固定，当轴受热伸长时，势必会使轴承受到附加载荷作用，影响轴承的使用寿命。

因此，两端固定型式仅适合于工作温升不高且轴较短的场合(跨距L400mm)，还应在轴承外圈与轴承盖之间留出轴向间隙C，以补偿轴的受热伸长。

机械设计基础第节滚动轴承轴向力的计算滚动轴承是一种常用的机械元件，用于支撑与传递轴向载荷和径向载荷。

在机械设计中，计算滚动轴承轴向力是非常重要的一部分，涉及到轴承的选型和设计。

本文将介绍滚动轴承轴向力的计算方法。

一、轴向载荷的种类在机械系统中，轴向载荷分为静载荷和动载荷两种。

1.静载荷：轴向载荷恒定不变的情况下的载荷称为静载荷。

静载荷通常由设备的自重、安装在轴上的其他零件的重量、负荷的重量等构成。

2.动载荷：轴向载荷大小在运行过程中有变化的载荷称为动载荷。

动载荷通常通过计算得出，可以是来自于负载的力或力矩引起的轴向力。

二、静载荷的计算静载荷的计算主要包括扭矩产生的轴向力、径向载荷以及其他附加载荷的计算等。

1.扭矩产生的轴向力：扭矩产生的轴向力是由于传递扭矩而引起的轴向力。

一般情况下，扭矩产生的轴向力可以通过计算得出，计算公式如下：Fa=(KT×Md)/L其中，Fa为扭矩产生的轴向力，KT为轴向力系数，Md为传递的扭矩，L为轴承的有效传递长度。

2.径向载荷：径向载荷是指垂直于轴向的力。

径向载荷通常由设备的自重、传动装置的重量、负载的重量等构成。

径向载荷的计算需要考虑设备的结构和工作环境等因素。

3.其他附加载荷：其他附加载荷通常包括轴向预紧力、温度变化引起的载荷、振动引起的载荷等。

这些附加载荷需要在设计过程中进行综合考虑。

三、动载荷的计算动载荷的计算需要考虑到设备在运行中的工况、运行速度、负载类型等因素。

常见的动载荷计算方法有以下几种：1.动载荷的估计：根据设备的工作环境和使用条件，根据经验公式或实验结果进行动载荷的估计。

2.动载荷的测量：通过测量设备在运行过程中的实际载荷，得到动载荷的大小。

3.动载荷的模拟计算：通过建立设备的动态模型，对工作过程进行模拟计算，得到动载荷的大小。

四、滚动轴承轴向力的选型在计算得到滚动轴承的轴向力后，还需要根据轴承的轴向载荷容量、速度等特性进行选型。

轴向载荷容量是指滚动轴承在承受轴向力时的极限载荷能力，通常通过轴向载荷容量图进行选型。

机械设计基础了解滚动轴承的基本原理滚动轴承是一种常见的机械装置，用于支撑和导向旋转机械零件。

了解滚动轴承的基本原理对于机械设计非常重要。

本文将介绍滚动轴承的结构和工作原理，并探讨了其在机械设计中的应用。

一、滚动轴承的结构滚动轴承主要由内外圈、滚动体和保持架组成。

内外圈分别与轴和壳体连接，滚动体则位于内外圈之间，保持架则固定滚动体的相对位置。

这种结构可以有效地减小摩擦阻力，并改善轴承的传递能力。

二、滚动轴承的工作原理滚动轴承通过滚动体在内外圈之间滚动来传递轴向负荷和径向负荷。

滚动体通常为钢球、圆柱形或圆锥形滚子等。

当外力作用于滚动体时，滚动体将在内外圈之间滚动，从而实现轴向和径向负荷的传递。

三、滚动轴承的应用滚动轴承广泛应用于各种机械设备中，如汽车、机床、电机等。

它们用于支撑和导向旋转部件，减小摩擦损失，并保证机械设备的正常运行。

滚动轴承的选择要根据负荷、转速、工作环境等因素进行合理选择。

四、滚动轴承的优势和局限性滚动轴承具有承载能力强、摩擦小、寿命长等优势。

然而，滚动轴承也存在一些局限性，例如在高速旋转和高温环境下，会产生摩擦、振动和噪音等问题。

因此，在设计中需要根据具体情况选择合适的轴承类型和润滑方式。

五、滚动轴承的维护保养为了保证滚动轴承的正常运行，需要进行定期的维护保养。

包括定期清洗、检查和润滑等。

正确的维护措施可以延长轴承的使用寿命，减少故障和停机时间。

六、总结滚动轴承作为一种常见的机械装置，在机械设计中起着重要的作用。

了解滚动轴承的基本原理可以帮助工程师在设计过程中选择合适的轴承类型，并保证机械设备的正常运行。

在实际应用中，需要根据具体情况进行轴承的选择、维护和保养，以提高机械设备的性能和可靠性。

第四节滚动轴承的工作情况所选出的轴承，是否能满足设计约束，是不是最优的选择方案，还需要作进一步的检验(或称校核)。

为此，必须了解轴承工作时其有关元件所受的载荷和应力的情况和应满足的设计约束。

这是进行校核时应首先考虑的问题。

一、滚动轴承工作时轴承元件上的载荷分布外载荷作用于轴承上是通过滚动体由一个套圈传递给另一个套圈的。

径向载荷通过轴颈作用于内圈，位于上半圈的滚动体不会受力，而由下半圈的滚动体将此载荷传到外圈上。

假定内、外圈的几何形状并不改变，则由于它们与滚动体接触处共同产生局部接触变形，内圈将下沉一个距离，亦即在载荷作用线上的产生一个接触变形量。

真实的变形量的分布是中间最大，向两边逐渐减小。

可以进一步判断，接触载荷也是处于Fr作用线上的接触点处最大，向两边逐渐减小。

各滚动体从开始受力到受力终止所对应的区域叫做承载区。

根据力的平衡原理，所有滚动体作用在内圈上的反力FNi′的向量和必定等于径向载荷Fr。

实际上由于轴承内存在游隙，故由径向载荷Fr产生的承载区的范围将小于180⁰。

也就是说，不是下半部滚动体全部受载。

二、轴承工作时元件上载荷及应力的变化对于工作时旋转的内圈上任一点a，在承受载荷区内，每次与滚动体接触就受载荷一次，因此旋转内圈上a点的载荷及应力是周期性变化的。

如图a所示。

对于固定的外圈，各点所受载荷随位置不同而大小不同，对位于承受载荷区内的任一点b，当每一个滚动体滚过便受载荷一次，而所受载荷的最大值是不变的，承受稳定的脉动载荷。

如图b所示。

滚动体工作时，有自转又有公转，因而，其上任一点所受的载荷和应力也是变化的，其变化规律与内圈相似，只是变化频率增加，如图c所示。

综上所述，滚动轴承各元件上所受的应力，都是按脉动循环变化的接触应力。

三、轴向载荷对载荷分布的影响当角接触球轴承或圆锥滚子轴承(现以圆锥滚子轴承为例)承受径向载荷Fr时，由子滚动体与滚道的接触线与轴承轴线之间夹一个接触角，因而各滚动体的反力力并不指向半径方向，它可以分解为一个径向分力和一个轴向分力。

第16章滚动轴承16-1 说明下列型号轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其适用场合。

6005，N209／P6，7207C，30209／P5。

解：由手册查得6005深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径尺寸25 mm，公差等级为0级。

主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。

N209/P6圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径尺寸45 mm，公差等级为6级。

只能承受径向载荷，适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。

α=︒,钢板冲7207C角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径尺寸35 mm，接触角15压保持架，公差等级为0级。

既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击, 一般成对使用，对称布置。

30209/P5圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径尺寸45 mm，公差等级为5级。

能同时承受径向载荷和轴向载荷。

适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。

16-2 一深沟球轴承6304承受的径向力Fr＝4 kN，载荷平稳，转速n＝960 r／min，室温下工作，试求该轴承的基本额定寿命，并说明能达到或超过此寿命的概率。

若载荷改为Fr＝2 kN，轴承的基本额定寿命是多少？解：滚动轴承的基本额定寿命计算公式：其中，对于深沟球轴承6304，查手册得其径向基本额定动载荷为15900C N =，查表16-8得温度系数，查表16-9得载荷系数，对于球轴承。

（1）当量动载荷时，得：根据基本额定寿命的定义可知，在此载荷上，能达到或者超过此寿命的概率为90%。

（2）当量动载荷时，得：。

16-3 根据工作条件，某机械传动装置中轴的两端各采用一个深沟球轴承支承，轴颈d ＝35 mm ，转速n ＝2000 r ／min ，每个轴承承受径向载荷Fr ＝2000 N ，常温下工作，载荷平稳，预期寿命Lh ＝8000 h ，试选择轴承。

解：查教材表16-8得温度系数，查教材表16-9得载荷系数，对于球轴承。