汽车机械基础 课件29 滚动轴承（二）滑动轴承

滚动轴承（二）主

要

内容1滚动轴承的寿命计算2滚动轴承的润滑和密封推力轴承：在中心轴向力Fa作用下，可认为各滚动体平均分担Fa：F0=Fa/zFa向心轴承：在纯径向载荷Fr的作用下，最多只有半圈滚动体受载，且各滚动体的受载大小也不同，Fr作用线最下位置的滚动体受力最大。对于α=0

的向心轴承一、滚动轴承的选择计算1.滚动体载荷分析和轴承失效形式z：轴承的滚动体的总数疲劳点蚀——内、外圈的滚道及滚动体的表面出现许多点蚀坑，导致强烈振动、噪声和发热现象。原因：过载、装配不当(配合过紧、内外圈不正)和润滑不良。塑性变形——滚动体或套圈滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑。原因：静载荷或冲击载荷过大，接触应力过大。其他形式——磨损，断裂，锈蚀，腐蚀，内外圈和保持架破损等。影响滚动轴承失效的主要因素——载荷情况、润滑情况、装配情况、环境条件及材质或制造精度等。常见失效形式：一、滚动轴承的选择计算1.滚动体载荷分析和轴承失效形式疲劳点蚀、塑性变形早期磨损、胶合、内外圈和保持架破裂断裂保持架塑性变形常见失效形式：一、滚动轴承的选择计算1.滚动体载荷分析和轴承失效形式滚动轴承的寿命：指轴承中任一元件出现疲劳扩展迹象前，轴承运转的总转数或一定转速下的工作小时数。批量生产的元件，由于材料的不均匀性以及制造、装配的差异性，导致轴承的寿命有很大的离散性，必须采用统计的方法进行度量。滚动轴承的可靠度：指近于相同的一组滚动轴承，在相同的条件下运转，期望达到或超过规定寿命的百分率。对于单套滚动轴承，指该轴承达到或超过规定寿命的概率。一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算滚动轴承的基本额定寿命：指采用当代常用优质材料制造、具有良好加工质量的一组近于相同的滚动轴承，在相同的常规运转条件下运转，可靠度为90%时的寿命，表示：L106r（以106转为单位）或

Lhh（以小时为单位）由实验和数据统计，得滚动轴承寿命

L

与载荷

P

的关系：

—寿命指数：球轴承，

=3；滚子轴承，

=10/3P

L

=常数一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算基本额定动载荷：基本额定寿命为一百万(106)转时，轴承所能承受的载荷值，C。即在基本额定动载荷作用下，轴承运转到106转时，不发生失效的可靠度为90%。基本额定动载荷与基本额定寿命106转相对应。一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算基本额定动载荷：基本额定寿命为一百万(106)转时，轴承所能承受的载荷值，C。对于向心轴承（角接触轴承除外），基本额定动载荷是指恒定不变的径向载荷，称为径向基本额定动载荷，Cr；对于角接触轴承，基本额定动载荷是指引起套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量，用Cr表示；对于推力轴承，基本额定动载荷是指恒定不变的中心轴向载荷，称为轴向基本额定动载荷，Ca。Cr、Ca值，可查阅教材附表，或滚动轴承产品样本。一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算基本额定动载荷是特定载荷条件下得到的数据，例如向心轴承仅承受径向载荷。而在实际工况中，滚动轴承常受径向和轴向载荷的联合作用。因此，为了能利用基本额定动载荷数据，来计算实际载荷条件下的轴承寿命，就必须进行载荷转换。当量动载荷：把实际工作载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致时得到的载荷，P。在当量动载荷作用下的轴承寿命，与实际载荷条件下轴承的寿命相同。一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算P

L

=常数可得以106转为单位的轴承寿命：或以小时数为单位的轴承寿命：n—轴承工作转速，r/min当P=C时，L

=1(106r)C

1

=P

L考虑到轴承在温度高于100℃下工作时，C值有所降低，引入温度系数

ft（表10-11）；考虑到工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，又引入载荷系数

fp（表10-12）。修正公式一、滚动轴承的选择计算2.轴承寿命计算0123451015L∞(106)29.5252015105PKNP---动载荷

基本额定动载荷是特定载荷条件下得到的数据，例如向心轴承仅承受径向载荷。而在实际工况中，滚动轴承常受径向和轴向载荷的联合作用。因此，为了能利用基本额定动载荷数据，来计算实际载荷条件下的轴承寿命，就必须进行载荷转换。当量动载荷：把实际工作载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致时得到的载荷，P。在当量动载荷作用下的轴承寿命，与实际载荷条件下轴承的寿命相同。一、滚动轴承的选择计算3.当量动载荷的计算Fr—径向载荷，N；Fa—轴向载荷，N；X，Y—径向动载荷系数，轴向动载荷系数，表10-9；对于只承受纯径向载荷的轴承：P=Fr对于只承受纯轴向载荷的轴承：P=

Fa对于同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承，当量动载荷为：一、滚动轴承的选择计算3.当量动载荷的计算3.当量动载荷的计算深沟球轴承的当量动载荷系数计算Fa/C0r，直接获得Fa/C0r值所在行的e值，或线性插值确定与Fa/C0r值对应的e值；判断Fa/Fr与e之间的大小关系，直接获得或线性插值确定X、Y值。使用方法：由轴承型号查手册，获得C0r（径向基本额定静载荷）数据；一、滚动轴承的选择计算（1）角接触向心轴承中的内部轴向力3类—圆锥滚子轴承7类—角接触球轴承

由于其结构的特点，当受径向力Fr作用时，会产生内部轴向力Fs（附加轴向力），并通过内圈传递到轴上，通过外圈传递到轴承座上。FrFsFrFs一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算角接触向心轴承内部轴向力的大小，按下表计算轴承类型角接触向心球轴承圆锥滚子轴承3000070000C(

=15)70000AC(

=25)70000B(

=40)Fs

=eFr0.68Fr1.14FrFr/(2Y)表注：Fr—轴承的径向载荷；e

—判别系数；Y

—圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数，可由轴承样本查取。

一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算（1）角接触向心轴承中的内部轴向力作用于轴承外圈上的内部轴向力Fs的方向：由外圈的宽边指向窄边；Fs通过滚动体和内圈传递到轴上；角接触向心轴承内部轴向力的方向

FrFriFsiFi

Fs为平衡内部轴向力，需要对外圈宽边一侧的端面进行轴向定位固定。轴向定位一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算（1）角接触向心轴承中的内部轴向力（2）角接触向心轴承的成对使用a.成对并拢布置构成单支承角接触向心轴承受径向载荷作用后，会产生内部轴向力，故应成对使用。角接触轴承载荷作用中心O，也称支点，a值可查样本手册。aB1O1O2O1O2aB2正装(面对面安装)反装(背对背安装)两支点距离B1较短两支点距离B2较长一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算①②b.成对拉开布置构成双支承正装(面对面安装)FRFs1Fs2Fr1O1aFr2O2aO1O2对于两轴承拉开布置的双支承：为简化计算，常将载荷作用中心O近似取在轴承宽度中点。B内部轴向力的方向——由轴承外圈的宽边指向窄边。一、滚动轴承的选择计算（2）角接触向心轴承的成对使用4.角接触向心轴承轴向载荷的计算FR①②反装(背对背安装)Fs2Fr2O2aFs1Fr1O1a一、滚动轴承的选择计算（2）角接触向心轴承的成对使用4.角接触向心轴承轴向载荷的计算b.成对拉开布置构成双支承①②O1O2正装(面对面安装)Fs1Fs2Fr1Fr2（3）角接触向心轴承的载荷计算用一对角接触向心轴承支承作用有径向载荷FR和轴向载荷FA的轴，轴承所受载荷包括：FAFR径向力——通过力分析可以确定轴承1、2上的径向力Fr1、Fr2；轴向力——需要综合考虑由径向力引起的内部轴向力和作用于轴上的其他轴向外力。一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算①②Fr1Fr2O1O2FAFR正装70000C70000AC70000B30000Fs

=eFrFs

=0.68FrFs

=1.14FrFs

=Fr/(2Y)角接触向心轴承轴向力的计算根据轴承类型代号及径向力，由角接触轴承内部轴向力计算表，求得内部轴向力Fs1、Fs2的大小，并确定其方向；Fs1Fs2一、滚动轴承的选择计算（3）角接触向心轴承的载荷计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算如图，若Fs1+FA>Fs2，轴有向右运动趋势，轴承1放松(放松端)，轴承2压紧(压紧端)如图，若Fs1+FA<Fs2，轴有向左运动趋势，轴承1压紧(压紧端)，轴承2放松(放松端)判断轴在三个轴向力FA和Fs1、Fs2作用下的合力方向，即轴的运动趋势方向。①②Fs1Fs2Fr1Fr2O1O2FAFR正装放松端轴承的轴向力等于其自身附加轴向力；压紧端轴承的轴向力等于除自身附加轴向力外其他所有轴向力的代数和。一、滚动轴承的选择计算（3）角接触向心轴承的载荷计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算如图，若Fs1+FA>Fs2，轴有向右运动趋势，轴承1放松(放松端)，轴承2压紧(压紧端)判断轴在三个轴向力FA和Fs1、Fs2作用下的合力方向，即轴的运动趋势方向。①②Fs1Fs2Fr1Fr2O1O2FAFR正装一、滚动轴承的选择计算（3）角接触向心轴承的载荷计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算放松端轴承的轴向力等于其自身附加轴向力；压紧端轴承的轴向力等于除自身附加轴向力外其他所有轴向力的代数和。Fa1=FS1

Fa2=FS1+FA如图，若Fs1+FA<Fs2，轴有向左运动趋势，轴承1压紧(压紧端)，轴承2放松(放松端)判断轴在三个轴向力FA和Fs1、Fs2作用下的合力方向，即轴的运动趋势方向。①②Fs1Fs2Fr1Fr2O1O2FAFR正装一、滚动轴承的选择计算（3）角接触向心轴承的载荷计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算放松端轴承的轴向力等于其自身附加轴向力；压紧端轴承的轴向力等于除自身附加轴向力外其他所有轴向力的代数和。Fa2=FS2

Fa1=FS2-FA总结：1）根据轴承安装方式和FA、

Fs1、Fs2合力指向，判定“压紧端”和“放松端”。2）放松端：Fa等于本身Fs。3）压紧端：Fa等于除本身Fs外，其它轴向力的代数和。一、滚动轴承的选择计算（3）角接触向心轴承的载荷计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算①②Fs1Fs2Fr1Fr2O1O2FAFR正装角接触向心轴承轴向力计算实例①②Fr1Fr2O1O2FAFRFA+Fs1=9000N【例】图示一对圆锥滚子轴承支承，已知：外部轴向载荷FA=5000N，两轴承的附加轴向力分别为Fs1=4000N、Fs2=6500N。确定两轴承所受的轴向力。轴承2压紧Fa1=Fs1=4000NFs2=6500N>轴承1放松Fa2=Fs1+FA=9000N【解】是正装布置Fs1Fs2正装一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算Fr1O1①Fr2O2②FRFA【例】图示一对圆锥滚子轴承支承，已知：外部轴向载荷FA=5000N，两轴承的附加轴向力分别为Fs1=4000N、Fs2=6500N。确定两轴承所受的轴向力。【解】是反装布置FA+Fs2=11500NFa2=Fs2=6500N>轴承1压紧Fa1=Fs2+FA=11500N①②Fs1Fs2Fr1Fr2O1O2FAFR正装【例1】反装【例2】Fs1Fs2Fs1=4000N轴承2放松一、滚动轴承的选择计算4.角接触向心轴承轴向载荷的计算润滑目的——降低摩擦阻力，减轻磨损，同时起吸振、冷却、防锈和密封等作用。合理润滑可提高性能和寿命。二、滚动轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑润滑剂润滑脂润滑油固体润滑剂

用于特殊场合---常用---高速、高温二、滚动轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑脂润滑优点：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。二、滚动轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑用速度因素dn

值作为选择润滑剂的条件:

dn间接反映了轴颈的圆周速度。d----滚动轴承的内径，单位：mm；n----轴承转速，单位：r/min。

对于不同类型的轴承，润滑剂和润滑方式的选择可参照下表进行。表12-16适用于脂润滑和油润滑的dn值界限

润滑油黏度的选择润滑油的黏度可按轴承的速度因数dn和工作温度

t来确定。二、滚动轴承的润滑和密封1.滚动轴承的润滑例如：dn=100000，t=90℃

可用

110

号润滑油

目的——防止润滑剂中脂或油的泄漏，防止有害异物从外部侵入轴承内滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封分类接触式非接触式组合式密封毛毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫式密封——毛毡迷宫式密封适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v<4~5m/s，工作温度不超过90℃矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用。适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v<4~5m/s，工作温度:-40~100℃接触式密封：毛毡圈密封(b)(a)防漏油防灰尘密封圈密封密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。密封唇朝里，目的是防漏油。密封唇朝外，主要目的是防灰尘、杂质二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封(b)适用场合：脂润滑，要求环境干燥清洁。

靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.1~0.3mm。间隙封圈δ=0.1~0.3mmδ非接触式密封：δ(a)二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封为利用挡油环和轴承之间的间隙实现密封的装置。工作时挡油环随油一起转动，利用离心力甩去油和杂质。挡油环应凸出轴承座端面△=1~2mm。该结构常用于机箱内密封，如齿轮减速器内齿轮用油润滑、而轴承用脂润滑的场合。(c)二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封非接触式密封：适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。密封效果可靠。

图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会变长，间隙取δ=1.5~2mm。迷宫式封圈δ=0.1~0.2mmδ=1.5~2mm将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。分为径向和轴向两种结构。(a)δ(b)δ二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封非接触式密封：组合封圈适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。

也可以把多种密封形式组合在一起。这是组合密封的一种型式----毛毡加迷宫，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封的方式很多，不一一列举。组合式密封：二、滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封滑动轴承滑动轴承的应用实例：汽轮发电机，水轮发电机，精密机床，轧钢机，铁路机车，天文望远镜等。轴承的类型：按摩擦性质分滚动（摩擦）轴承，已标准化，选用、维护方便，应用广泛；滑动（摩擦）轴承，适用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。

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。一、摩擦状态按表面润滑情况，将摩擦分为以下几种状态：干摩擦两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜时，固体表面间直接接触。摩擦功损耗大，磨损严重，温升高，使轴与轴瓦产生胶合。滑动轴承中不允许出现干摩擦。边界摩擦两摩擦表面间有润滑油，形成极薄的边界油膜，不足以将两表面分隔开，相互运动时，微观高峰部分仍将互相搓削。与干摩擦相比，边界摩擦功耗、磨损减少。液体摩擦两摩擦表面间有充足的润滑油，且在一定条件下两摩擦面间可形成一定厚度的压力油膜，将相对运动表面完全分隔开。摩擦系数很小，摩擦功耗、磨损显著减少。一般机器中，摩擦表面多处于边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦，或非液体摩擦。一、摩擦状态按表面润滑情况，将摩擦分为以下几种状态：润滑目的：减小摩擦功耗，降低磨损，冷却，防尘，防锈，吸振润滑剂分类：润滑油（液体）；润滑脂（半固体）；固体润滑剂等。二、润滑剂和润滑装置1.润滑剂目前使用的润滑油大部分为石油系润滑油（矿物油）。二、润滑剂和润滑装置1.润滑剂润滑油粘度是表示润滑油粘性的指标，即流体抵抗变形的能力，它表征油层间内摩擦阻力的大小。粘度的大小可以用动力粘度和运动粘度等指标来表示。润滑油最重要的物理性能是黏度，表征液体流动的内摩擦性能，它是选择润滑油的主要依据。润滑油的选用：要考虑速度、载荷和工作情况。载荷大、温度高的轴承宜选黏度大的油，载荷小、速度高的轴承宜选黏度较小的油。二、润滑剂和润滑装置1.润滑剂润滑油1.润滑剂润滑油二、润滑剂和润滑装置油性。油性是指润滑油在金属表面上的吸附能力。油性好的润滑油，其油膜吸附力大且不易破坏。凝点。凝点是指润滑油冷却到不能流动时的最高温度。低温润滑时，应选择凝点低的油。润滑脂由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。优点：密封简单，不需经常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响小。缺点：摩擦损耗较大，机械效率较低，易变质。适用于低速或带有冲击的机器。钙基润滑脂：耐水，用于60℃以下，使用最多；钠基润滑脂：不耐水，用于115~145℃以下；锂基润滑脂：性能优良、耐水，用于

20~150℃范围。二、润滑剂和润滑装置润滑脂1.润滑剂2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置润滑油的供应可以是间歇的或连续的。间歇式供油只用于小型、低速或作间歇运动的工作场合。连续供油润滑比较可靠，对于重要的轴必须采用连续供油的方法。2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置手工润滑

间歇式供油一般用人工油壶或油枪向注油杯内注油，有压配式油杯和旋转式注油杯。适用于低速、轻载和间歇工作的场合，如开式齿轮、链轮等处的润滑。间歇式供油油杯

2.润滑装置

连续滴油供油可采用针阀式油杯和油芯油杯。油芯油杯不易调节供油量，并且在停车时仍继续供油，引起无用的消耗。油芯油杯扭转弹簧盖子棉纱绳油杯体铝管油绳式油杯。油绳的吸油端浸在油中，另一端悬垂在送油管中，利用毛细管虹吸作用吸油。油绳滴油主要用于低速轻载滑动轴承的润滑。二、润滑剂和润滑装置滴油润滑2.润滑装置

连续滴油供油可采用针阀式油杯和油芯油杯。二、润滑剂和润滑装置滴油润滑针阀式油杯手柄针杆螺母黄片观察孔滤油网针阀式油杯可以调节螺母控制油孔开口大小而改变供油量，并且扳动手柄关闭针阀而停止供油。针阀式油杯。供油时，将手柄竖起，针阀被提起。油孔畅通，润滑油自动流出。停止供油时，可将手柄扳倒，针阀在弹簧的压力下堵住油孔。

在轴颈上套一油环，油环下部浸在油池中，当轴颈旋转时靠摩擦力带动油环把润滑油带到轴颈上。轴颈速度过高和过低，油环带的油量都会不足，通常转速不低于60r/min的场合。油环润滑2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置油环润滑

2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置飞溅润滑自带油润滑应用机件本身的动力来供油，如飞溅润滑。用浸在油池中的传动件(例如齿轮)回转时将润滑油溅到箱体的内壁，再经油沟流入到轴承进行润滑。主要应用于闭式齿轮、链条及内燃机曲轴箱等。

用油泵供应压力油进行润滑，可保证供油充分，能带走摩擦热以冷却轴承，但压力润滑系统较复杂，成本较高，多用于高速、重载轴承上。压力润滑示意图2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置压力润滑润滑脂用油杯

脂润滑只能间歇供应，旋盖式油脂杯(如图所示)是应用最广的脂润滑装置。杯中装满润滑脂后，旋转上盖即可将润滑脂挤入轴承中。旋盖式油脂杯2.润滑装置二、润滑剂和润滑装置脂润滑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。三、滑动轴承的结构形式油杯孔轴套轴承座组成：轴承座、轴套或轴瓦等。1)

结构简单，成本低廉。应用：主要承受径向载荷，也称径向滑动轴承。低速、轻载或间歇性工作的机器中。2)

因磨损而造成的间隙无法调整。特点：3)

只能从沿轴向装入或拆。整体式向心滑动轴承三、滑动轴承的结构形式1.向心滑动轴承将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。螺纹孔轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。榫口三、滑动轴承的结构形式1.向心滑动轴承对开式向心滑动轴承轴承座轴承盖榫口榫口联接螺栓联接螺母轴瓦三、滑动轴承的结构形式1.向心滑动轴承对开式向心滑动轴承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。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。推力滑动轴承三、滑动轴承的结构形式2.推力滑动轴承承受轴向载荷，利用轴的端面或在轴的中段做出凸肩承载。三、滑动轴承的结构形式2.推力滑动轴承按推力轴