机械设计基础 课件 李水利 项目7 齿轮减速器中轴系零部件的分析与设计

螺纹联接螺纹联接螺纹联接的预紧与防松螺纹联接螺纹联接

（1）三角螺纹

三角螺纹（即普通螺纹）的牙型为等边三角形，牙型角α=60°，β=30°。牙根强度高、自锁性好、工艺性能好，主要用于联接。同一公称直径按螺距P大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹用于一般联接。细牙螺纹升角小、螺距小、螺纹深度浅、自锁性最好、螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接、细小零件、薄壁管件的联接和微调装置，但细牙螺纹耐磨性较差，牙根强度较低，易滑扣，如图1所示。图1三角形螺纹螺纹联接

（2）矩形螺纹

矩形螺纹的牙型为正方形，牙厚是螺距的一半。牙型角

α=0°，β＝0°。矩形螺纹当量摩擦因数小，传动效率高，用于传动。但牙根强度较低，难于精确加工，磨损后间隙难以修复，补偿、对中精度低，如图2所示。图2矩形螺纹螺纹联接

（3）梯形螺纹

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角α=30°，β＝15°。梯形螺纹比三角形螺纹当量摩擦因数小，传动效率较高；比矩形螺纹牙根强度高，承载能力高，加工容易，对中性能好，可补偿磨损间隙，故综合传动性能好，是常用的传动螺纹，如图3所示。图3梯形螺纹螺纹联接螺纹联接

（4）锯齿形螺纹

锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，牙型角α=33°，工作面的牙侧角β＝3°，非工作面的牙侧角β＝15°。锯齿形螺纹综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力的传动，如图4所示。图4锯齿形螺纹螺纹联接螺纹联接

（5）管螺纹

管螺纹的牙型为等腰三角形，牙型角α=55°，β＝27.5°。公称直径近似为管子孔径，以in（英寸）为单位。由于牙顶呈圆弧状，内外螺纹旋合相互挤压变形后无径向间隙，多用于有紧密性要求的管件联接，以保证配合紧密。

适于压力不大的水、煤、气、油等管路联接，如图5所示。锥管螺纹与管螺纹相似，但螺纹是绕制在1:16的圆锥面上，紧密性更好。适用于水、气、润滑和电气，以及高温、高压的管路联接。图5管螺纹上述螺纹类型，除了矩形螺纹外，其余都已标准化。螺纹联接螺纹联接

螺纹的代号

螺纹代号由特征代号和尺寸代号组成。粗牙普通螺纹用字母M与公称直径表示；细牙普通螺纹用字母M与公称直径×螺距表示。当螺纹为左旋时，在代号之后加“LH”字母。

M40——表示公称直径为40mm的粗牙普通螺纹。

M40×1.5——表示公称直径为40mm，螺距为1.5mm的细牙普通螺纹。

M40×1.5LH——表示公称直径为40mm，螺距为1.5mm的左旋细牙普通螺纹。螺纹联接螺纹联接螺纹联接

图6a、b所示为螺栓联接，适用于被联接件不太厚又需经常拆装的场合使用，有两种联接形式：

一种是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙的普通螺栓联接（图a)；

另一种是螺杆与孔是基孔制过渡配合的铰制孔用螺栓联接（图b）。图6螺栓连接螺纹联接

图7所示为双头螺柱联接。这种联接适用于被联接件之一太厚而不便于加工通孔并需经常拆装的场合。其特点是被联接件之一制有与螺柱相配合的螺纹，另一被联接件则为通孔。图7双头螺柱联接螺纹联接螺纹联接

图8所示为螺钉联接。这种联接的适用场合与双头螺柱联接相似，但多用于受力不大，不需经常拆装的场合。其特点是不用螺母，螺钉直接拧入被联接件的螺孔中。图8螺钉连接螺纹联接螺纹联接双头螺柱联接

图9所示为紧定螺钉联接。这种联接适用于固定两零件的相对位置，并可传递不大的力和转矩。其特点是螺钉被旋入被联接件之一的螺纹孔中，末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相对位置。图9紧定螺钉联接螺纹联接螺纹联接的预紧与防松预紧

在生产实践中，大多数螺纹联接在安装时都需要预紧。联接在工作前因预紧所受到的力，称为预紧力。预紧可以增强联接的刚性、紧密性和可靠性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。对于普通场合使用的螺纹联接，为了保证联接所需的预紧力，同时又不使螺纹联接件过载，通常由工人用普通扳手凭经验决定。对重要场合，如气缸盖、管路凸缘等紧密性要求较高的螺纹联接，预紧时应控制预紧力。螺纹联接

图10所示为测力矩扳手的示意图和实物图。利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。测力矩扳手的工作原理是：扳手长柄在拧紧时产生弹性弯曲变形，但和扳手头部固联的指针不发生变形，当扳手长柄弯曲时，和长柄固联的刻度盘在指针下便显示出拧紧力矩的大小。螺纹联接图10测力矩扳手螺纹联接的预紧与防松

两螺母对顶拧紧后使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力，从而起到防松作用。该方式结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置上的联接，但轴向尺寸较大，如图11所示。图11对顶螺母螺纹联接螺纹联接的预紧与防松防松

螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹簧弹性反力使旋合螺纹间压紧，同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。该方式结构简单，使用方便。但在冲击振动的工作条件下，其防松效果较差，一般用于不重要的联接，如图12所示。图12弹簧垫圈螺纹联接螺纹联接的预紧与防松

将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧，靠开口销阻止螺栓与螺母相对转动以防松。该方式适用于较大冲击、振动的高速机械中，如图13所示。图13开口销与六角开槽螺母螺纹联接螺纹联接的预紧与防松

垫圈的内圆有一内舌，垫圈的外圆有若干的外舌，螺杆（轴）上开有槽，使用时，先将止动垫圈的内舌插入螺杆的槽内，当螺母拧紧后，再将止动垫圈的外舌之一折嵌入圆螺母的沟槽中，使螺母和螺杆之间没有相对运动，该方式防松效果较好，多用于轴上滚动轴承的轴向固定，如图13所示。图14圆螺母与止动垫圈螺纹联接螺纹联接的预紧与防松

用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来使其相互制约，使用时必须注意钢丝的穿入方向。该方式适用于螺钉组联接，其防松可靠，但装拆不方便，如图14所示。图15串联钢丝螺纹联接螺纹联接的预紧与防松冲点

在螺纹件旋合好后，用冲头在旋合缝处或在端面冲点防松。这种防松方法效果很好，但此时螺纹联接成了不可拆联接，如图15所示。粘结剂

用粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后粘合剂能自行固化，防松效果良好，但不便拆卸，如图16所示。图16冲点图17粘结剂螺纹联接螺纹联接的预紧与防松知识总结螺纹联接螺纹联接的预紧与防松键联接的类型键联接的作用键联接的类型键联接的作用键联接的类型

实现轴与轴上零件（如齿轮、带轮等）之间的周向固定，并传递运动和扭矩。键联接的分类键联接的类型平键半圆键切向键楔键键联接的类型平键的工作原理

平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底面之间留有间隙。靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。键联接的类型平键的特点（1）结构简单；（2）装拆方便；（3）对中性好。键联接的类型应用场合

A型平键用端铣刀加工轴上键槽，键在槽中固定好，但应力集中来较大。

B型键用盘铣刀加工轴上键槽，应力集中较小。

键的一端为方头，一端为圆头，C型键一般用于轴端。

键联接的类型导向平键

零件可以在轴上移动，构成动联接，适合轴向相对移动距离较短的场合。键联接的类型滑键双勾头滑键单圆勾头滑键

两端有勾头，键固定在轮毂上。

单圆勾头，嵌入轮毂中。键联接的类型半圆键

键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用于锥形轴端与轮毂的联接。键联接的类型切向键

工作原理：楔键沿斜面拼合后相互平行的两窄面为工作面，其中一个面在通过轴心线的平面内，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，靠键与轴毂楔紧产生摩擦传递转矩，能传递很大的转矩。键联接的类型楔键

适用于轻载联接，特别是锥形轴端的联接。楔键的上下面是工作面，键的上表面有l:100的斜度，轮毂键槽的底面也有1:100的斜度。把楔键打入轴和轮毂槽内时，其表面产生很大的预紧力，工作时主要靠摩擦力传递扭矩，并能承受单方向的轴向力。其缺点是会迫使轴和轮毂产生偏心，仅适用于对定心精度要求不高、载荷平稳和低速的联结。键联接的类型知识总结键联接的作用键联接的类型平键联接的设计平键类型的选择平键的尺寸的选择平键的主要失效形式平键的强度校核平键的类型的选择平键联接的设计平键的类型选择（1）考虑使用要求；

（2）工作条件；（3）结合各种类型键联接的特点。平键的尺寸的选择

截面尺寸b*h（1）--确定方式

按装键的轴段的公称直径d来选平键联接的设计平键的尺寸的选择

键长尺寸L（2）--数值平键联接的设计平键的主要失效形式平键的主要失效形式（1）--压溃

（1）键、轮毂、轴弱者被压溃（主要）；平键联接的设计平键的主要失效形式平键的主要失效形式（2）--磨损

（2）过度磨损(主要发生在动联接)；平键联接的设计平键的主要失效形式平键的主要失效形式（3）--剪断

（3）键被剪断（个别）。平键联接的设计平键的设计

平键的设计准则

（1）通常只须按挤压强度进行计算；（2）重要的键联接还要校核其剪切强度；平键联接的设计平键的校核

平键的挤压强度校核（1）--模型

假设载荷沿键长的分布是均匀的；平键联接的设计平键的校核

平键的挤压强度校核（2）--公式

平键联接的设计平键的校核平键的挤压强度校核（3）--工作长度l平键联接的设计平键的挤压强度校核公式平键的挤压强度校核（4）--[σjy](5)键、轮毂、轴三者间最弱者的许用挤压应力，MPa平键联接的设计平键联接的设计任务一：键的设计

技术参数：某钢制输出轴与铸铁齿轮采用键联接。轴径d=60mm，齿轮轮毂长度为L=90mm，传递扭矩T=500KN.mm，轻微冲击。试确定键的型号和尺寸。解：（1）选择键连接的类型：为保证齿轮传动啮合良好，要求轴、毂对中性好，选普通平键A型。（2）确定尺寸按轴径：d=60mm，查表得：键宽b=18mm，键高h=11mm，键长L=[90-（5～10）]mm=（85～80）mm。取标准长度=80mm。标记为：键18×80GB/T1096平键联接的设计平键连接的设计（3）校核键联接强度铸铁材料

计算挤压强度

所选键的强度足够。平键联接的设计知识总结平键的类型的选择平键的尺寸的选择平键的主要失效形式平键的强度校核轴的类型及材料轴的作用轴的类型轴的材料轴的作用轴的类型及材料支承回转零件及传递运动和动力轴的分类轴的类型及材料按承受载荷分有：转轴——传递扭矩又承受弯矩传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩转轴实例轴的类型及材料轴承1齿轮套筒轴承2联轴器传动轴实例轴的类型及材料心轴轴的类型及材料车厢重力货车轮轴转动心轴支撑反力前轮轮毂固定心轴自行车前轮轴前叉轴的分类轴的类型及材料按轴线形状分直轴光轴阶梯轴又可分为实心、空心（加工困难）曲轴：发动机专用零件轴的分类轴的类型及材料挠性钢丝轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头挠性钢丝轴轴的材料轴的类型及材料主要是碳素钢（35、45、50、Q235）和合金钢（20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA）；（1）碳素结构钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，应用较多，尤其是45钢应用最广；（2）合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。轴的材料轴的类型及材料知识总结轴的作用轴的类型轴的材料轴的结构设计轴的结构零件在轴上的定位和固定轴的结构工艺性轴的结构轴的结构设计对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆轴的结构轴的结构设计轴的结构设计就是使各部分都具有合理的形状和尺寸。对其要求：1.轴的结构简单，便于加工，轴上零件要易于装拆；2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；3.轴与轴上零件联接要牢固可靠；4.改善受力情况，减少应力集中。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计定位：是指零件在轴上安装到位。（位置准确）固定：是指工作时零件与轴之间相对位置保持不变。（位置不动）1.轴上零件的轴向定位与固定目的：使零件在轴上有准确的定位和可靠的固定，并能承受轴向力而不产生轴向位移。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计1）轴肩和轴环

能承受较大的轴向力。常用于齿轮、链轮等轴向定位。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计2）套筒注意：L轴<L毂（2--3mm)零件在轴上的定位与固定轴的结构设计3）圆螺母装拆方便，可承受较大的轴向力。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计注意：L轴<L毂（2--3mm)4）轴端挡圈用于固定轴端零件，可以承受振动和冲击。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计5）弹性挡圈

当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计6）紧定螺钉

一般用于固定两个受力不大的零件的相对位置。零件在轴上的定位与固定轴的结构设计零件的周向定位与固定花键销过盈配合键轴的结构工艺性轴的结构设计工艺性2.加工工艺1.装配工艺轴上零件要便于装拆轴要便于加工轴的结构工艺性轴的结构设计装配工艺轴肩高度<滚动轴承内圈高度圆螺母定位错误

轴的结构工艺性轴的结构设计加工工艺1）螺纹退刀槽——标准2）砂轮越程槽——标准3）不同轴段键槽位置4）轴端倒角5）轴肩圆角r6）阶梯尽可能少轴的结构工艺性轴的结构设计分析轴系结构中的错误①——联轴器左端无轴端挡圈②——联轴器无周向固定（缺键）③——联轴器右端无轴向固定④——套筒过高⑤——轴头长度等于轮毂宽度⑥——齿轮无周向固定（缺键）⑦——定位轴肩过高⑧——缺调整垫片知识总结轴的结构零件在轴上的定位和固定轴的结构工艺性轴的设计选材与确定热处理初步估算轴的最小直径轴的结构设计轴的强度校核任务引入轴的设计任务:

如图所示为一级直齿圆柱齿轮减速器的传动简图。已知从动轴传递功率P=12kW，转速n2=200r/min，大齿轮齿宽b=70mm，齿数Z=40，m=5mm，轴端装联轴器。试设计此从动轴。1.主动齿轮2.主动轴3.从动齿轮4.从动轴相关知识轴的设计按扭转强度计算对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：设计公式为：相关知识轴的设计计算结果为：最小直径应圆整为：标准直径！轴的材料

A3,20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~92常用材料的[τ]值和C值注:当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取较小值;

否则取较大值对于既传递扭转又传递弯矩的轴，可按上式初步估算轴的直径。相关知识轴的设计轴的结构设计初步完成后，通常要对转轴进行弯扭合成强度校核。对于钢制轴可按第三强度理论计算，强度条件为：

式中：σe——当量应力(MPa)；W为轴危险截面的抗弯截面系数（mm3）；Me——当量弯矩(N·mm)，

b为对称循环状态下的许用弯曲应力，

M为危险截面上的合成弯矩MH、MV分别为水平面上、垂直面上的弯矩；为折合系数相关知识轴的设计轴设计的一般步骤：1、选材及确定热处理方法（一般为45钢或合金钢）；2、初估轴的最小直径；3、轴的结构设计；4、对轴进行强度、刚度及振动方面的校核计算；任务实施轴的设计（1）选择轴的材料。

无特殊要求，故选最常用的45钢并作正火处理。（2）按转矩估算轴的最小直径。

考虑该轴段上有一个键槽，故应将直径增大4%，即

d=(49.33-40.32)x1.04mm=51.3-41.93mm；轴头安装联轴器，应取对应的标准直径系列值，取d=42mm。任务实施轴的设计

(3)轴的结构设计。

①轴的结构分析：要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式，因为不同的装拆顺序和固定方式对应着不同的轴的形状。

本题考虑齿轮从轴的右端装人，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位和固定，右端用套筒固定。因单级传动，一般将齿轮安装在箱体中间，轴承安装在箱体的轴承孔内，相对于齿轮左右对称为好，并取相同的内径，最后确定轴的形状如图所示。任务实施轴的设计

②确定各段的直径：

根据轴各段直径确定的原则，本题中各段直径选取如下：

轴段①的直径为最小直径，已由前面的计算确定为d1＝42mm；

轴段②要考虑联轴器的定位和安装密封圈的需要，取d2=50mm，取定位轴肩高h=(0.07～0.1)d1；

轴段③安装轴承，为便于装拆应取d3>d2，且与轴承的内径标准系列相符，故取d3=55mm（轴承型号为6311)；

轴段④安装齿轮，此直径尽可能采用推荐的标准系列值，但轴的尺寸不宜取的过大，故取d4=56mm；

轴段⑤为轴环，考虑左面轴承的拆卸以及右面齿轮的定位和固定，取轴径d5=65mm；

轴段⑥取与轴段3同样的直径，即d6=55mm。任务实施轴的设计

③确定各轴段的长度：

为保证齿轮固定可靠，轴段④的长度应略短于齿轮轮毂的长度（设齿轮轮毂长与齿宽b相等，为70mm）

，取L4=68mm。

为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，应留一定间隙，取两者间距为15

mm，为保证轴承含在箱体轴承孔内，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为5mm（图示为油润滑，如为脂润滑应取大些），故轴段⑤长度为L5=（15+5）mm=20mm；

根据轴承内圈宽度B=29mm，故取轴段⑥L6=31mm。

因两轴承相对齿轮对称，故取轴段③L3=（2+20+29）mm=51mm；任务实施轴的设计

为保证联轴器不与轴承端盖联接螺钉相碰，并使轴承盖拆卸方便，联轴器左端面与端盖间应留适当的间隙，再考虑箱体和轴承端盖的尺寸取定轴段②的长度，经查《机械零件设计手册》，取L2=48mm；根据联轴器轴孔长度L1=84mm,本题选用弹性套柱销联轴器，型号为TL7,J型轴孔），取L1=82mm。任务实施轴的设计(4)按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算。

①绘制轴的计算简图：对于图所示的轴，将载荷简化，两端轴承视为一端活动铰链，一端固定铰链，其受力简图如图所示。任务实施轴的设计②

计算轴上的作用力：从动轮上的转矩

齿轮分度圆直径齿轮的圆周力齿轮的径向力③

计算支反力及弯矩：a.求垂直平面内的支反力及弯矩求支反力：对称布置，只受一个力，故任务实施轴的设计求垂直平面内的弯矩Ⅰ-Ⅰ截面Ⅱ-Ⅱ截面b.求水平平面内的支反力及弯矩求支反力：对称布置，只受一个力，故求水平平面内的弯矩Ⅰ-Ⅰ截面Ⅱ-Ⅱ截面任务实施轴的设计c.求各剖面的合成弯矩Ⅰ-Ⅰ截面Ⅱ-Ⅱ截面Ⅰ-Ⅰ截面的应力Ⅱ-Ⅱ截面的应力知识总结选材与确定热处理初步估算轴的最小直径轴的结构设计轴的强度校核认识滑动轴承滑动轴承的类型轴瓦的结构和轴承材料滑动轴承的结构认识滑动轴承

在高速、重载、高精密度和结构要求剖分或大直径和很小直径的场合，尤其是在低速、有较大冲击的机械中（如水泥搅拌机、破碎机等）不便使用滚动轴承，应使用滑动轴承。滑动轴承一般由轴承座、轴瓦（或轴套）、润滑装置和密封装置等部分组成。滑动轴承根据承受载荷方向的不同可分为向心滑动轴承和推力滑动轴承两类。向心滑动轴承只能承受径向载荷。它有整体式和对开式两种形式。滑动轴承的结构

如图所示为典型的整体式滑动轴承，它由轴和轴套组成。整体式滑动轴承结构简单，制造容易，成本低，常用于低速、轻载、间歇工作而不需要经常装拆的场合。它的缺点是轴只能从轴承的端部装入，装拆不便；轴瓦磨损后，轴与孔之间的间隙无法调整。认识滑动轴承

如图所示为典型的对开式滑动轴承。它由轴承座，轴承盖，剖分的上轴瓦和下轴瓦以及双头螺柱等组成。这种轴承的轴瓦采用对开式，在分合面上配置有调整垫片，当轴瓦磨损后，可适当调整垫片或对轴瓦分合面进行刮削、研磨等切削加工来调整轴颈与轴瓦间的间隙。认识滑动轴承滑动轴承的结构

以立式轴端推力滑动轴承为例，它由轴承座、衬套、轴瓦和止推瓦组成，如右图所示。止推瓦底部制成球面，可以自动复位，避免偏载。销钉用来防止轴瓦转动。轴瓦用于固定轴的径向位置，同时也可承受一定的径向负荷。润滑油靠压力从底部注入，并从上部油管流出。滑动轴承的结构认识滑动轴承

轴瓦（轴套）是滑动轴承中直接与轴颈相接触的重要零件，它的结构形式和性能将直接影响轴承的寿命、效率和承载能力。轴瓦的结构

整体式滑动轴承通常采用圆筒形轴套，对开式滑动轴承则采用对开式轴瓦。它们的工作表面既是承载面，又是摩擦面，因而是滑动轴承中的核心零件。圆筒形轴套对开式轴瓦认识滑动轴承

许多轴瓦（轴套）内壁上开有油沟，其目的是为了把润滑油引人轴颈和轴瓦的摩擦面，使轴颈和轴瓦（轴套）的摩擦面上建立起必要的润滑油膜。油沟一般开在非承载区，并不得与端部接通，以免漏油，通常轴向油沟长度为轴瓦宽度的

80％。油沟的形式见图所示，油沟的上方开有油孔。轴瓦的结构认识滑动轴承轴瓦的结构

为了节约贵重金属，常在轴瓦内表面浇注一层轴承合金作减摩材料，以改善轴瓦接触表面的摩擦状况，提高轴承的承载能力，这层材料通常称为轴承衬。为保证轴承衬与轴瓦贴附牢固，一般在轴瓦内表面预制一些沟槽等，沟槽形式如右图所示。铸铁或钢制轴瓦的沟槽形式青铜轴瓦的沟槽形式认识滑动轴承

轴瓦（或轴套）和轴承衬的材料统称为轴承材料。滑动轴承工作时，因轴瓦与轴颈直接接触并有相对运动，将产生摩擦、磨损并发热，故常见的失效形式是磨损、胶合或疲劳破坏。因此，轴承材料应具有足够的强度和良好的塑性、减摩性（对润滑油的吸附性强，摩擦因数小）和耐磨性，容易跑合（指经短期轻载运转后能消除表面不平度，使轴颈与轴瓦表面相互吻合），易于加工等性能。轴承材料有金属、粉末冶金、非金属材料几类。

1）金属材料包括轴承合金、青铜、铸铁等。轴承合金（巴氏合金）常用的有锡基和铅基两种，这些材料的减摩性、抗胶合性、塑性好，但强度低、价格贵。青铜强度高，承载能力大，导热性好，且可以在较高温度下工作，但与轴承合金相比，其抗胶合能力较差，不易跑合，与之相配的轴颈必须经淬硬处理。

轴承材料认识滑动轴承

2）粉末冶金材料是以粉末状的铁或铜为基本材料与石墨粉混合，经压制和烧结制成的多孔性材料。用这种材料制成的成形轴瓦，可在其材料孔隙中存储润滑油，具有自润滑作用，即运转时因热膨胀和轴颈的抽吸作用，使润滑油从孔隙中自动进人工作表面起润滑作用，停止运转时轴瓦降温，润滑油回到孔隙。由于它不需要经常加油，故又称之为含油轴承。含油轴承有铁-石墨和青铜-石墨两种。粉末冶金材料的价格低廉、耐磨性好，但韧性差，常用于低、中速、轻载或中载、润滑不便或要求清洁的场合，如食品机械、纺织机械或洗衣机等机械中。轴承材料认识滑动轴承轴承材料

3）非金属材料主要有塑料、硬木、橡胶等，使用最多的是塑料。塑料轴承材料的特点是：有良好的耐磨性和抗腐蚀能力，良好的吸振和自润滑性。缺点是承载能力一般较低，导热性和尺寸稳定性差，热变形大，故常用于工作温度不高、载荷不大的场合。认识滑动轴承知识总结滑动轴承的结构轴瓦的结构和轴承材料滚动轴承的基本结构轴承的作用滚动轴承的特点滚动轴承的结构轴承的作用滚动轴承的基本结构支承轴及轴上回转零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。

轴承的分类轴承用在高速、重载、高精度以及结构要求剖分等场合已标准化，使用维护方便，一般机器中使用广泛

滑动轴承

滚动轴承

滚动轴承的基本结构滚动轴承的特点优点：◆

启动力矩小，发热小◆

维护方便，润滑剂消耗少◆

轴向尺寸小◆

大大减少有色金属的消耗缺点：◆

接触应力大，高速重载时噪声大且寿命短◆

抗冲击、减振能力差◆

小批生产特殊滚动轴承时成本高滚动轴承的基本结构滚动轴承的结构滚动体是必不可少的内圈：支撑轴，通常随轴一起转动外圈：安装在轴承座孔或零件孔内，通常是不动的

滚动体：将滑动摩擦变为滚动摩擦保持架：将滚动体均匀分开

滚动轴承的基本结构滚动轴承的结构滚动副材料要求：

—高硬度—高接触疲劳强度—良好的耐磨性和冲击韧性滚动体：球和滚子滚动体、内、外圈由专门的滚动轴承钢如GCr15制造经热处理后硬度达61~65HRC。工作表面需经磨削或抛光

保持架的材料，如：低碳钢、铜合金、铝合金等滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产

设计人员只需按工作要求正确选用滚动轴承的基本结构滚动轴承的结构保持架的功能分离各个滚动体，防止滚动体直接接触，使摩擦和热量生成降到最低。在轴承非载荷区引导滚动体。保持滚动体间距离相等，使载荷平均分配。在安装或卸装可分离设计的轴承时，使滚动体不致掉出。滚动轴承的基本结构知识总结轴承的作用滚动轴承的特点滚动轴承的结构滚动轴承的类型及代号滚动轴承的类型滚动轴承的代号滚动轴承的类型滚动轴承的类型及代号1.按轴承承载的方向（公称接触角）向心轴承推力轴承向心推力轴承滚动轴承的类型滚动轴承的类型及代号2.按滚动体形状分球轴承滚子轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针滚动轴承的类型各类轴承的公称接触角

轴承类型公称接触角向心轴承推力轴承径向接触角接触轴向接触角接触α=0˚0˚<α<45˚45˚<α<90˚α=90˚

3.按工作时能否调心刚性轴承调心轴承滚动轴承的类型及代号滚动轴承的类型

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。α愈大,可承受的轴向力愈大。FaFr滚动轴承的类型及代号滚动轴承的类型滚动轴承的类型及代号滚动轴承的类型滚动轴承的类型及代号滚动体的类型滚动轴承的类型双排钢球，外圈滚道为内球面形，具有自动调心性能，主要承受径向载荷。滚动轴承的类型及代号调心球轴承（类型代号1）结构简图

承载方向滚动轴承的类型能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。内、外圈可分离，安装时可调整游隙。成对使用。滚动轴承的类型及代号圆锥滚子轴承（类型代号3）结构简图

承载方向滚动轴承的类型只能受单向轴向载荷，回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。套圈可分离滚动轴承的类型及代号推力球轴承（类型代号5）结构简图

承载方向滚动轴承的类型结构简单，主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷，摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围广。滚动轴承的类型及代号深沟球轴承（类型代号6）结构简图

承载方向滚动轴承的类型能同时受径向载荷和单向轴向载荷。接触角α有15°、25°和40°三种，轴向承载能力随接触角增大而提高。需成对使用

滚动轴承的类型及代号角接触球轴承（类型代号7）结构简图

承载方向滚动轴承的类型用以受较大的径向载荷。内、外圈间可作自由轴向移动，不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线接触。滚动轴承的类型及代号外圈无挡边圆柱滚子轴承（类型代号N）结构简图

承载方向滚动轴承的代号滚动轴承代号构成基本代号

—表示轴承的类型与尺寸等主要特征。后置代号

—表示轴承的精度与材料的特征。前置代号

—表示轴承的分部件。前置代号

基本代号

后置代号

轴承的分

部件代号内

部

结

构

代

号密

封

与

防

尘

结

构

代

号保

持

架

及

其

材

料

代

号特

殊

轴

承

材

料

代

号公

差

等

级

代

号游

隙

代

号多

轴

承

配

置

代

号其

它

代

号五四三二一类

型

代

号尺寸系

列代号内

径

代

号宽

度

系

列

代

号直

径

系

列

代

号滚动轴承的类型及代号滚动轴承的代号1.基本代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号内径代号0001020304～96内径尺寸10121517代号×5=(20～480mm)当

d<10mm，d>500mm，d=22，28，32mm时

轴承用公称内径数值直接表示，但在与尺寸系列代号之间用“/”分开滚动轴承的类型及代号内径代号

—基本代号右起第1、2位滚动轴承的代号000200300400

特轻

轻

中重

表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。a.直径系列(右起第三位)—结构内径相同、外径宽度变化。直径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。b.宽度系列(右起第四位)—结构内径外径相同、宽度变化。宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。滚动轴承的类型及代号尺寸系列代号

—右起第3、4位滚动轴承的代号滚动轴承的类型及代号轴承类型代号轴承类型代号双列角接触球轴承0深沟球轴承6调心球轴承1角接触球轴承7调心滚子轴承和推力调心滚子轴承2推力圆柱滚子轴承8圆锥滚子轴承3圆柱滚子轴承N双列深沟球轴承4外球面球轴承U推力球轴承5四点接触球轴承QJ类型代号：右起第5位常用轴承为3、5、6、7、N

五类滚动轴承的代号2.后置代号（字母或数字）基本代号的补充：表示结构、尺寸、公差、材料特殊性（1）内部结构代号

C、AC、B——角接触球轴承的接触角α=15°25°40°（2）公差等级代号：公差分

2、4、5、6x、6、0级，共六个级别

。以/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6为代号，0级不标注。（3）游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。

游隙值：小

大

以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。滚动轴承的类型及代号滚动轴承的代号轴承代号示例6308：6─深沟球轴承，03─尺寸系列（3─中系列），08─内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；

N105/P5：N─圆柱滚子轴承，01─尺寸系列（1─特轻系列）05─内径d=25mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7214AC/P4：7─角接触球轴承，02─尺寸系列（2-轻系列），14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=25°；30213：3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；滚动轴承的类型及代号滚动轴承的代号滚动轴承的类型及代号知识总结滚动轴承的类型滚动轴承的代号滚动轴承的寿命计算滚动轴承类型的选择滚动轴承的失效形式滚动轴承的疲劳寿命计算滚动轴承类型的选择1.载荷条件轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型主要依据。如载荷小而平稳时，可选球轴承；载荷大又有冲击时，宜选滚子轴承；

如轴承仅受径向载荷时，选径向接触球轴承或圆柱滚子轴承；只受轴向载荷时，宜选推力轴承；轴承同时受径向和轴向载荷时，选用角接触轴承。轴向载荷越大，应选择接触角越大的轴承，必要时也可选用径向轴承和推力轴承的组合结构。应该注意推力轴承不能承受径向载荷，圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷。滚动轴承的寿命计算滚动轴承类型的选择2.轴承的转速若轴承的尺寸和精度相同，则球轴承的极限转速比滚子轴承高，所以当转速较高且旋转

精度要求较高时，应选用球轴承.

推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴向载荷不大时，可采用角接触球轴承或深沟球轴承。

对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道的离心力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。一般应保证轴承在低于极限转速条件下工作。若工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承的公差等级、适当加大其径向游隙等措施来满足要求。滚动轴承的寿命计算3.调心性能

轴承内、外圈轴线间的偏移角应控制在极限值之内，否则会增加轴承的附加载荷而降低其

寿命。对于刚度差或安装精度差的轴系，轴承内、外圈轴线间的偏位角较大，宜选用调心类轴承。如调心球轴承（1类）、调心滚子轴承（2类）等。4.允许的空间当轴向尺寸受到限制时，宜选用窄或特窄的轴承。当径向尺寸受到限制时，宜选用滚动体较小的轴承。如要求径向尺寸小而径向载荷又很大时，可选用滚针轴承。滚动轴承的寿命计算滚动轴承类型的选择5.装调性能

圆锥滚子轴承（3类）和圆柱滚子轴承（N类）的内外圈可分离，装拆比较方便。6.经济性

在满足使用要求的情况下应尽量选用价格低廉的轴承。一般情况下球轴承的价格低于滚子轴承。轴承的精度等级越高，其价格也越高。滚动轴承的寿命计算滚动轴承类型的选择

在同尺寸和同精度的轴承中深沟球轴承的价格最低。同型号、尺寸，不同公差等级的深沟球轴承的价格比约为P0∶P6∶P5∶P4∶P2≈1∶1.5∶2∶7∶10。如无特殊要求，应尽量选用普通级精度轴承，只有对旋转精度有较高要求时，才选用精度较高的轴承。除此之外，还可能有其他各种各样的要求，如轴承装置整体设计的要求等。因此设计时要全面分析比较，选出最合适的轴承。滚动轴承的寿命计算滚动轴承类型的选择滚动轴承的失效形式主要失效形式有：1）疲劳点蚀：是最常见的失效形式。

滚动体和套圈滚道承受循环接触应力。

点蚀使轴承产生振动和噪音而失效。2）塑性变形：对于转速很低或间歇摆动的轴承，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。点蚀滚动轴承的寿命计算3）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）。磨损胶合滚动轴承的寿命计算滚动轴承的失效形式轴承在不同工况下其主要失效形式不同：中速运转，主要失效形式是疲劳点蚀，按疲劳寿命进行校核计算。

高速运转，主要失效形式是过渡磨损和烧伤，除进行疲劳寿命进行校核计算外，还要校核其极限转速。低速运转或不转动，主要失效形式是过大的塑性变形，按静强度进行校核计算。

此外，轴承组合结构设计要合理，保证充分的润滑和可靠的密封，对提高轴承的寿命和保证正常工作是非常重要的。滚动轴承的寿命计算滚动轴承的失效形式滚动轴承的疲劳寿命计算1.轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前,一个套圈相对另一套圈的转数或工作小时数。2.基本额定寿命Ｌ10：

按一组轴承中10％的轴承发生点蚀破坏，而90％的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以百万转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命，以L10或L10h计。寓意：⑴一批轴承中有90％的寿命将比其基本额定寿命长。

⑵一个轴承在基本额定寿命期内正常工作的概率为90％，失效率为10％。滚动轴承的寿命计算3.滚动轴承的基本额定动载荷

使轴承的基本额定寿命恰好为10６转时，轴承所能承受的载荷值，用C表示。C=｛Cr——径向载荷或分量Ca——轴向载荷4.滚动轴承寿命的计算公式：轴承寿命曲线：PC1234=25.6KNL10

×106(r)滚动轴承的寿命计算滚动轴承的疲劳寿命计算轴承寿命计算公式：（转）（h）或：式中：n——转速r／minε——寿命指数球轴承ε＝滚子轴承ε＝10/3

Ｐ——当量动载荷

(假定的载荷)→与实际载荷相当高温下轴承的C值将减少，

引入温度系数gt

：滚动轴承的寿命计算滚动轴承的疲劳寿命计算5.当量动载荷Ｐ

P＝fd（XFr

＋YFa

）

滚动轴承若同时承受径向和轴向的联合载荷作用，为了计算轴承寿命时在相同条件下比较，在进行寿命计算时，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P表示只能承受纯径向载荷的轴承（N、NA类）P＝fdFr只能承受纯轴向载荷的轴承（5类）：P＝fdFaｆd－冲击载荷系数，查表Fr

、

Fa

－轴承的径向、轴向力（注意区别轴上载荷）

X、Y－径向、轴向动载荷系数查表①查判断系数e

→(Ｃ0r－轴承的额定静载荷）按Fa/C0r查

e滚动轴承的寿命计算滚动轴承的疲劳寿命计算②判Fa/Fr

与e的关系→定X、Y

－轴向力较小,可忽略不计,只计Fr

Ｐ＝fdFr

即：X=1,Y=0Fa/Fr

≤e－轴向力较大,要计

即：X≠1,Y≠0Fa/Fr

＞e设计轴承的基本方法：⑴由工作条件定轴承类型→×0000⑵由结构定轴承直径→×00××⑶初选型号→×××××→查C、C0r⑷验算寿命：