机械基础（多学时）第3版 课件 第十章 机械支承零部件第一、二节轴承

第十章机械支承零部件机械支承零部件是能将机械传动零件(如齿轮、带轮、凸轮等)可靠地支承在机架上，并保证它们具有准确的工作位置和较小功率损失的零部件，主要由轴和轴承组成。第一节滑动轴承第二节滚动轴承的类型及选择1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损分类：滚动轴承一、轴承的功用与分类滑动轴承应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。第一节滑动轴承（一）向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。二、非液体摩擦滑动轴承的主要类型、结构和材料整体式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承榫口螺纹孔轴承座轴承轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦结构形式：整体式、剖分式、调心式、间隙可调式四种。薄壁轴瓦轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油沟F厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套轴瓦设计：潘存云设计：潘存云轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。45˚油沟形式

宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.5~1非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.8~1.5Bd设计：潘存云FF巴氏合金绕此边线自行倾斜设计：潘存云F作用：用来承受轴向载荷（二）推力滑动轴承结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为6~12。——倾角固定，顶部预留平台，

类型固定式可倾式用来承受停车后的载荷。——倾角随载荷、转速自行调整，性能好。

推力轴颈：载荷较小时采用空心端面轴颈和环形轴颈，载荷较大时采用多环轴颈。轴承材料指与轴颈直接接触的轴瓦或轴衬的材料。要求：三、轴承材料1）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；4）有足够的机械强度和塑性。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。轴承衬1.轴承合金（白合金、巴氏合金）1）锡锑轴承合金优点：

f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。2）青铜缺点：价格贵、机械强度较差；只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：t<120℃

由于巴式合金熔点低优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250℃。缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铅青铜锡青铜

中速重载

中速中载

低速重载3）具有特殊性能的轴承材料含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。

常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平稳冲击25202015HBS金属型

砂型最高工作温度℃轴颈硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512拓展知识三、非液体摩擦滑动轴承的设计计算二、设计步骤非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合。为防止轴承失效，应保证轴颈和轴瓦的接触面之间形成润滑油膜。进行简化的条件性校核计算。（一）设计准则已知条件：轴颈的直径、转速、载荷情况和工作要求设计步骤：1）根据工作条件和要求，确定轴承结构类型及轴瓦材料。2）根据轴颈尺寸确定轴承宽度。一般轴承宽径比B/d=0.5~1.5。3）校核轴承的工作能力。4）选择轴承的配合。2.校核轴承的pv值n—转速，[pv]—许用值。pv=·

FBdπdn60×1000≤[pv]pv与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素，pv越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂（三）推力滑动轴承的计算z—轴环数,pvm≤[pv]≤[p]考虑承载的不均匀性，[p]、[pv]应降低20~40%Fd1d2Fd1d2（二）向心滑动轴承的校核计算1.校核轴承的平均压强pF—径向载荷，B—轴瓦宽度，d—轴径，[p]—许用压强。限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过渡的磨损。p=≤[p]FBd第二节滚动轴承的结构、类型和代号各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系；保持架:将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动

滚动；硬度和接触疲劳强度↑、耐磨性和冲击韧性↑用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC。工作表面需经磨削或抛光。保持架：低碳钢，冲压制成高速轴承：有色金属或塑料。滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。装在机座或零件轴孔内；滚动副的材料要求：一、滚动轴承的构造设计：潘存云滚动轴承的装配优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚动体的形状分类。1.接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角。接触角α↑

轴向承载能力↑α=0˚0˚<α<45˚αα=90˚α它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。45˚<α<90˚α滚动轴承标准化;

并由专业厂大批量生产。

各类轴承的公称接触角

轴承类型公称接触角向心轴承主要承受径向载荷推力轴承主要承受轴向载荷径向接触角接触轴向接触角接触设计人员的主要任务是:熟悉标准，正确选用。二、滚动轴承的结构特性2.游隙滚动体和内、外圈之间存在一定间隙，因此，内、外圈之间产生相对位移，最大位移量称为游隙。对轴承寿命、噪声、温升等有很大影响，要按使用要求进行游隙的选择或调整。3.角偏差轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。影响轴承正常运转。角偏差↑

可采用调心轴承。设计：潘存云调心轴承θ滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应尽可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承三、滚动轴承的类型设计：潘存云滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2˚~3˚

主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。设计：潘存云调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚

比10000小能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。设计：潘存云圆锥滚子轴承30000中2′

能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。设计：潘存云推力球轴承50000低不允许

只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。a)单向滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力球轴承50000低不允许

只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。设计：潘存云b)双向深沟球轴承60000高8′~16′能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。角接触球轴承70000C(α=15˚)70000AC(α=25˚)70000B(α=40˚)较高设计：潘存云2′~10′

能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。α大，承载能力越大，有三种规格。称对使用。滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用设计：潘存云滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用设计：潘存云推力圆柱滚子轴承80000低不允许

能承受很大的单向轴向载荷。设计：潘存云圆柱滚子轴承N0000较高2′~4′

能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式设计：潘存云滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。不允许

a)b)滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级、技术要求等，为便于组织生产和选用，规定了滚动轴承的代号，四、滚动轴承的代号宽(高)度系列代号直径系列代号设计：潘存云前置代号基本代号共5位

后置代号滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；代表数字

或加2.基本代号—表示轴承的基本类型、结构和尺寸。类型代号—左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。是轴承代号的基础，有三项成套轴承分部件代号1.前置代号—成套轴承分部件代号。设计：潘存云调心滚子轴承20000C设计：潘存云圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向设计：潘存云b)双向深沟球轴承60000设计：潘存云角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000设计：潘存云调心球轴承10000省略宽度代号为0内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000设计：潘存云300设计：潘存云400200尺寸系列代号——左起第二、三位。特轻轻中重宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；代表数字

或加成套轴承分部件代号设计：潘存云设计：潘存云向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0)0(0)1101120211011234特轻轻中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号内径代号——基本代号左起第四、五位。

轴承的内径代号

内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字

5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字

或加成套轴承分部件代号设计：潘存云3.后置代号——用字母（或加数字）表示。

内部结构轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号

后置代号滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字

或加成套轴承分部件代号注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。轴承内部结构常用代号轴承类型代号含义示例

Bα=40˚7210B

角接触球轴承

Cα=15˚7210C

ACα=25˚7210AC圆锥滚子轴承B接触角α加大32310BE加强型N207E公差等级代号

代号省略/P6/P6x/P5/P4/P2公差等级符合标准的0级6级6x级5级4级2级示例

62036203/P630201/P6x6203/P56203/P46203/P2实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义622037(0)312AC/P6轴承内径d=17mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出角接触球轴承公差等级6级四、滚动轴承类型的选择滚动轴承在选择时应考虑：1.载荷的大小、方向和性质。载荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承；只有径向载荷时，选用向心轴承；只有轴向载荷时，选用推力轴承；同时承受径向和轴向载荷，且径向载荷较大时，选用向心角接触轴承；轴向载荷较大时，选用推力角接触轴承；也可用采用向心和推力两种不同类型的轴承组合来承担径向和轴向载荷。4.价格及经济。公差等级越高的轴承，价格越贵。当公差等级相同时，球轴承的价格比滚子轴承便宜。2.转速高低。高速以及要求较高运转精度时宜选用球轴承。高速、轴向载荷不大时采用深沟球轴承；轴向载荷大、转速高时，选用角接触球轴承3.使用要求。两轴承孔同轴度低、轴的弯曲变形较大刚度较差或轴上支点较多时，选用调心轴承；同时承受较大径向和轴向载荷且需要对轴向位置进行调整时，选用圆锥滚子轴承。5.其它特殊要求。允许空间、装拆位置、润滑、密封、噪声以及其它特殊性能要求。五、滚动轴承的组合设计（一）滚动轴承内、外圈的轴向固定方法为了防止轴承在承受轴向载荷时，相对于轴或座孔产生轴向移动，轴承内圈与轴、外圈与座孔须进行轴向固定。（二）轴系的固定固定方式两端单向固定一端固定、一端游动两端单向固定支承C=0.25~0.4mm预留补偿间隙设计：潘存云1.两端单向固定两端的轴承都靠轴肩和轴承盖做单向固定，两个轴承的联合作用限制轴的双向移动。适用于工作温度变化不大的短轴。深沟球轴承外圈与轴承端盖间留补偿间隙；向心角接触轴承，间隙留在轴承内部。两端单向固定支承2.一端固定、一端游动固定支承游动支承L设计：潘存云一个支点双向固定以承受轴向力、另一端游动。适用于温度变化较大的长轴。设计：潘存云选用深沟球轴承时，外圈与端盖间应留有间隙。游动支承选用圆柱滚子轴承时，外圈应双向固定。调整垫片加减垫片（三）滚动轴承组合结构的调整加减垫片的厚度设计：潘存云调整垫片加减垫片1.轴承间隙的调整螺钉调整方法设计：潘存云螺钉调整设计：潘存云设计：潘存云2.轴承的预紧对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。方法加金属垫片磨窄套圈设计：潘存云设计：潘存云3.轴系轴向位置的调整对于某些可调游隙的轴承，在安装时给与一定的轴向压紧力，使得内外圈产生相对移动而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚度。这种方法称为轴承的预紧。目的：使轴上的零件具有准确的工作位置。如齿轮、带轮等例如：圆锥齿轮传动，要求两个节锥顶点相重合。对于蜗杆传动，要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线。才能保证正确啮合。方法：套杯+调整垫片设计：潘存云轴承组合位置调整的方法：套杯+调整垫片锥顶点不重合！设计：潘存云锥顶点重合！设计：潘存云（五）轴承的拆装（四）滚动轴承的配合配合类型内圈孔—轴一般原则：当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈紧。

基孔制外圈—轴承座孔

基轴制

轴公差：k6、m6内圈设计轴承组合时，应考虑有利于轴承的拆装，以便在拆卸过程中不损坏其他零件。

孔公差：H7、J7、Js7游动支点：G7内圈与轴采用具有过盈的过渡配合较松的过渡配合间隙配合

设计：潘存云结构不合理！轴肩高度<内圈外径设计：潘存云设计：潘存云外圈：应留拆卸高度，或留螺孔。设计：潘存云设计：潘存云h1h1（六）保证支承部分的刚度和同轴度保证支承部分的刚度，轴承座孔壁应有足够的厚度，并设置加强肋增强刚度。角接触轴承，采用反排列，提高支承刚度。保证支承部分的同轴度，同一轴上两端的轴承座孔必须保持同心。两端轴承孔的尺寸应尽量相同。若轴上装有不同外径尺寸的轴承时，采用套杯结构。1.滚动轴承的润滑润滑剂润滑目的--减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。（七）滚动轴承的润滑和密封密封目的--防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。润滑脂润滑油固体润滑剂

用于特殊场合用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件:——常用——高速、高温当dn<(1.5~2)×105mm·r/min时，采用脂润滑，否则用油润滑。

脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间。油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。dn间接反映了轴颈的圆周速度。2.滚动承的密封