机械设计基础 教学课件 作者 李立机械设计基础(15-18) 第15章 轴承

1、在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：教学目标重点难点教学内容小结作业第十五章 轴承教学目标1.明确轴承的功用及类型；2.明确滑动轴承的类型、结构、材料及润滑剂的选用；3.掌握滑动轴承设计计算；4.明确滚动轴承的结构、类型和代号；5.掌握滚动轴承的工作能力计算；6.掌握滚动轴承的组合结构设计。教学目标首页15.1 滑动轴承的结构、类型15.2 滑动轴承的材料15.3 滑动轴承设计15.4 滑动轴承的润滑15.5 滚动轴承的结构、类型和代号15.6 滚动轴承类型的选择15.7 滚动轴承的工作能力计算15.8 滚动轴承的组合

2、结构设计教学内容首页重点：滑动轴承设计计算； 滚动轴承的结构、类型和代号； 滚动轴承的工作能力计算。难点：滑动轴承的设计； 滚动轴承的组合结构设计重点难点首页轴承首页轴承的功用: 支撑轴及轴上转动或摆动的零、部件，使其保持一定的旋转精度，承受负荷，减少相对回转零件间的摩擦与磨损。轴承的分类: 按轴承工作的摩擦性质不同，可分为两大类：滑动摩擦轴承简称滑动轴承和滚动摩擦轴承简称滚动轴承。返回轴承滑动轴承与滚动轴承特点： 滑动轴承具有工作平稳、无噪音、径向尺寸小、耐冲击和承载能力大等优点。 滚动轴承是由专门工厂制造的标准组件。它适应的转速范围很宽，摩擦损失小，对启动没有持殊的要求，工作时的维护要求不

3、高，所以在一般机器中广泛使用。在某些条件下，如高速、重载、有较大的冲击载荷或对轴的回转精度要求特别高的机器中，滚动轴承不能完全满足使用要求，而滑动轴承那么具有优异的性能，特别是需要采用剖分式结构的场合，必须采用滑动轴承。返回轴承15.1 滑动轴承的结构、类型 返回滑动轴承的类型1.按其承受载荷的方向不同分为：向心轴承主要承受径向载荷和止推轴承只承受轴向载荷；向心推力轴承同时承受径向和轴向载荷三大类。2.根据轴承工作时润滑状态的不同，可将滑动轴承分为液体摩擦轴承和非液体摩擦轴承两大类。3.根据液体润滑承载机理的不同，又可分为液体动力润滑轴承简称动压轴承和液体静压润滑轴承简称静压轴承。滑动轴承的结

4、构、类型 滑动轴承的典型结构1. 向心滑动轴承的结构形式 (1) 整体式滑动轴承 这种轴承结构简单，价格低廉，但轴的装拆不方便，磨损后轴承的径向间隙无法调整。使用于轻载低速或间歇工作的场合。 滑动轴承的结构、类型 返回(2) 剖分式滑动轴承 水平式 斜置式滑动轴承的结构、类型 返回滑动轴承的结构、类型 返回3间隙可调式 4自动调心式 2.止推滑动轴承的结构形式 常见的止推面结构形式有实心式、空心式、单环式和多环式四种实心式 空心式 单环式 多环式滑动轴承的结构、类型 返回实心式轴颈端面的中部压强比边缘的大，边缘磨损快，润滑油不易进人，润滑条件差，很少采用。空心式轴颈端面的中空局部能存油，压强也

5、比较均匀，承载能力不大。单环式结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式压强较均匀，能承受双向载荷，且轴向承载能力较大， 但各环承载不等，环数不能太多。滑动轴承的结构、类型 返回15.2 滑动轴承的材料 返回15.2.1 滑动轴承的材料 轴瓦和轴承衬的材料称为轴承材料。滑动轴承的主要失效形式是磨粒磨损、刮伤、胶合、因材料强度缺乏而出现的疲劳强度及腐蚀等。 滑动轴承的材料 轴承材料应具备的主要工作性能是：1. 良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性；2. 良好的摩擦顺应性，嵌入性和磨合性；3足够的抗拉强度、疲劳强度和冲击能力；4良好的耐腐蚀性、传热性和热膨胀性、调滑性对油的吸附能力；5良好的塑

6、性，具有适应轴弯曲变形和其他几何误差的能力；6良好的工艺性和经济性等。滑动轴承的材料 常用的轴承材料分为3大类：(1) 金属材料，例如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金、减摩铸铁等；(2) 多孔质金属材料粉末冶金材料；(3) 非金属材料，例如橡胶、塑料、硬木等。滑动轴承的材料 返回15.3滑动轴承设计返回15.3.1 径向滑动轴承的计算 1. 校核轴承平均压力p单位为MPa 2. 校核轴承的pv值 3. 校核滑动速度对于低速或间歇工作的轴承，只需进行压强p的校核。滑动轴承的设计 15.3.2 止推滑动轴承的计算1. 校核轴承平均压力p单位为MPa 2. 校核轴承的pv值 滑动轴承的设计 返回1

7、5.4滑动轴承的润滑 返回 轴承润滑的主要目的是降低摩擦和减少磨损，提高轴承的效率和延长寿命，同时还可起到冷却、吸振、防锈的作用。 15.4.1 润滑剂 最常用的润滑剂有: 润滑油、润滑脂和固体润滑剂等。 滑动轴承的润滑 (2)物理性能指标： 润滑油最重要的物理性能指标是粘度，原那么上，当转速高、压力小时，应选粘度较低的油；反之，当转速低、压力大时，应选粘度较高的油。滑动轴承的润滑 1.润滑油及其选择(1) 分类及应用： 液体流动轴承通常采用润滑油。润滑油分矿物油、植物油和动物油三种，其中矿物油资源丰富，价格廉价，适用范围广且稳定性好，应用最广泛。2. 润滑脂及其选择(1) 应用 润滑脂俗称黄

8、干油,其稠度大，不易流失，因此轴承的密封简单，润滑脂不需经常补充。但稳定性差，摩擦功耗大，流动性差，无冷却效果，适于低速重载且温度变化不大处，难于连续供油时。钙基润滑脂应用最普遍，其耐水性好，但不耐热；钠基润滑脂耐热性好，但耐水性差；锂基润滑脂即耐热又耐水。滑动轴承的润滑 (2) 物理性能指标 主要是滴点和锥入度。润滑脂在规定的条件下加热，开始滴下第一滴油时的温度称为滴点，滴点表示润滑脂的耐热能力。质量为150g的标准锥形针，在5s内沉入25的润滑脂试样中的深度以0.1mm为单位称为锥入度，锥入度说明润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。(3) 选择润滑脂的原那么 轻载高速时选针入度大的润滑脂，反

9、之选针入度小的润滑脂；所用润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高约2030。以免润滑脂流失；在有水淋或潮湿的环境下应选择防水性强的润滑脂。滑动轴承的润滑 3固体润滑剂(1) 应用 固体润滑剂可以在摩擦外表上形成固体膜以减小摩擦阻力，能耐高温和高压，但附着力低缺乏流动性，一般轴承在高温，低速、重载情况下工作，不宜采用润滑油或脂时可采用固体润滑剂 (2) 种类 常用的固体润滑剂有石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等。 (3) 使用方法 a调配到油或脂中使用；b涂敷或烧结到摩擦外表； c渗入轴瓦材料或成型镶嵌在轴承中使用。 滑动轴承的润滑 15.4.2 润滑方式 轴承的润滑方式，可按下式计算求得k值后选

10、择： 式中： p轴颈的平均压强，p=F/DB， MPa； F轴承所受的载荷，N； D轴承直径，mm； B轴承宽度，mm； v轴颈的圆周速度m/s。滑动轴承的润滑 当k2时，选择润滑脂和压配式压注油杯润滑；当k=216时，选择针阀式注油油杯、油绳式弹簧盖油杯润滑和油杯润滑；当k=1632时，选择油环润滑；当k32时，选择压力循环润滑。具体的润滑方式及润滑装置可参阅第16章内容。滑动轴承的润滑 1手柄 2调节螺母 3弹簧 4针阀 5杯体6观察孔 7钢球 8弹簧 9杯盖 10杯体压配式压注油杯润滑 针阀式注油油杯润滑 润滑脂润滑 15.4.2 润滑方式 滑动轴承的润滑 返回滑动轴承的润滑装置15.5

11、 滚动轴承的结构、类型和代号 返回滚动轴承的结构 1内圈 2外圈 3滚动体 4保持架滚动轴承的根本结构滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的结构 滚动体形状及滚动轴承的材料 (a) 球形 (b)短圆柱形 (c)圆锥滚子 (d)鼓形滚子 (e) 螺旋滚子 (f) 长圆柱形 (g) 滚针图一般用特殊轴承钢制造，常用材料有GCrl5、GCrl5SiMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60-65HRC。 常用滚动体形状 滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的分类 常用滚动轴承的类型很多，其代号及特性如表15-4所示。 滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的代号 滚动轴承的

12、代号由前置代号、根本代号和后置代号组成 滚动轴承代号的组成 滚动轴承的结构、类型和代号1根本代号根本代号是轴承代号的主体，由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成，类型代号用数字或字母表示。 代号轴承类型代号轴承类型0双列角接触球轴承6深沟球轴承1调心球轴承7角接触球轴承2调心滚子轴承8推力圆柱滚子轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承4双列深沟球轴承 NN表示双列或多列5推力球轴承NA滚针轴承类型代号表 滚动轴承的结构、类型和代号尺寸系列代号包括直径系列代号和宽度系列代号。 滚动轴承的直径系列代号基本代号中第3位数字0123456789直径系列特轻特轻轻中重特重超特轻超轻超轻滚动轴承的结构、类型和代

13、号滚动轴承的宽度系列代号基本代号中第4位数字0123456789宽度系列窄型正常宽特宽特宽特宽特低低轴承的内径代号内径代号000102030496轴承内径d10121517代号数x5内径代号由两位数字组成，对d=10480mm的常用轴承的内径代号。滚动轴承的结构、类型和代号 前置代号表示成套轴承的分部件，用字母表示，代号及含义如表:代号含义示例L可分离轴承的可分离内圈或外圈LN207K轴承的滚动体与保持架组件K81107R不带可分离内圈或外圈的轴承RNU207NU示内圈无档边的圆柱滚子轴承RNU207WS推力圆柱滚子轴承的轴圈WS81107GS推力圆柱滚子轴承的座圈GS81107前置代号及含义

14、2前置代号滚动轴承的结构、类型和代号 后置代号用字母和数字表示，共分8组，它包含轴承的内部结构、材料、尺寸、公差、游隙及技术要求等方面有改变时的补充代号。(1) 内部结构代号：表示同一类型轴承的不同内部结构，用紧跟着代号的字母表示。(2) 公差等级代号：滚动轴承的公差等级分为0级、6级、6x级、5级、4级和2级共六级，依次由低级到高级，其代号分别为/P0、/P6、/P6x、/P5、/P4、/P2。0级为普通级，在轴承代号中不标出；6x级仅适用于圆锥滚子轴承。 3后置代号滚动轴承的结构、类型和代号(3) 游隙代号：滚动轴承的游隙分为： 1组、2组、0组、3组、4组和5组共六组，游隙数值依次增大，

15、其代号分别用/C1、/C2、0、/C3、/C4、/C5表示，0组游隙叫根本游隙，在代号中不表示。更详细的前置和后置代号的含义及表示方法参见GB/T271-1997。 滚动轴承的结构、类型和代号6308： 6表示深沟球轴承；03表示尺寸系列代号，3表示直径系列为中系列，0表示宽度系列为窄系列，因向心轴承的0带括号，故可省略；08表示内径为d=8x5=40mm；0级公差，0组游隙。N2318/C3：N为类型代号，表示外圈无挡边的圆柱滚子轴承；23为尺寸系列代号，2表示宽度系列为宽系列，3表示直径系列为中系列；18表示轴承内径为d=18x5=90mm；C3表示径向游隙3组。LN207/P63：LN表

16、示外圈可别离的圆柱滚子轴承，宽度系列代号为00在代号中可省略，2表示直径系列代号，内径为35mm，公差等级为6级，游隙为3组。 滚动轴承的代号举例如下：滚动轴承的结构、类型和代号返回15.6 滚动轴承类型的选择返回正确选择轴承的类型需要考虑以下因素： 1.载荷的大小、方向和性质；2.轴承的转速；3.轴承的调心性能；4.轴承的安装和拆卸；5.经济性； 返回滚动轴承类型的选择返回15.7 滚动轴承的工作能力计算返回15.7.1 滚动轴承的失效形式及设计准那么1.滚动轴承的失效形式 根据工作情况，主要有疲劳点蚀、塑性变形、磨粒磨损和胶合等。 滚动轴承内部的载荷变化 滚动轴承的工作能力计算点蚀 轴承元

17、件受到脉动循环的接触应力。这种周期性变化的应力，促使疲劳裂纹的产生，并逐渐扩展到外表，从而形成疲劳点蚀，使轴承旋转精度下降，产生噪声、冲击和振动。 滚动轴承的工作能力计算塑性变形 当滚动轴承转速很低或只作间歇摆动时，一般不会产生疲劳点蚀。但假设承受很大的静载荷或冲击载荷时，轴承各元件接触处的局部应力可能超过材料的屈服极限，从而产生永久变形。过大的永久变形会使轴承在运转中产生剧烈的振动和噪音，致使滚动轴承不能正常工作。滚动轴承的工作能力计算磨粒磨损和胶合 由于使用维护和保养不当或密封、润滑不良等因素，也能导致轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破损等不正常失效。滚动轴承的工作能力计算滚动轴承的工作

18、能力计算2. 滚动轴承的设计准那么 选择轴承时，要针对主要失效形式进行必要的计算，并采取适当措施，以保证轴承的正常工作。一般工作条件的回转滚动轴承，最主要的失效形式是疲劳点蚀破坏，应进行接触疲劳寿命计算和静强度计算；对低速轴承n10r/min或摆动轴承，要求控制其塑性变形，只需进行静强度计算；对高速轴承，主要是由于发热而引起的黏着磨损、烧伤失效，除需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。以磨损、胶合为主要失效形式的轴承，由于影响因素复杂，目前还没有相应的计算方法，只能采用适当的预防措施，通过正确的润滑和密封，正确的操作与维护来解决。滚动轴承的工作能力计算15.7.2 滚动轴承的寿命计算1.根本额

19、定寿命和根本额定动载荷(1)滚动轴承的寿命：滚动轴承从开始工作，到轴承中任一个套圈或滚动体上出现疲劳点蚀以前的总转数以106为单位，或在一定转速下的总工作小时数称为滚动轴承的寿命。(2) 滚动轴承的根本额定寿命：国家标准规定：按一批相同的轴承中，在一定的工作条件下，10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承在发生点蚀破坏前所能到达的总转数以106为单位或工作小时数作为轴承的根本额定寿命，以L10表示。滚动轴承的工作能力计算(3) 滚动轴承的根本额定动载荷：所谓轴承的根本额定动载荷，就是使轴承的根本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。 对于向心轴承，指的是纯径向载荷，并称

20、为径向根本额定动载荷Cr表示； 对于推力轴承，指的是纯轴向载荷，并称为轴向根本额定动载荷Ca表示； 对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承，指的是套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。 滚动轴承的工作能力计算2.当量动载荷 在实际应用的情况下，一般滚动轴承受径向载荷Fr和轴向载荷 同时作用。因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用字母P表示。与实际载荷的关系为： X、 Y动径向载荷系数和动轴向载荷系数，见表15-12。载荷系数，见表15-11；滚动轴承的工作能力计算3.根本额定寿命计算 大量试验得出某一轴承所承受的载荷与寿命的关系曲线方程为：

21、=常数 因此滚动轴承的寿命计算公式为： 当已知基本额定寿命为106r（即L10=1）时，对应的载荷值即为轴承的基本额定动载荷C, 此时 =常数滚动轴承的工作能力计算 工程计算中为使用方便, 用给定转速n(r/min)下的工作小时数Lh来表示轴承的根本额定寿命, 那么有： 如果载荷P和转速n已知，轴承的预期计算寿命 也已确定，则可得到所需轴承应具有的基本额定动载荷计算公式为：滚动轴承的工作能力计算4. 角接触向心轴承轴向载荷的计算 角接触向心轴承其结构特点，当其承受径向载Fr时，外圈对滚动体产生的法向反力FQi将分解为FRi和FSi，FRi和F相平衡，而FSi是由于径向载荷在轴承内部产生的，称为

22、轴向派生力，如下图。 滚动轴承的工作能力计算 为了使派生力相互抵消，角接触轴承常成对使用，安装方式一般有两种。如下图，a为正安装，两轴承外圈窄边相对，轴的实际支点偏向两支点内侧，这种安装结构简单，拆卸方便；b为反安装，两轴承外圈窄边相背，轴的实际支点偏向两支点外侧，简化计算可近似认为支点在轴承宽度的中点处。（a）（b）滚动轴承的工作能力计算 下面以面对面安装的圆锥滚子轴承为例介绍轴承轴向载荷的计算方法，如图，为作用于轴上的轴向外载，Fr1和Fr2和Fs1和 Fs2分别为轴承1，2所受的径向载荷和内部轴向力。根据轴的力平衡关系，按下面两种情况进行分析。 滚动轴承的工作能力计算因轴承1只受内部轴向

23、力，故： 由此可求得轴承2的轴向力为： (1)若 轴有向右移动的趋势，使轴承2被压紧，轴承1放松，轴承2处将经轴承端盖、外圈给轴一个向左的附加平衡力 ，则沿轴线方向的力平衡条件为： (2)若 ，轴有向左移动的趋势，使轴承1被压紧，轴承2放松，轴承1处将经轴承端盖、外圈给轴一个向右的附加平衡力 ，则沿轴线方向的力平衡条件为：由此可求得轴承1，2的轴向力为： 滚动轴承的工作能力计算返回15.8 滚动轴承的组合结构设计返回15.8.1 滚动轴承的轴向固定内圈轴向固定的常用方法 外圈轴向固定的常用方法 滚动轴承的组合结构设计轴组件的轴向固定1两端单向固定两端单向固定支承 滚动轴承的组合结构设计2一端固

24、定，一端游动固定支点 a游动支点 b 游动支点一端固定，一端游动支承滚动轴承的组合结构设计3两端游动两端游动支承 滚动轴承的组合结构设计15.8.3 轴承组合的调整1.轴承间隙的调整利用加减轴承端盖与箱体间垫片的厚度，进行调整。 利用端盖上的调整螺钉1推动压盖3，移动滚动轴承外圈进行调整，调整后用螺母2锁紧。在端盖和轴承间设置不同厚度的调整环来进行调整 滚动轴承的组合结构设计15.8.3 轴承组合的调整2轴承组合位置的调整图示的锥齿轮轴系支撑结构，套杯3与机座之间的垫片1用来调整锥齿轮的轴向位置，而垫片2那么用来调整轴承游隙。 滚动轴承的组合结构设计15.8.4 轴承组合支承局部的刚度和同轴度 轴承配合的轴和轴承支座孔应具有足够的刚度，为保证轴承支座孔的刚度，可采用加强筋和增加轴承座孔的厚度如下图。用加强筋增强轴承座孔的刚度 使用衬套的轴承座孔 滚动轴承的组合结构设计15.8.5 轴承的预紧内圈加垫片(正装)外内圈加垫片(反装) 磨窄外套圈(正装)磨窄内套圈(反装) a加金属垫片 b磨窄内套圈 c加不等厚的套筒滚动轴承的预紧滚动轴承的组合结构设计15.8.6 轴承的配合与装拆1滚动轴承的配合轴承内圈与轴的配合采用基孔制；轴承外圈与机座的配合采用基轴制。 在设计时，可参考以下几个原那么进行选择：(1) 当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。(2) 高速、载荷