机械设计基础第十三章支承

机械设计基础1之第三部分通用机械零件设计基础（3）2第十三章支承3本章主要内容：§13-1概述§13-2滑动轴承的结构和材料§13-3非液体摩擦滑动轴承的设计计算§13-4滚动轴承的结构、类型和代号§13-5滚动轴承的选择§13-6滚动轴承组合设计§13-7轴承的润滑和润滑装置§13-8滚动轴承与滑动轴承的比较§13-9导轨（自学）支承是用来支持运动部件，使之按预定的方向运动，并将运动部件上的载荷传至机架。根据支承对象：轴承——支承旋转轴导轨——支承移动部件§13-1概述根据接触面摩擦性质：滑动摩擦支承滚动摩擦支承滑动轴承滚动轴承滑动导轨滚动导轨4轴承的分类:1）按照摩擦性质滑动摩擦轴承（滑动轴承）滚动摩擦轴承(滚动轴承）56轴承的分类:2）按照承受的载荷向心轴承(Fr)推力轴承(Fa)向心推力轴承(Fr、Fa)2）边界摩擦1）干摩擦3）液体摩擦VVV滑动轴承的摩擦状态4）混合摩擦v78支承轴及轴上零件、保持旋转精度减小转轴和支承间的摩擦磨损轴承的功用：9一、滑动轴承的类型按工作表面的摩擦状态分：液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承按承受载荷的方向分：径向滑动轴承推力滑动轴承§13-2滑动轴承的结构和材料二、径向滑动轴承1）整体式由轴承座、整体轴套（轴瓦）、油孔等组成10特点：1）结构简单、成本低

2）轴套磨损后，间隙无法调整3）装拆不便（只能从轴端装拆）适于低速、轻载或间歇工作的机器。2）对开式11载荷垂直向下或偏斜较小便于装拆特点：可以调整间隙（加垫片）载荷偏斜较大螺柱对顶螺母12剖分面3）自动调心式特点：轴瓦可随轴自动调位，保证轴径与轴瓦为面接触，减少轴瓦的局部磨损。应用场合：当轴的刚度较小轴颈较长轴承座孔同心度较差阶梯轴轴

颈13轴

瓦三、推力滑动轴承承受轴向载荷轴的端面、轴的中段凸台或推力圆盘14轴的端面15轴的中段凸台16轴的中段凸台Fa17四、轴瓦1、轴瓦的形式与结构整体式轴瓦

剖分式轴瓦2、油孔、油槽和油室油孔、油槽开设原则：润滑油应从油膜压力最小处输入轴承油沟开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失油孔18191.对材料的要求主要失效形式：磨损、胶合摩擦系数小导热性能好、热膨胀系数小耐磨、防腐蚀性、抗胶合性能好足够的机械强度和塑性工艺性好、价格便宜五、轴承材料2、常用材料4）其它材料多孔质金属材料（粉末冶金）含油轴承塑

料锡基轴承合金

ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4铅基轴承合金

ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb15SnCu3Cd220金属材料：

1）轴承合金（巴氏合金<150C°）锡青铜2）青铜（250C°）

铝青铜铅青铜3）铸铁根据失效形式:磨损和胶合一、径向滑动轴承1、限制平均比压p目的：避免在过大载荷作用下润滑油被挤出

磨损p

=

Fr

£

[

p]dL21§13-3非液体摩擦滑动轴承的设计计算2、限制轴承的pv值目的：控制轴承温升，避免边界膜的破裂

胶合£

[

pv]2219100LdL

60

·1000·

pdn

= Fr

np v

=

Fr233、限制轴承的滑动速度v（一般不考虑）目的：控制因速度过高而导致的快速磨损

磨损v

£

[v]二、推力滑动轴承限制轴承平均压强p和pvm值Pvm

£[

pv]£[P](d421-

d

)22FP

=p260·1000=

d1

+

d2dpdm

nmmv

=F2425三、滑动轴承的设计设计步骤：1.选择材料根据工作条件查表确定轴承宽度L校核平均压强p校核pv

及v确定轴颈和轴瓦之间的间隙基孔制§13-4滚动轴承的结构、类型和代号滚动轴承的构造外圈内圈

滚动体

保持架一、滚动轴承的结构26二、滚动轴承的主要类型及性能27承受载荷或公称接触角滚动体公称接触角a：轴承受载荷（负荷）时，滚动体与轴承套圈接触处的法线与轴承径向平面之间的夹角。1）向心轴承2）推力轴承1）向心轴承0

<a

£

45，向心角接触轴承（Fr

、Fa）；a=0时，径向接触轴承（Fr）

。R28A2）推力轴承45

<a<90时，主要承受轴向载荷（Fr

、Fa）；a=90时,轴向接触轴承，只能承受轴向载荷。A29a=0

时，受径向载荷；0

<

a

£

45

时，主要受径向载荷。--向心轴承（径向接触和角接

触）。a=90时，受轴向载荷；45

<a<90时，主要受轴向载荷。---推力轴承（轴向接触和角接触）30RAA310°<a<45°向心轴承（径向接触和角接触）a＝0°径向载荷45°<a<90°推力轴承（轴向接触和角接触）a＝90°径向载荷轴向载荷轴向载荷结论滚子轴承—承载能力高，极限转速低32滚动体球轴承—承载能力低，极限转速高33最常用的几种轴承：①深沟球轴承（向心球轴承）使用最广，价格较低，

当量摩擦系数小。当转速 很高轴向力不大时，可代 替推力球轴承。主要承受径向力，同时可 以承受一定的轴向载荷。允许一定的角偏差α=0时，承受纯径向力34②角接触球轴承能同时承受径向、轴向载荷α=15°、25°、40°三种，角度越大，承受轴向载能力越大可用来单独承受轴向载荷。一个轴承只能承受单方向的载荷，因此通常要成对使用。③圆柱滚子轴承35外圈（或内圈）可以分离，只能承受径向载荷。允许角偏差承载能力较大④圆锥滚子轴承能承受较大的径向、轴向载荷。外圈（或内圈）可以分离，一般成对使用。36⑤推力球轴承α=90°，只能承受轴向载荷，且载荷必须与轴线重合高速时离心力大，磨损、发热较严重，故适用于转速不高，轴向载荷较大的场合。37⑥调心球轴承38主要承受径向力，同时可以承受较小的轴向载荷外园滚道表面以轴承

中点为球心，能自动调

心，适用与刚性小或多

支点的轴，允许角偏差。39前置代号（字母）基本代号（数字、字母）五

四

三

二

一后置代号(字母+数字)∣轴承分部件代号∣内径代号∣

∣类

宽型

度代

系号列代号∣直径系列代号∣

∣∣∣

∣

∣内密保特公游部封持殊差隙结与架轴等代构防及承级号代尘材材代

号代料料号号代代号号三、滚动轴承的代号401、基本代号（1）轴承类型1

—调心球轴承3

—圆锥滚子轴承—推力球轴承—深沟球轴承—角接触球轴承N —圆柱滚子轴承（2）尺寸系列 基本代号右起三、四位宽度系列——右起第四位直径系列——右起第三位基本代号右起五位41（3）轴承的内径——右起一二位数字d=10,

12,

15,

17mm

时代号

00

01

02

03d=

20

~ 480mm

时d=代号×5(mm)d<10mm，d>500mm，d=22，28，32mm

时参见手册422、前、后置代号—轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等（1）内部结构代号C、AC、B——角接触球轴承的接触角a

=

1525

40密封、防尘与外部形状变化代号轴承的公差等级精度高————————————低公差等级

2

4

5

6

6X

0代

号

/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0轴承的径向游隙保持架代号—普通级可省略43例题例：6

3 05

(/P0)││

│

└││例：7

2 12

C││

│└││

└│└└└直径系列为3(中),宽度系列为0(不标)└深沟球轴承└内径d=25mm0级公差(不标)内径d

=60mm直径系列为2(轻),宽度系列为0(不标)角接触球轴承a

=154445§13-5滚动轴承的选择与计算滚动轴承已标准化，设计中的主要任务是选择轴承的代号工作寿命和强度计算组合结构设计球轴承——承载较小，抗冲击性能弱，但是旋转精度和极限转速高，滚子轴承——承载较大，抗冲击性能强，但是旋转精度和极限转速低，向心推力轴承——一般成对使用4）调心轴承一、滚动轴承的选择概述二、向心球轴承的寿命和承载能力计算1、滚动轴承失效形式疲劳点蚀——动载荷计算塑性变形——静载荷计算上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力462、滚动轴承的寿命轴承的寿命轴承中的任一构件上出现疲劳点蚀前转过的总转数or在一定转速下工作的总小时数。轴承寿命的可靠度一组相同的轴承能够达到或超过规定寿命的百分率。CP1P2O1L1

L2L10(10

r)6P(N)eP

L10=常数47轴承的额定寿命L一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90％的轴承不发生疲劳点蚀前所转过的总转数，or在一定的转速下运转的总小时数。额定动载荷C轴承的额定寿命为106转时能承受的载荷。额定静载荷C0使滚动体与滚道接触产生的塑性变形量之和达到滚动体直径的万分之一时的载荷CP1P2O1L1

L2L10(10

r)6P(N)P

eL

=常数10484950通过大量的实验分析表明：

P

C

e寿命计算公式1

L

=

(106

r)

h寿命计算公式2

Lh

P

=

C

e16667

C

e60n

P

n=106寿命指数310e＝

（滚子轴承）e＝（3

球轴承）3、寿命和承载能力的计算公式51——选轴承型号和尺寸L

Nfhtjp10

6h

1

epf

10

6P

60

nC

=P

f

C

e60

n

f

t

Lh

=当为52P

nLh、已知 ，预期寿命，则要求选取的轴承的额定动载荷为当工作温度t>120℃时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降引入温度系数f

t

——表13-5工作中的冲击和振动产生附加载荷，使轴承寿命降低，∴引入载荷系数fp

——表13-6寿命计算公式3（修正后）534、滚动轴承的当量动载荷P（实际载荷）对只能承受径向载荷Fr的轴承（类型代号2、4轴承） P=fF

Fr对只能承受轴向载荷Fa的轴承（类型代号8轴承） P=fF

Fa轴承在当量动载荷作用下与实际两种载荷（径向和轴向）复合作用时的额定寿命相同。1）同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承P=fF（

X

Fr+Y

Fa

）X——径向载荷系数

Y——轴向载荷系数fF——动载荷系数表13-7eFFr

a

545、角接触向心轴承轴向载荷的计算55正安装轴承（1

压紧端）：

F

=

F

+

F

'a1

A

2轴承（2

放松端）：

F

=

F

'a

2

22.若F

+

F

'

<

F

'，则：A

2

1轴承（1

放松端）：

F

=

F

'a1

1轴承（2

压紧端）：

F

=

F

'

-

Fa

2

1

A56A

2

11.若F

+

F

'

>

F

'，则：反安装轴承（1

压紧端）：

F

=

F

+

F

'a1

A

2轴承（2

放松端）：

F

=

F

'a

2

22.若F

+

F

'

<

F

'，则：A

2

1轴承（1

放松端）：

F

=

F

'a1

1轴承（2

压紧端）：

F

=

F

'

-

Fa

2

1

AA

2

11.若F

+

F

'

>

F

'，则：5758结论放松端轴承轴向载荷＝它本身的内部轴向力；压紧端轴承轴向载荷＝除本身内部轴向力外其它轴向力的代数和。596061626、滚动轴承的静载荷能力计算对于不回转、低速转动、作用在轴承上的载荷变化较大时按静载荷进行验算。同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承P0

= X0

Fr

+Y0

FaX0——静径向载荷系数

Y0——静轴向载荷系数C0≥S0P0S0——安全系数C0——

额定静载荷63目的：①解决轴向固定②安装与装拆③正确处理与其它零件的配合、间隙调整以及密封§13-6滚动轴承的组合设计一、滚动轴承的轴向紧固内圈与轴轴肩轴用弹性挡圈轴端档圈+紧固螺钉圆螺母+止动垫圈64外圈与座孔孔用弹性挡圈轴承端盖轴承座孔凸肩65二、滚动轴承支承的组合设计//结构型式1、两端固定支承适用于温度变化不大的场合66留间隙L1b672、一端双向固定，一端游动适用于温度变化较大的场合68三、滚动轴承的配合轴承内圈与轴基孔制：松————→紧

js6，j6，k6，m6，n6轴承外圈与轴承座孔基轴制：松————→紧

G7，H7，JS7，J7G7轴承座孔公差带H7Js7J7-+0轴承外径公差带n6m6j6js6+0-轴外径公差带k6轴承内径公差带6970滚动轴承配合的选择原则1）转动圈比不动圈配合松一些一般内圈是固定圈，外圈是转动圈2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些载荷平稳时，配合应松一些