莱职院机械设计基础教案第14章 轴承

第14章轴承（一）教学要求1.掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况2.掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则3.了解滑动轴承类型特点及应用（二）教学的重点与难点1.滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀2.寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计（三）教具挂图、手册、滚动轴承和滑动轴承实物（四）教学内容16.1轴承的功用和类型

16.2滚动轴承的组成、类型及特点

16.3滚动轴承的代号

16.4滚动轴承类型的选择

16.5滚动轴承的工作情况分析及计算

16.6滚动轴承的选择

16.7滚动轴承的组合设计

16.8滑动轴承概述16.9滚动轴承与滑动轴承的性能比较在各种机器设备中广泛使用着轴承。本章主要介绍轴承的类型、特点及应用，滚动轴承类型的选择、组合设计等内容。14.1轴承的功用和类型轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。

根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承，如图所示。 径向滑动轴承 推力滑动轴承 滚动轴承（向心轴承） 滚动轴承（推力轴承）14.2滚动轴承的组成、类型及特点14.2.1滚动轴承的组成

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。多数情况下，外圈不转动，内圈与轴一起转动。（动画演示）当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。 滚动轴承的基本结构

常见的滚动体有6种形状，如图所示:

滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。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。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑简便和装拆方便等优点，被广泛应用于各种机器和机构中。滚动轴承为标准零部件，由轴承厂批量生产，设计者可以根据需要直接选用。14.2.2滚动轴承的类型及特点

根据滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承与滚子轴承。按照滚动轴承所能承受的主要负荷方向，又可分为向心轴承（主要承受径向载荷）、推力轴承（承受轴向载荷）、向心推力轴承（能同时承受径向载荷和轴向载荷）。1.调心球轴承10002.调心滚子轴承20003.圆锥滚子轴承30004.双列深沟球轴承40005.推力球轴承50006.深沟球轴承6000 7.角接触球轴承70008.推力圆柱滚子轴承80009.圆柱滚子轴承N 14.3滚动轴承的代号

14.3.1基本代号轴承代号的构成前置代号基本代号后置代号字母字母和数字×××××类宽直内型度径径代系系代号列列号代代

字母和数字内部结构改变密封、防尘与外部形状改变保持架结构、材料改变公差等级和游隙其它

基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。

除滚针轴承外，基本代号由轴承类型代号、尺寸代号及内径代号构成。

1.类型代号

0，1，2，3，4，5，6，7，8，N。一般滚动轴承类型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

2.尺寸系列代号

轴承尺寸系列代号由轴承的宽度系列代号和直径系列代号组合而成。

组合排列时，宽度系列在前，直径系列在后，见表。

3.内径代号

基本代号一般由五个数字（或字母加四个数字）组成。当宽度系列为0时可省略。如6200

02为尺寸系列代号。

14.3.2前置和后置代号

轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求有改变时，在其基本代号左右添加的代号。14.4滚动轴承类型的选择

选型原则：

1.载荷条件

载荷较大时应选用线接触的滚子轴承。受纯轴向载荷时选用推力轴承；主要承受径向载荷时应选用深沟球轴承；同时承受径向和轴向载荷时应选择角接触轴承；当轴向载荷比径向载荷大很多时，常用推力轴承和深沟球轴承的组合结构；承受冲击载荷时宜选用滚子轴承。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。

2.转速条件

选择轴承时应注意极限转速nlim。转速较高时，宜用球轴承。

3.调心性能

4.经济性

一般球轴承的价格低于滚子轴承。精度越高价格越高。同精度的轴承，深沟球轴承价格最低。14.5滚动轴承的工作情况分析及计算

14.5.1滚动轴承的受载情况分析轴承转动时，承受径向载荷Fr，外圈固定。当内圈随轴转动时，滚动体滚动，内、外圈与滚动体的接触点不断发生变化，其表面接触应力随着位置的不同作脉动循环变化。滚动体在上面位置时不受载荷，滚到下面位置受载荷最大，两侧所受载荷逐渐减小。所以轴承元件受到脉动循环的接触应力。14.5.2滚动轴承的失效形式和计算准则

1、失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。

2、计算准则在选择滚动轴承类型后要确定其型号和尺寸，为此需要针对轴承的主要失效形式进行计算。其计算准则为：（1）对于一般转速的轴承，轴承的主要失效形式为点蚀，应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。（2）对于高速轴承，轴承的主要失效形式除点蚀外企工作面的过热也是重要的失效形式，因此除进行寿命计算外还应校验其极限转速。（3）对于低速轴承，其失效形式为塑性变形，应进行以不发生塑性变形为准则的静强度计算。14.5.2滚动轴承的寿命计算

（一）基本额定寿命与基本额定动载荷

1.寿命：轴承中任一元件首次出现疲劳点蚀前轴承所经历的总转数，或恒定转速下的总工作小时数。

2.可靠度：在同一条件下运转的一组近于相同的轴承所能达到或超过某一规定寿命的百分率。

3.基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承不出现疲劳点蚀时的总转数或在给定转速下工作的小时数，用L10或L10(h)表示。

4.基本额定动负荷：一批同型号的轴承基本额定寿命为106转次时轴承所承受的负荷，用C表示。对深沟球轴承以Cr表示，对推力轴承Ca。

（二）滚动轴承的当量动负荷

当轴承受到径向载荷Fr和轴向载荷Fa的复合作用时，为了计算轴承寿命时能与基本额定动负荷作等价比较，将实际工作载荷转化为等效的当量动负荷P。P=fP(XFr+YFa)

式中fP为载荷系数，是考虑机器工作时振动、冲击对轴承寿命影响的系数，可查表。Fr为径向载荷；Fa为轴向载荷；X、Y分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，查表。

1）对于既承受径向载荷，又承受轴向载荷的轴承（6、3、7、1、2）：

当Fa/Fr≤e时，P=fPFr

当Fa/Fr>e时，

P=fP(XFr+YFa)

e为轴向负荷影响系数，见表。

2）对于只承受纯径向载荷的向心轴承（N)，P=fPFr

3）对于只承受纯轴向载荷的推力轴承(5)，P=fPFa（三）滚动轴承的寿命计算公式由试验可得：（四）角接触轴承的载荷对于角接触球轴承“7”和圆锥滚子轴承“3”的轴向力求法：1、角接触轴承的内部轴向力由此可计算两支点轴向载荷的步骤如下：1）根据轴承的安装方式，划出内部轴向力和的方向；2）设内部轴向力与外载荷同向，和反向。通过比较与的大小判断轴的移动趋势及轴承的压紧及放松端。3）压紧端的轴向载荷等于除去压紧端本身的内部轴向力外，所有轴向力的代数和。4）放松端的轴向载荷等于放松端本身的内部轴向力。14.6滚动轴承的选择滚动轴承类型的选择1）转速高、载荷小，采用球轴承；转速低，载荷大或有冲击载荷时，采用滚子轴承；2）主要承受径向载荷时采用向心轴承，主要承受轴向载荷时，采用推力轴承；同时承受径向载荷和轴向载荷时，可采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；3）当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承；4）为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承；5）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承。14.7滚动轴承的组合设计14.7.1滚动轴承支承结构类型一、滚动支承的结构型式正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式有三种：1．两端固定支承2．固游式：一端双向固定，一端游动3．两端游动1.两端固定式

2.一端固定、一端游动式14.7.2滚动轴承的轴向紧固1．轴承内圈在固定方法：内圈轴向固定方法2、轴承外圈与座孔常用固定方法轴承外圈与座孔常用固定方法从上面各图可以看到,内圈和外圈的轴向定位。14.7.3滚动轴承游隙和轴上零件位置的调整1．

轴承游隙的调整2．轴上零件位置的调整14.7.4提高轴承系统的刚度和同轴度14.6.5滚动轴承的配合与装拆由于滚动轴承是标准件，因此内圈与轴采用基孔制。n6、m6、k6、js6。外圈与箱体座孔采用基轴制。J7、J6、H7、G7。安装方法：1）用软锤均匀敲击套圈装入；2）压力机压入（较大的轴承）。拆卸方法：1）压力机压出轴颈；2）轴承拆卸器将内圈拉下。14.8滑动轴承概述14.8.1滑动轴承的特点、类型轴承是支承轴颈的部件，有时也用来支承轴上的回转零件。按照承受载荷的方向，分为：径向轴承：轴承上的反作用力与轴中心线垂直推力轴承：轴承上的反作用力与轴中心线方向一致按照轴承工作的摩擦性质，分为：滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）滑动轴承设计包括下列内容：1）决定轴承的结构型式；2）选择轴瓦和轴承衬的材料；3)决定轴承结构参数；4）选择润滑剂和润滑方法；5）计算轴承工作能力。常用的径向滑动轴承有整体式和剖分式两大类。14.8.1滑动轴承的结构 整体式 剖分式 推力滑动轴承1、整体式轴承图17.1是一种常见的整体式径向滑动轴承。优点：构造简单，常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上。缺点：1)当滑动表面磨损而间隙过大时，无法调整轴承间隙；2）轴颈只能从端部装入，对于粗重的轴或具有中轴颈的轴按装不便。2、剖分式轴承剖分式轴承由轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、轴承盖螺柱等组成轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件，常在轴瓦内表面上贴附一层轴承衬。在轴瓦内壁不负担载荷的表面上开设油沟，润滑油通过油孔和油沟流进轴承间隙。剖分面最好与载荷方向近于垂直，轴承盖和轴承座的剖分面常作成阶梯形，以便定位和防止工作时错动。轴承宽度与轴颈直径之比（B/d）称为宽径比。对于B/d>1.5的轴承，可以采用自动调心轴承，其特点是：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖及轴承座的球状内表面相配合，轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时所产生的偏斜。14.8.3滑动轴承材料轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。1.对轴承材料的要求轴瓦的主要失效形式是磨损，由于强度不足而出现的疲劳损坏和由于工艺原因而出现的轴承衬脱落等现象也时有发生。对轴瓦材料主要要考虑以下几方面性能：1）强度、塑性、顺应性和嵌藏性；2）磨合性、减摩性和耐磨性；3）耐腐蚀性；4）润滑性能和热学性质（传热性及膨胀性）；5）工艺性；6）经济性。2.轴承材料的分类轴承材料分三大类：1）金属材料—如轴承合金、青铜、铝基材料、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—如塑料、橡胶、硬木等。1）.轴承合金（又称白合金、巴氏合金）锡、铅、锑、铜的合金统称为轴承合金。它以锡或铅作基体，悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。硬晶粒受重载时可以嵌陷到软基里，使载荷由更大的面积承担。它的弹性模量和弹性极限都很低。在所有轴承材料中，轴承合金的嵌藏性和顺应性最好，很容易和轴颈磨合，它与轴颈的抗胶合能力也较好。巴氏合金的机械强度较低，通常将它贴附在软钢、铸铁或青铜的轴瓦上使用。锡基合金的热膨胀性质比铅基合金好，所以前者更适合于高速轴承，但价格较贵。2）.轴承青铜铸锡锌铅青铜有很好的疲劳强度，广泛用于一般轴承。铸锡磷青铜是很好的一种减摩材料，减摩性和耐磨性都很好，机械强度也较高，适用于重载轴承。铜铅合金具有优良的抗胶合性能，在高温时可以从摩擦表面析出铅，在铜基体上形成一层薄的敷膜，起到润滑的作用。3）.多孔质金属材料多孔质金属是一种粉末冶金材料，它具润滑。有多孔组织，采取措施使轴承所有细孔都充满润滑油的称为含油轴承，因此它具有自润滑性能。常用的含油轴承材料有多孔铁（铁—石墨）与多孔青铜（青铜—石墨）两种。4）.轴承塑料塑料轴承有自润滑性能，也可用油或水优点：1）摩擦系数较小；2）有足够的抗压强度和疲劳强度，可承受冲击载荷；3）耐磨性和跑合性好；4）塑性好，可以嵌藏外来杂质，防止损伤轴颈。缺点：导热性差（只有青铜的几百分之一），线膨胀系数大（约为金属的3－10倍），吸水吸油后体积会膨胀，受载后有冷流性。2．轴瓦结构 1）轴瓦的形式与结构整体式轴瓦部分轴瓦的结构见上图。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内表面上浇注一层或两层减摩材料（见图二），通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。轴承衬的厚度应随轴承直径的增大而增大，一般由十分之几毫米到6毫米。14.8.3滑动轴承润滑材料轴承润滑的目的主要是：减小摩擦功耗，降低磨损率，同时还可起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。常用的润滑材料是润滑油和润滑脂。此外，有使用固体（如石墨、二硫化钼）或气体（如空气）作润滑剂的。润滑油中以矿物油用的最多。1.润滑剂及其选择（1）润滑油润滑油的主要物理及化学性能指标是：粘度、粘度指数、油性、闪点、凝点、酸值、残碳量等。对于动压润滑轴承，粘度是最重要的指标，也是选择轴承用油的主要依据。选择轴承用润滑油的粘度时，应考虑轴承压力、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方式等条件。润滑轴承的润滑油选择可参考表17.3。（2）润滑脂轴颈速度小于1m/s~2m/s的滑动轴承可以采用脂润滑。润滑脂是用矿物油与各种稠化剂混合制成。它的稠度大，不易流失，承载力也较大，但物理和化学性质不如润滑油稳定，摩擦功耗大，不宜在温度变化大或高速下使用。润滑脂的主要物理性能指标是稠度（锥入度）和滴点。工业上应用最广的润滑脂是钙基润滑脂，它在100摄氏度附近开始稠度急剧降低，因此只能在60摄氏度以下使用。钠基润滑脂滴点高，一般用在120摄氏度以下，比钙基脂耐热，但怕水。锂基润滑脂有一定的抗水性和较好的稳定性，适用于－20摄氏度～120摄氏度。2.润滑方法润滑油供给可以是间歇的或连续的，连续供油比较可靠。用油壶注油或提起针阀通过油杯注油，只能达到间歇润滑的作用。连续供油主要有下列方法：（1）滴油润滑图c为针阀式注油油杯。当手柄卧倒时，针阀受弹