2003机械设计复习题解答-滚动轴承

机械设计基础复习题滚动轴承基本要求：掌握滚动轴承的主要类型、特点和选用。

掌握滚动轴承的设计计算和组合结构设计时考虑的主要问题。

了解滚动轴承的润滑、密封、安装和使用的有关知识。

1．滚动轴承由哪些元件组成？各元件起什么作用？它们常用什么材料制造？为什么现代机械设备上大多采用滚动轴承？滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四个元件组成。

内圈：装在轴上。

外圈：装在轴承座孔中。

多数情况，内圈随轴回转，外圈不动；但也有外圈回转、内圈不转或内外圈分别按不同转速回转的情况。

在球轴承内、外圈上都有凹槽滚道，它起着降低接触应力和限制滚动体轴向移动的作用。

滚动体：在两套圈之间滚动并传递载荷。

滚动体的大小和数量直接影响轴承的承载能力。

保持架：保持架使滚动体等距离分布并减少滚动体间的摩擦和磨损。

如果没有保持架，相邻滚动体将直接接触，且相对摩擦速度是表面速度的两倍，发热和磨损都较大。

内、外套圈和滚动体：用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢（GCr15、GCr15SiMn等）制造。

淬火后表面硬度可达58～66HRC。

保持架：用比较软的低碳钢、铜合金、铝或塑料制造。

由于滚动轴承相对于滑动轴承，具有以下一些优点，因此现代机械设备上大多采用滚动轴承：在一般工作条件下，摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当，比混合润滑轴承略低。

采用滚动轴承的机器起动力矩小，有利于在负载下起动；径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙，运转精度高；对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧凑大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构较简单；消耗润滑剂少，便于密封，易于维护。

2．试画出6类（0000）、1类（1000）、N类（2000）、7类（6000）、3类（7000）和5类（8000）滚动轴承的结构示意图，并示意能承受载荷的方向；指出哪些轴承可调隙，哪些可调心？可调隙轴承采用内、外圈可以分离的可分离型轴承；调心轴承是允许内外圈偏转角较大的轴承。

此外，球轴承：运转灵活，但承载能力低；滚子轴承：承载能力高，但运转不如球轴承灵活。

3根据滚动轴承的代号，指出它们的名称，类型、内径尺寸、公差等级和游隙组别：6308、30213、7214/P4、N104/P53、51308。

类型：径向接触轴承；轴向接触轴承；向心角接触轴承6308：深沟球轴承，类型为径向接触轴承，内径d=40mm，公差为0级，游隙为0组；30213：圆锥滚子轴承，类型为向心角接触轴承，内径d=65mm，公差为0级，游隙为0组；7214/P4：7─角接触球轴承，类型为向心角接触轴承，内径d=70mm，公差为4级，游隙为0组；N104/P5/C3：圆柱滚子轴承，类型为径向接触轴承，内径d=20mm，公差为5级，游隙为3组；51308：推力球轴承，类型为轴向接触轴承，内径d=80mm，公差为0级，游隙为0组；4．选择滚动轴承的类型时，要考虑哪些因素？下列机械各应选择何种类型的轴承：（1）5吨吊车滑轮轴及吊钩轴轴承；（2）一级斜齿圆柱齿轮减速器高速轴轴承，传递功率为5.5KW，转速3000r/min，斜齿轮螺旋角为8018’34”；（3）卷扬机轴轴承；（4）蜗杆传动中的蜗杆轴支承轴承；（5）推拉门滚轮的支承轴承；（6）餐桌转盘支承轴承。

（1）5吨吊车滑轮轴：径向接触轴承，向心球轴承；吊钩轴：轴向接触轴承，推力轴承：轴向接触轴承，推力轴承；（2）一级斜齿圆柱齿轮减速器高速轴轴承，传递功率为5.5KW ，转速3000r/min ，斜齿轮螺旋角为8018’34”：径向、轴向接触轴承，角接触轴承（3）卷扬机轴轴承：轴长，调心球轴承；（4）蜗杆传动中的蜗杆轴支承轴承；径向、轴向接触轴承，角接触轴承；（5）推拉门滚轮的支承轴承：径向接触轴承，深沟球轴承；（6）餐桌转盘支承轴承：轴向接触轴承。

5．何谓滚动轴承的额定寿命？何谓滚动轴承的额定动载荷？滚动轴承的寿命：是指轴承中任一元件出现点蚀(疲劳剥落扩展迹象)之前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。

滚动轴承的基本额定寿命：指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中恰有90％的轴承尚未产生点蚀时的寿命，用 L 10 或 L 10h 表示。

L 10 的可靠度 R ＝90％。

滚动轴承的基本额定动载荷： 指L 10恰为 106 转时，轴承所能承受的载荷，用 C 表示。

即：在基本额定动载荷作用下，滚动轴承可以工作106r 而不发生点蚀失效，其可靠度为90％。

基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。

6．滚动轴承的主要失效形式有哪些？寿命计算，静载荷计算分别针对哪种失效？以下轴承根据工作要求，主要应进行哪些计算？（1）滑轮吊钩轴轴承；（2）n>1000r/min 的高速磨头轴轴承；（3）n=1450r/min,P=7.5KW 的减速器高速轴轴承。

滚动轴承的主要失效形式有：疲劳点蚀： 是最常见的失效形式。

滚动轴承受载后各滚动体的受力大小不同，对于回转的轴承，滚动体和套圈滚道承受循环接触应力，各元件接触表面上都可能发生接触疲劳磨损，出现点蚀现象。

点蚀使轴承产生振动和噪音。

1）载荷方向； •当F A 很大时，选 6（N ）＋5（8）组合使用。

•当F A 较小时，可选 6类。

只受 F R 时，选径向接触轴承（1、2、6、N ）。

只受 F A 时，选轴向接触轴承（5、8）或选（7、3）类。

同时受 F R 和 F A 时，选向心角接触轴承（7、3）。

2）载荷大小； •载荷大或有冲击振动时，宜选滚子轴承。

3）转速高低； •转速高或要求旋转精度高时，宜选球轴承。

•轴向接触轴承不适宜高转速，可用6或7类代替。

4）调心要求；•轴的刚度低、轴承座孔的同轴度低或多支点轴，选调心轴承。

5）经济性； •精度高的价格高，滚子轴承比球轴承价格高。

6）为便于安装拆卸和调整间隙，常选用内、外圈可分离的分离型轴承、具有内锥孔的轴承或带紧定套的轴承。

p366塑性变形：对于转速很低或间歇摆动的轴承，在一定的静载荷或冲击载荷作用下，会因过大的载荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生塑性变形，形成不均匀的凹坑。

磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。

润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合） 。

计算准则：1. 一般工作条件的回转滚动轴承，主要失效形式为“点蚀”，需进行接触疲劳寿命计算和静强度计算。

2. 转速很低或摆动的轴承，主要失效形式为塑性变形，需计算静强度。

3. 高转速轴承，主要失效形式为粘着磨损，除进行疲劳强度寿命计算外，还需校验极限转速。

（1）滑轮吊钩轴轴承: 塑性变形，需计算静强度；（2）n>1000r/min 的高速磨头轴轴承；（3）n=1450r/min,P=7.5KW 的减速器高速轴轴承：除进行疲劳强度寿命计算外，还需校验极限转速。

7.某轴承的额定寿命计算结果为960Oh ，在正常工作条件下，实际只使用了7000h 之后，轴承出现了点蚀，试解释其原因。

额定寿命是指在一定可靠度下轴承寿命，并不能保证100％的轴承都能达到该寿命。

8.什么叫滚动轴承的当量动载荷？为什么要按当量动载荷来计算滚动轴承的寿命？滚动轴承的当量动载荷是由轴承实际所受载荷转换得到的与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同的假想载荷，用 P 表示。

式中：FR 、FA — 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；X 、Y — 分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数按当量动载荷来计算滚动轴承的寿命，是为了将滚动轴承所受的径向和轴向联合载荷，折算成纯粹的径向（轴向）载荷，以便与轴承的额定载荷进行比较。

9. 角接触轴承的附加轴向力是怎样产生的？它的大小和方向与哪些因素有关？角接触轴承通常为何要成对使用？角接触轴承受径向载荷F R 时，会产生附加轴向力Fs 。

在径向力作用下，各受载滚动体的轴向分力Fsi 之和，即为轴承的附加轴向力 Fs 。

角接触轴承的附加轴向力的大小和方向与它所受的径向力的大小、力作用点的位置，以及轴承的配置方式、轴承的公称接触角等因素有关。

Fs 的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边→窄边，通过内圈作用于轴上。

由于角接触轴承受径向载荷后会产生相应的附加轴向力，故应成对使用。

10.说明角接触轴承的当量动载荷计算中，径向系数X 和轴向系数Y 的意义，角接触轴承和推力轴承的当量动载荷如何计算？滚动轴承的当量动载荷 式中：FR 、FA — 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；X 、Y — 分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数，分别表示轴承承受的径向载荷和轴向载荷在滚动轴承的当量动载荷中所占的比重或所起作用的大小；aF Y F X P ⨯⨯=＋r aF Y F X P ⨯⨯=＋r 。

向力，其当量动载荷的推力轴承只能承受轴＝而；当量动载荷轴承只能承受径向力，的圆柱滚子轴承与滚针＝值。

化而影响小，它通过接触角的变反映轴向载荷的相对大的增加而增大。

值随承的深沟球轴承和角接触轴荷的影响可以不计。

即轴向载荷对当量动载，，时，轴承，当单列向心轴承或角接触a r r r r r r F P F P e C F C F e F P Y e F F ====≤a 000a 0a a 900//0/αα角接触轴承的当量动载荷计算推力轴承的当量动载荷计算11.已知某单列深沟球轴承的工作转速为n 1，当量动载荷为P 1时，预期寿命为8000h,求：（1）当转速n 1保持不变，当量动载荷增加到P 2=2P 1时，其寿命应为多少小时？（2）当量动载荷P 1保持不变，若转速增加到n 2=2n 1时，其寿命为多少小时？（3）当转速n 1保持不变，欲使预期寿命增加一倍时，当量动载荷有何变化？式中： L 10h －以小时数为单位的基本额定寿命；C 、P －基本额定动载荷、当量动载荷；n －轴承的转速（r/min ）；ε－寿命指数， 球轴承：ε ＝3； 滚子轴承：ε ＝10/3 。

由上式可知：3121221)(P P n n L L ⨯= （1）8)(8000312122=⨯=P P n n L ,因此，此时寿命L 2=1000h ； （2）2)(8000312122=⨯=P P n n L ,因此，此时寿命L 2=4000h ； （3）21)(8000312122=⨯=P P n n L ，因此，此时，12321P P ⨯=，。

12. 滚动轴承组合结构形式有哪几种？各适用于什么场合？游动端轴承是否承受轴向力？滚动轴承组合结构形式有以下三种：1. 两端固定支承：一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动，另一端轴承的固定限制另一方向的串动，两端轴承的固定共同限制轴的双向串动。

普通工作温度下（温度变化不大）的短轴（跨距l<400mm ），常采用两端单向固定的结构形式，每个轴承分别承受一个方向的轴向力。