机械设计（3D版） 第2版 课件 张继忠 第10-15章 蜗杆传动-弹簧

§10-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算§10-3蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用第十章蜗杆传动§10-4圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷§10-5圆柱蜗杆传动的承载能力计算§10-8圆弧圆柱蜗杆传动简介§10-6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算§10-7蜗杆传动的结构设计§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用一、蜗杆传动的类型蜗杆传动主要用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴在空间是互相垂直交错的。根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动三类。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线相垂直的平面称为中间平面，对蜗杆齿廓及参数分析常借助于中间平面。圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆（ZA型）渐开线蜗杆（ZI型）法向直廓蜗杆（ZN型）锥面包络蜗杆（ZK型）§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用1、圆柱蜗杆传动（1）阿基米德蜗杆这种蜗杆是用直线刀刃的梯形车刀在车床上切削而成的，刀刃通过蜗杆的轴平面。蜗杆端面上的齿廓为阿基米德螺旋线，在中间平面上的齿形为直线，其齿形角α0=20°。（2）渐开线蜗杆加工这种蜗杆时，刀刃顶面与蜗杆的基圆柱相切。蜗杆端面齿形为渐开线，在中间平面和法平面上的齿形为凸廓，在与基圆柱相切平面上的齿廓一侧是直线，另一侧是曲线。§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用（3）法向直廓蜗杆加工这种蜗杆时，将直线刀刃放在垂直于齿槽（或齿厚）中点螺旋线的法平面内。在蜗杆法平面内齿形是直线，在端面上是延伸渐开线。（4）锥面包络蜗杆这种蜗杆只能在铣床和磨床上加工。加工时，梯形圆盘铣刀在蜗杆的法面内绕其轴线作回转运动，蜗杆作螺旋运动。在任意截面内，蜗杆的齿形都是曲线。§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用2、环面蜗杆传动环面蜗杆在轴向的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面。在这种传动的啮合带内，蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。其承载能力约为阿基米德蜗杆传动的2～4倍，效率达85%～90%。3、锥蜗杆传动锥蜗杆传动的两轴交错角通常为90°。蜗杆的螺旋在节锥上分布的导程角相同，而蜗轮在外观上就像一个曲线齿锥齿轮。锥蜗杆传动的特点是：同时啮合的齿数多，重合度大；传动比范围大（一般为10～360）；承载能力和效率高等。§10-1蜗杆传动的类型、特点及应用二、蜗杆传动的特点及应用蜗杆传动最大传动功率可达750kW，通常用在50kW以下，最高滑动速度vs可达35m/s，通常用在15m/s以下。（1）传动比大，结构紧凑。在动力传动中，一般传动比i=5～80；在分度机构或手动机构的传动中，i可达300；若只传递运动，i可达1000。（2）传动平稳，噪声低。因为蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿数又较多。（3）具有自锁性。当螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时能够自锁。（4）摩擦损失较大，效率低。蜗轮和蜗杆在啮合处会产生较严重的摩擦磨损，引起过分发热。当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。蜗杆传动特点：§10-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮合传动，设计蜗杆传动时，按中间平面上的参数作为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数z1、蜗杆导程角γ、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q等。1、模数m和压力角α在中间平面上为保证蜗杆和蜗轮的正确啮合，蜗杆的轴面模数ma1、压力角αa1应分别与蜗轮的端面模数mt2、压力角αt2相等，即阿基米德蜗杆的轴向压力角为标准值（20°），其他三种蜗杆的压力角在法平面上法向压力角均为标准值，蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为§10-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q在蜗杆传动中，常用与蜗杆具有同样尺寸的蜗轮滚刀来加工蜗轮。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，国标中对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，把比值(q=d1/m)称为蜗杆的直径系数。3、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2常用的蜗杆头数为1、2、4、6。重载传动不宜采用单头蜗杆。当反行程自锁时，可取z1=1。蜗杆头数多，效率高，但导程角大，加工困难。蜗轮齿数z2根据传动比和蜗杆头数决定。若z2≥30，可始终保持有两对以上的齿啮合，有利于传动趋于平稳。齿数愈多，蜗轮尺寸愈大，蜗杆轴愈长而刚度愈小，z2不宜多于100。一般取z2=32～80。z1和z2最好互质以利于均匀磨损。和数值可参考下表的推荐值选取。i=z2/z1z1z2i=z2/z1z1z2≈5629～3114～30229～617～15429～6129～82129～82§10-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算4、蜗杆导程角γ5、传动比i和齿数比u6、标准中心距a式中，pz=z1pa。γ角的范围为3.5°~33°，导程角大，传动效率高；导程角小，传动效率低。γ≤3°40′的蜗杆传动具有自锁性。当蜗杆为主动时，i=u。应当注意，蜗杆传动的传动比不等于蜗轮、蜗杆的直径比。标准普通圆柱蜗杆传动的基本参数具体列表→§10-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算标准普通圆柱蜗杆传动主要几何尺寸计算公式→§10-3蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料一、失效形式二、计算准则蜗杆传动的失效形式和齿轮传动一样，有疲劳点蚀、轮齿折断、齿面胶合及磨损等。蜗轮轮齿的磨损比齿轮传动严重得多，这是因为啮合处的相对滑动较大所致。在开式传动和润滑油不清洁的闭式传动中，磨损尤其显著。因此，蜗杆齿面的表面粗糙度值宜小些，在闭式传动中还应注意润滑油的清洁。在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，设计准则是按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，而按蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行校核。另外，闭式蜗杆传动由于散热较为困难，还应作热平衡计算。在开式传动中，多发生蜗轮的齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度作为开式蜗杆传动的主要设计准则。§10-3蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料三、常用材料蜗轮和蜗杆的材料除了要求具有足够的强度，更重要的是配对的材料要具有良好的减磨和耐磨性能。蜗杆的齿面硬度应高于蜗轮。1、蜗杆材料2、蜗轮材料蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用低碳合金钢并经渗碳淬火，或用中碳钢或中碳合金钢并经表面或整体淬火。这样可以获得较高的硬度，增加耐磨性。低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理。常用的蜗轮材料有铸造锡青铜、铸造铝铁青铜及灰铸铁等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度vs≥3m/s和持续运转的重要传动；铝铁青铜的耐磨性稍差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度vs≤4m/s的传动；灰铸铁价格便宜，用于滑动速度不高且对效率要求也不高的场合，直径较大的蜗轮常用灰铸铁。§10-4圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷一、圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析和斜齿圆柱齿轮传动相似。一对啮合的蜗杆和蜗轮的旋向相同，蜗杆传动有左旋和右旋两种，常采用右旋。以右旋主动蜗杆为例，其受力情况如图所示，作用在齿面上的法向力Fn可分解为三个互相垂直的分力，即圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa。蜗杆传动受力方向判断→§10-4圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷二、圆柱蜗杆传动的计算载荷与齿轮传动类似，蜗杆传动齿面上单位接触线长度的计算载荷Pc为式中：L0为蜗轮齿面的接触线长度（mm），考虑到重合度的影响，L0=1.31d1/cosγ≈1.38d1（一般取γ=5°～25°，cosγ的平均值约为0.95）。Kv为动载系数，精确制造且蜗轮圆周速度v2≤3m/s时，Kv=1.0～1.1；当v2>3m/s时，Kv=1.1～1.2；Kβ为齿向载荷分布系数，当蜗杆传动的载荷平稳时，可取Kβ=1；当载荷变化较大，或有冲击、振动时，取Kβ=1.3～1.6；KA为使用系数。K为载荷系数，K=KAKβKv使用系数具体取值→§10-5圆柱蜗杆传动的承载能力计算一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度的验算公式为当蜗轮材料为铸造铝铁青铜（抗拉强度Rm≥300MPa）或灰铸铁时，蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合。许用接触应力[σH]可直接查出。当蜗轮材料为铸锡青铜时，蜗杆传动主要因接触疲劳点蚀而失效，蜗轮的许用应力与应力循环次数有关铸造锡青铜蜗轮的基本许用接触应力[σH]′→灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力[σH]→按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为§10-5圆柱蜗杆传动的承载能力计算二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度的验算公式为按蜗轮弯曲疲劳强度条件设计计算的公式为蜗轮的齿形系数YFa2→

蜗轮的基本许用弯曲应力[σF]′→YFa2为蜗轮齿形系数，可由图查出。Yε为弯曲疲劳强度的重合度系数，取Yε=0.667。Yβ为螺旋角系数，。[σF]′为考虑齿根应力校正系数YSa2后蜗轮的基本许用应力。§10-5圆柱蜗杆传动的承载能力计算三、蜗杆的刚度计算校核蜗杆的刚度时，通常是把蜗杆看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段。引起挠曲变形的力主要是蜗杆的圆周力Ft1和径向力Fr1（轴向力Fa忽略不计），假设蜗杆轴的支点为自由支承，则蜗杆的最大挠度应满足式中：E为蜗杆材料的弹性模量，MPa；I为蜗杆危险截面的惯性矩，mm4，，其中df1为蜗杆齿根圆直径，mm；L′为蜗杆两端支承间的跨距，mm，初步计算时可取L′≈0.9d2，d2为蜗轮分度圆直径；[y]为许用最大挠度，mm，，d1为蜗杆分度圆直径，mm。§10-5圆柱蜗杆传动的承载能力计算四、圆柱蜗杆传动的精度等级选择GB/T10089—2018对圆柱蜗杆传动规定了12个精度等级，其中1级精度最高，12级精度最低。圆柱蜗杆传动常用6~9级精度。6级精度的传动可用于中等精度机床的分度机构、发动机调整器的传动，允许的蜗轮蜗杆齿面滑动速度vs>10m/s；7级精度常用于中等精度的运输机和一般工业中的中等速度(vs<10m/s)的动力传动；8级精度常用于圆周速度较低，每天工作时间很短的不重要传动；9级精度常用于不重要的低速或手动传动。§10-6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率fv和

v取值→当蜗杆主动时当蜗轮主动时其中η1为啮合效率，η2为浸入油池中的零件搅油损耗效率，η3为轴承摩擦损耗效率。一般取。蜗轮主动时：当时，蜗杆机构可以运动；当时，则机构自锁。因此蜗杆传动的自锁条件为。●效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数１２４６总效率0.7~0.750.75~0.840.84~0.920.92~0.97开式传动时，蜗杆传动z1=1、2，η=0.6~0.7。§10-6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算二、蜗杆传动的润滑由于蜗杆传动的齿面相对滑动速度大，良好的润滑对于防止齿面过早发生齿面磨损、胶合和点蚀，提高传动的承载能力具有重要意义。闭式蜗杆传动，主要是根据相对滑动速度和载荷类型选取。开式蜗杆传动，则采用黏度较高的齿轮油或润滑脂进行定期供油润滑。蜗杆传动有蜗杆上置和蜗杆下置两种。当采用浸油润滑时，蜗杆尽量下置；当蜗杆分度圆速度大于4~5m/s时，采用蜗杆上置。如果采用浸油润滑，为利于散热，应保持适当的油量，一般浸油深度为蜗杆的一个齿高，但不能超过轴承最低滚动体的中心；当蜗杆上置式时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。一般情况下，考虑到沉淀油屑和冷却散热，油量大些比较好。速度高时，浸油量可少些。如果采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端。蜗杆正反转时，两边都要装有喷油嘴，而且要控制一定的油压。闭式蜗杆传动润滑油黏度及润滑方式→§10-6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动由于效率低，工作时会产生较多的热量。所以，必须对闭式蜗杆传动进行热平衡计算,以保证油温稳定地处于规定的范围内。达到热平衡时，蜗杆传动单位时间内的发热量应等于同时间内的散热量。单位时间内，由损耗的功率产生的发热量为单位时间内，自然冷却时从箱体外壁散发到空气中去的散热量为由热平衡条件Φ1=Φ2，可得在既定工作条件下的工作油温采用散热片时，保持正常工作温度所需要的散热面积§10-6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算在油温t0大于80℃或有效散热面积不足时，必须采取措施以提高散热能力。通常采取的散热措施有：1）加散热片，增加散热面积；2）在蜗杆轴端加装风扇，加速空气的流通；3）加装循环冷却设施，如循环冷却水管或外冷却喷油润滑。§10-7蜗杆传动的结构设计多数蜗杆因螺旋部分的直径不大，通常与轴做成一个整体，很少做成装配式的。常见的蜗杆结构形式如下图所示，其中a)的结构无退刀槽，只能铣制；b)的结构有退刀槽，可以车制，也可以铣制。铣制蜗杆轴的直径可大于蜗杆齿根圆直径，所以其刚度比车制蜗杆要大。§10-7蜗杆传动的结构设计蜗轮根据尺寸大小可制成整体式或组合式的。a）整体式蜗轮b）过盈配合式蜗轮c）螺栓连接式蜗轮d）拼铸式蜗轮组合方式有过盈配合式、螺栓连接式、拼铸式。过盈配合式为了提高过盈配合的可靠性，沿接合缝应拧上螺钉。螺栓连接式最好用铰制孔螺栓连接，螺栓连接式蜗轮装拆比较方便，多用于尺寸较大或容易磨损的蜗轮。拼铸式只用于成批制造的蜗轮。整体式结构用于铸铁蜗轮或尺寸较小的青铜蜗轮。直径较大的蜗轮常采用组合式，即齿圈用青铜，轮心用铸铁或铸钢。§10-8圆弧圆柱蜗杆传动简介一、概述圆弧圆柱蜗杆(ZC蜗杆)是一种非直纹面圆柱蜗杆。在圆弧圆柱蜗杆传动中间平面上，蜗杆齿廓为凹圆弧，与之相配的蜗轮齿廓为凸圆弧。与圆柱蜗杆传动相比，其承载能力大，传动效率高，使用寿命长。圆弧圆柱蜗杆传动的主要特点是：1）传动比范围大，可实现1：100的大传动比传动；2）蜗杆与蜗轮的齿廓接触线与滑动速度方向间的夹角大，有利于润滑油膜的形成；3）当蜗杆主动时，啮合效率可达95%以上；4）中心距难以调整，对中心距误差的敏感性较强。§10-8圆弧圆柱蜗杆传动简介二、圆弧圆柱蜗杆传动的参数及其选择一般选取齿形角α0=23°±2°，推荐取23°。一般推荐下x2=0.5～1.5。代替普通圆柱蜗杆传动时，一般选x2=0.5～1。当传动的转速较高时，应尽量选取较大的蜗轮变位系数，推荐x2=1～1.5。此外，当z1>2时，取=0.7～1.2；z1≤2时，取=1～1.5。实际应用中，推荐ρ=(5～5.5)m（m为模数）。当z1=1、2时，取ρ=5m；z1=3时，ρ=5.3m；z1=4时，ρ=5.5m。1、齿形角α02、蜗轮变位系数x23、齿廓曲率半径ρ圆弧圆柱蜗杆的齿型参数及几何尺寸计算→普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算模数m/mm分度圆直径d1/mmm2d1/mm3蜗杆头数z1导程角γ模数m/mm分度圆直径d1/mmm2d1/mm3蜗杆头数z1导程角γ模数m/mm分度圆直径d1/mmm2d1/mm3蜗杆头数z1导程角γ1181813°10′47″3.1535.5352.25210°03′48″6.31124445.313°13′10″1.252031.2513°34′35″419°32′29″880512015°42′38″22.4353°11′38″628°01′50″211°18′36″1.62051.214°34′26″56555.2613°13′10″421°48′05″29°05′25″44064015°42′38″630°57′50″417°44′41″211°18′36″140896013°16′14″2871.6813°16′14″421°48′05″1090900016°20′25″222.489.615°06′08″630°57′50″212°31′44″210°07′29″71113613°13′28″423°57′45″419°39′14″550125015°42′38″633°41′24″628°10′43″211°18′36″1601600013°34′35″35.514213°13′28″421°48′05″12.51121750016°22′06″2.52817515°06′08″630°57′50″212°34′59″210°07′29″90225013°′10″47424°03′26″419°39′14″6.3632500.515°42′38″2003125013°34′35″628°10′43″211°18′36″161403584016°31′11″45281.2513°10′47″421°48′05″212°52′30″3.1535.5352.2515°04′15″630°57′50″424°34′02″普通圆柱蜗杆基本参数（轴角Σ=90°）返回普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算名称符号计算公式蜗杆蜗轮分度圆直径d节圆直径d′齿顶圆直径da齿根圆直径df中心距a压力角α蜗杆分度圆导程角γ

蜗杆基圆柱导程角γb

蜗杆轴向齿距pa

蜗杆导程pz

蜗轮齿宽角θ

蜗轮咽喉母圆半径rg2

普通圆柱蜗杆传动主要几何尺寸计算公式返回圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受的径向力、周向力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。径向力Fr1=径向力Fr2周向力Ft1=轴向力Fa2周向力Ft2=轴向力Fa1从动轮转向n2返回圆柱蜗杆颤动的受力分析和计算载荷返回工作类型ⅠⅡⅢ载荷性质均匀、无冲击不均匀、小冲击不均匀、大冲击每小时起动次数<2525～50>50起动载荷小较大大KA11.151.2使用系数KA圆柱蜗杆传动的承载能力计算铸造锡青铜蜗轮的基本许用接触应力[σH]′蜗轮材料铸造方法蜗杆螺旋面的硬度≤45

HRC>45

HRC铸锡磷青铜ZCuSn10P1砂型铸造150180金属型铸造220268铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5砂型铸造113135金属型铸造128140返回圆柱蜗杆传动的承载能力计算灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力[σH]材料滑动速度vs(m/s)蜗杆蜗轮<0.250.250.5123420或20Cr渗碳、淬火、45钢淬火，齿面硬度大于45HRC灰铸铁HT15020616615012795——灰铸铁HT200250202182154115——铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3——25023021018016045钢或Q275灰铸铁HT15017213912510679——灰铸铁HT20020816815212896——返回圆柱蜗杆传动的承载能力计算蜗轮的齿形系数YFa2（）返回圆柱蜗杆传动的承载能力计算

蜗轮的基本许用弯曲应力[σF]′蜗轮材料铸造方法单侧工作[σ0F]′双侧工作[σ-1F]′铸锡青铜ZCuSn10P1砂型铸造4029金属型铸造5640铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5砂型铸造2622金属型铸造3226铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3砂型铸造8057金属型铸造9064灰铸铁HT150砂型铸造4028HT200砂型铸造4834返回蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗轮齿圈材料锡青铜

无锡青铜灰铸铁蜗杆齿面硬度45HRC其他

≥45HRC

≥45HRC其他滑动速度vsfvφvfvφvfvφvfvφvfvφv0.010.1106°17′0.1206°51′0.18010°12′0.18010°12′0.19010°45′0.050.0905°09′0.1005°43′0.1407°58′0.1407°58′0.1609°05′0.100.0804°34′0.0905°09′0.1307°24′0.1307°24′0.1407°58′0.250.0653°43′0.0754°17′0.1005°43′0.1005°43′0.1206°51′0.500.0553°09′0.0653°43′0.0905°09′0.0905°09′0.1005°43′1.00.0452°35′0.0553°09′0.0704°00′0.0704°00′0.0905°09′1.50.0402°35′0.0502°52′0.0653°43′0.0653°43′0.0804°34′2.00.0352°00′0.0452°35′0.0553°09′0.0553°09′0.0704°00′2.50.0301°43′0.0402°17′0.0502°52′

3.00.0281°36′0.0352°00′0.0452°35′

40.0241°22′0.0311°47′0.0402°17′

50.0221°16′0.0291°40′0.0352°00′

80.0181°02′0.0261°29′0.0301°43′

100.0160°55′0.0241°22′

150.0140°48′0.0201°09′

240.0130°45′

返回普通圆柱蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角φv蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的润滑油黏度荐用值及给油方法蜗杆传动的滑动速度vs/(m/s)0~10~2.50~5>5~10>10~15>15~25>25载荷类型重重中（不限）（不限）（不限）（不限）运动粘度v40/（mm2/s）90050035022015010080给油方法油池润滑喷油润滑或油池润滑喷油润滑时的喷油压力/MPa0.723返回圆弧圆柱蜗杆传动简介圆弧圆柱蜗杆的齿形参数及几何尺寸计算名称符号计算公式齿形角α0蜗杆齿厚s蜗杆齿槽宽e蜗杆轴向齿距Pa齿廓圆弧半径ρ齿廓圆弧中心到蜗杆轴线的距离l′齿廓圆弧中心到蜗杆齿对称线的距离L′齿顶高ha齿根高hf全齿高h顶隙c蜗杆齿顶厚度sa蜗杆齿根厚度sf蜗杆分度圆柱导程角γ法面模数mn蜗杆法面齿厚sn齿廓圆弧半径最小界限值ρmin返回§11-2滑动轴承的结构与材料§11-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算§11-1滑动轴承的类型特点和应用第十一章滑动轴承§11-4流体动力润滑原理§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§11-6其他形式滑动轴承简介§11-1滑动轴承类型特点和应用一、滑动轴承的类型根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。滚动轴承具有摩擦系数小，起动阻力小,已标准化，系列化等优点，且选用、润滑、维护都很方便，在一般机器中广泛应用。但是，在某此特殊的场合，滑动轴承有其独特的优势，使得它也得到了广泛应用。1、按承受载荷的方向分按承受载荷的方向分为径向滑动轴承和推力滑动轴承。径向滑动轴承主要承受垂直于轴线方向的径向载荷F。推力滑动轴承主要承受沿轴线方向的轴向载荷Fa。径向滑动轴承推力滑动轴承§11-1滑动轴承类型特点和应用2、按其表面间润滑状态分按其表面间润滑状态分为流体润滑滑动轴承和非流体润滑滑动轴承。流体润滑滑动轴承按承载机理可分为流体动力润滑滑动轴承（流体动载滑动轴承）和流体静润滑滑动轴承（流体静载滑动轴承）。二、滑动轴承的性能特点面接触，承载能力高，轴承工作面上的油膜有良好的耐冲击性、吸振性、消除噪声的作用；处于液体摩擦状态下的滑动轴承，其摩擦系数非常小，寿命长；中间元件少，可以达到很高的回转精度；结构简单，径向尺寸小，可以制成剖分式结构以便于拆装；对大型轴承，其制造成本低于滚动轴承；维护复杂，对润滑条件要求高；不完全液体润滑轴承，摩擦磨损较大。§11-1滑动轴承类型特点和应用三、滑动轴承的应用场合四、滑动轴承的设计内容要正确地设计滑动轴承，必须合理地解决以下问题：轴承的形式和结构设计；轴瓦的结构和材料选择；轴承结构参数的确定；润滑剂的选择和供应；轴承的工作能力及热平衡计算。1.高速、高精度。如汽轮发电机、精密磨床等的主轴轴承。2.承受特重型的载荷。如水轮发电机、汽轮机，以及低速巨型设备，如天文望远镜等的轴承。3.承受巨大的冲击与振动载荷。如轧钢机、破碎机、锻压设备、铁路机车及车辆等轴承。4.特殊结构。如内燃机曲轴轴承必须制成剖分式的；组合钻床径向尺寸受限制时。5.特殊条件（水、腐蚀介质）。如军舰推进器的轴承。6.低速、低精度。如农业机械、建筑机械等，这些轴承用灰铸铁或耐磨铸铁制造滑动轴承的轴套或轴瓦。§11-2滑动轴承结构与材料一、滑动轴承结构形式1、整体式径向滑动轴承滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑和密封装置组成。径向滑动轴承结构形式分为整体式和对开式轴承等。整体式径向滑动轴承由轴承座和由减摩材料制成的整体轴套组成。轴承座上设有安装润滑油杯的螺纹孔。在轴套上开有油孔，并在轴套的内表面上开有油槽。整体式滑动轴承结构简单，成本低廉。但轴套磨损后，轴承间隙过大时无法调整。多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中。§11-2滑动轴承结构与材料对开式径向滑动轴承由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦和双头螺柱等组成。轴承盖和轴承座的剖分面常做成阶梯形，以便对中和防止横向错动。轴承盖上部开有螺纹孔，用以安装油杯或油管。剖分式轴瓦由上、下两半组成，通常是下轴瓦承受载荷，上轴瓦不承受载荷。对开式径向滑动轴承装拆方便，并且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙(调整后应修刮轴瓦内孔)3、止推滑动轴承止推滑动轴承用来承受轴向载荷，通常由轴承座和止推轴颈组成。常用的结构形式有空心式、单环式和多环式。止推滑动轴承形式及尺寸→2、对开式径向滑动轴承§11-2滑动轴承结构与材料二、轴瓦结构1、轴瓦的形式和构造轴瓦是滑动轴承中的重要零件。有时为了节省贵重合金材料或者由于结构上的需要，常在轴瓦的内表面上浇铸或轧制一层轴承合金，称为轴承衬。轴瓦应具有一定的强度和刚度，在轴承中定位可靠，便于输入润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便。轴瓦按结构形式可分为整体式和对开式两种结构。整体式轴瓦按材料及制法不同，分为整体轴套和卷制轴套。非金属整体式轴瓦既可以是整体非金属轴套，也可以是在钢套上镶衬非金属材料。整体轴套卷制轴套对开式轴瓦结构§11-2滑动轴承结构与材料对开式轴瓦有厚壁轴瓦和薄壁轴瓦之分。厚壁轴瓦用铸造方法制造，内表面可附有轴承衬。轴瓦内表面上常制出各种形式的榫头、凹沟或螺纹，以保证轴承合金与轴瓦贴附牢固。薄壁轴瓦由于能用双金属板连续轧制等新工艺进行大量生产，故质量稳定，成本低，但轴瓦刚性小，轴瓦和轴承座均需精密加工。轴瓦按材料可分为单材料和多材料轴瓦。单材料轴瓦是用强度足够的材料直接做成。若轴瓦强度不足，可采用多材料制作轴瓦。§11-2滑动轴承结构与材料2、轴瓦的定位3、油孔及油槽轴瓦和轴承座之间不允许有相对移动，即要求轴瓦在轴承座内进行轴向和周向固定。为了防止轴瓦沿轴向和周向移动，可将其两端做出凸缘来做轴向定位，也可用紧定螺钉或销钉将其固定在轴承座上，或在轴瓦剖分面上冲出定位唇（凸耳）以供定位用。为了把润滑油导入整个摩擦面间，轴瓦或轴颈上需开设油孔或油槽。油孔用来供油，油槽用来输送和分布润滑油。对于液体动压径向轴承，有轴向油槽和周向油槽两种形式可供选择。轴向油槽分为单轴向油槽及双轴向油槽。§11-2滑动轴承结构与材料开设油槽和油孔时应注意：对于不完全液体润滑径向轴承，常用油槽形状见图，设计时，可以将油槽从非承载区延伸到承载区。油沟不应该开在油膜承载区内，否则会降低油膜的承载能力。周向油槽适用于载荷方向变动范围超过180º的场合。对开式径向轴承，常把轴向油槽开在轴承剖分面处，如果轴颈双向旋转，可在轴承剖分面上开设双轴向油槽。整体式径向轴承轴颈单向旋转时，单轴向油槽最好开在最大油膜厚度位置。§11-2滑动轴承结构与材料三、滑动轴承的失效形式1、磨粒磨损。进入轴承间隙的硬颗粒将对轴颈和轴承表面起研磨作用。2、刮伤。进入轴承间隙中的硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承上划出线状伤痕，导致轴承因刮伤而失效。3、咬粘(胶合)。当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，或在润滑油供应不足条件下，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏。5、腐蚀。润滑剂在使用中会不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀性，易受腐蚀从而在轴承表面形成点状的脱落。4、疲劳剥落。在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，轴承衬材料发生疲劳剥落。以上列举了常见的几种失效形式，由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。§11-2滑动轴承结构与材料四、轴承材料1、轴承材料应具备的性能轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。针对上述失效形式，轴承材料性能应着重满足以下主要要求。（1）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性。（2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。（3）足够的强度和抗腐蚀能力（4）良好的导热性、工艺性、经济性等2、常用材料（1）轴承合金常用的轴承材料可分为金属材料、多孔质金属材料、非金属材料。轴承合金也称巴氏合金或白合金，它是锡、铅、锑、铜的合金，它以锡或铅作为软基体，其内含有锑锡（Sb-Sn）或铜锡（Cu-Sn）的硬晶粒。轴承合金的强度很低，不能单独制作轴瓦，只能贴附在青铜、钢或铸铁轴瓦上作轴承衬。§11-2滑动轴承结构与材料铜合金是铜与锡、铅、锌或铝的合金。铜合金具有较高的强度，较好的减摩性和耐磨性。由于青铜的减摩性和耐磨性比黄铜好，故青铜是最常用的材料。黄铜类材料的减摩性能低于青铜，但黄铜具有良好的铸造及加工工艺性，并且价格低廉，可用于低速中载轴承的材料。（2）铜合金（3）铝基轴承合金铝基轴承合金有相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度，摩擦性能亦较好。铝基轴承合金可以制成单金属零件(如轴套、轴承等)，也可制成双金属零件，双金属轴瓦以铝基轴承合金为轴承衬，以钢做衬背。普通灰铸铁、耐磨灰铸铁和球墨铸铁，都可以用做轴承材料。这类材料价格低廉，铸铁中的石墨可以在轴瓦工作表面形成一层起润滑作用的石墨层，故具有一定的减摩性和耐磨性。由于铸铁性脆、磨合性差，故只适用于轻载低速和不受冲击载荷的场合。（4）灰铸铁及耐磨铸铁§11-2滑动轴承结构与材料（5）铝基轴承合金多孔质金属材料是由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的轴承材料。这种材料是多孔结构的。它具有自润滑性。但由于其韧性较小，故宜用于平稳无冲击载荷及中低速度情况。常用的有多孔铁和多孔质青铜。用于轴承的非金属材料主要有各种塑料（聚合物材料）、橡胶、碳-石墨等，其中塑料（聚合物材料）用得最多。聚合物的特性是：抗腐蚀能力特别强，在许多场合能胜任金属轴承无法承担的工作。碳-石墨轴承具有自润性、耐腐蚀性和高温稳定性，常用于恶劣环境下工作的轴承。橡胶轴承材料比较柔软，具有良好的弹性，能有效地隔振和降低噪音。橡胶轴承主要用于以水作润滑剂且环境较脏污之处。橡胶轴承内壁上带有纵向沟槽，以利润滑剂的流通，加强冷却效果并冲走污物。（6）非金属材料常用金属轴承材料性能→§11-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算一、径向滑动轴承的计算此类轴承设计时，常采用简化的条件性计算来确定轴承的尺寸。1、验算轴承的平均压力p（单位为MPa）已知条件：轴承所受径向载荷F（单位为N）、轴颈转速n（单位为r/min）及轴颈直径d（单位为mm）。限制轴承的平均压力主要是为了防止润滑油因压力过大被挤出摩擦表面而出现过度磨损。B为轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）；[p]为轴瓦材料的许用压力，MPa。2、验算轴承的pv（单位为MPa·m/s）值轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗fpv成正比，限制pv值就是限制轴承的温升，进而防止因边界油膜破裂而出现的胶合破坏。v为轴颈圆周速度，即滑动速度，m/s；[pv]为轴承材料的pv许用值，MPa·m/s。§11-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算3、验算滑动速度v（单位为m/s）对于p和pv的验算均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会加速磨损而使轴承报废，故要求式中，[v]为许用滑动速度，m/s。若p、pv和v的验算结果超出许用范围，可采用加大轴颈直径和轴承宽度，或选用较好的轴承材料的措施，以满足工作要求。滑动轴承所选用的材料及尺寸经验算合格后，应选取恰当的配合，一般可选或、。二、推止滑动轴承的计算已知条件：轴承所受轴向载荷Fn（单位为N）、轴颈转速n（单位为r/min）、轴环直径d2和轴承孔直径d1（单位为mm）、以及轴环数目。径向滑动轴承的[p]、[pv]、[v]值→§11-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算1、验算轴承的平均压力p（单位为MPa）式中：d1为轴承孔直径，mm；d2为为轴环直径，mm；Fn为轴向载荷，N；z为环的数目；[p]为许用压力，MPa。2、验算轴承的pv（单位为MPa·m/s）值因轴承的环形支承面平均直径处的圆周速度v（单位为m/s）为故应满足式中：n为轴颈的转速，r/min；[pv]为pv的许用值，MPa·m/s。止推滑动轴承的[p]、[pv]值→§11-4液体动力润滑原理一、流体动力润滑的基本方程流体动力润滑轴承的润滑剂将轴与轴瓦隔离。流体动力润滑轴承的设计需要满足一定的几何与物理条件，而且轴承的性能也随物理条件的变化而变化。本节简要介绍流体动力润滑轴承的理论基础。流体动力润滑理论的基本方程是流体膜压力分布的微分方程。它是从粘性流体动力学的基本方程出发作了些假设得到的，这些假设条件是：◆流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；◆忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；◆略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；◆流体不可压缩；◆流体中的压力在各流体层之间保持为常数。◆流体为牛顿流体，即。§11-4液体动力润滑原理液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程：流体动力润滑的必要条件是：◆相对运动的两表面间构成楔形空间。◆楔形空间中充满具有粘性的液体。◆两板相对运动的结果，应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端流向楔形空间的小端。

二、油膜承载机理§11-4液体动力润滑原理三、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程◆轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙Δ是公差形成的。◆轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向，合力为零。◆轴颈最终的平衡位置可用φa和偏心距e来表示。◆轴承工作能力取决于hmin，它与η、ω、Δ和F等有关，应保证hmin≥[h]。§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一、径向滑动轴承的主要几何关系最小油膜厚度：hmin=δ－e＝

rψ(1-χ)

χ—偏心率，χ＝e/δΔ为直径间隙，Δ＝D－dδ为半径间隙，δ＝R－r＝Δ/2r和d分别为轴颈的半径和直径。R和D分别为轴承的半径和直径。e—为偏心距ψ—相对间隙，ψ

＝

δ/r＝Δ/d

其中：§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布，Cp——承载量系数，与轴承包角α，宽径比B/d和偏心率χ有关。F——外载荷，N；η——油在平均温度下的粘度，N·s/m2。B——轴承宽度，m；v——圆周速度，m/s。分析思路：1)根据已知条件计算求得Cp。

2)根据Cp由承载量系数表查取偏心率χ。

3)

计算最小油膜厚度hmin=rψ(1-χ)。积分一维雷诺方程或可得：二、径向滑动轴承工作能计算简介1、轴承的承载量计算和承载量系数§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算动力润滑轴承的设计应保证：hmin≥[h]其中：[h]=4S(Ra1+Ra2)S——安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S≥2。对于一般轴承可取为0.8μm和1.6μm，0.4μm和0.8μm。对于重要轴承可取为0.2μm和0.4μm，或0.05μm和0.1μm。Ra1、Ra2——分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。2、最小油膜厚度hmin的确定§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算3、轴承的热平衡计算

轴承运转中达到热平衡状态的条件是：单位时间内轴承由于摩擦所产生的热量Q等于同时间内流动的油所带走的热量Q1与轴承散发的热量Q2之和，即其中：轴承摩擦产生的热量流动的油带走的热量轴承散发的热量达到热平衡时润滑油的温升Δt（单位为℃）为为润滑油流量系数，是一个无量纲数，可根据轴承的宽径比B/d及偏心率χ由润滑油流量系数线图查出§11-5液体动力润滑径向滑动轴承设计计算三、参数选择2、相对间隙ψ1、宽径比B/d3、黏度η轴承的宽径比B/d对承载能力和温升有直接影响。一般轴承的宽径比B/d在0.3～1.5范围内。宽径比小，有利于提高运转稳定性，增大端泄量以降低温升。但轴承宽度减小，轴承承载能力也随之降低。轴承的相对间隙ψ对轴承的承载能力、温升及回转精度等有重要影响。相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度愈高，ψ值应愈大；载荷愈大，ψ值应愈小。此外，直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，ψ值取小值，反之取大值。润滑油黏度η是轴承设计中的一个重要参数，它对轴承的承载能力、功耗和轴承温升都有不可忽视的影响。平均温度的计算是否准确，将直接影响到润滑油黏度的大小。平均温度过低，则油的黏度较大，算出的承载能力偏高；反之，则承载能力偏低。§11-6其他形式滑动轴承简介一、自润滑轴承二、液体静压轴承自润滑轴承是在不加润滑剂的状态下运转的。为了减小磨损，轴颈材料也最好用不锈钢或碳钢镀硬铬，轴颈表面硬度应大于轴瓦表面硬度。自润滑轴承的使用寿命决定于其磨损率，而磨损率随载荷和速度的增加而加大。温升是限制轴承承载能力的重要因素之一。故应将其pv值控制在允许的范围内。原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜，以隔开摩擦表面。优点：◆轴颈和轴承处于完全液体摩擦状态，摩擦系数很小，效率高。

◆轴颈与轴承不直接接触，轴承不会磨损，寿命长。

◆

油膜不受速度的限制，能在极低或极高的转速下正常工作。

◆

对轴承材料要求不高，可以采用较大的间隙和较大的粗糙度值。

◆

油膜刚性大，具有良好的吸振性，运转平稳，旋转精度高。缺点：◆

必须有一套复杂的供给压力油的系统，设备费用高。滑动轴承结构与材料止推滑动轴承形式及尺寸空心式单环式多环式d2由轴的结构设计拟定d1=(0.4～0.6)d2若结构上无限制，应取d1=0.5d2d1、d2由轴的结构设计拟定d由轴的结构设计拟定d2=(1.2～1.6)dd1=1.1dh=(0.12～0.15)dh0=(2～3)h

空心式轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式有所改善。

单环式是利用轴颈的环形端面止推，而且可以利用纵向油槽输入润滑油，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。

多环式止推轴承不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。返回滑动轴承结构与材料常用金属轴承材料性能材料名称

材料牌号最大许用值最高工作温度/℃轴颈硬度/HBW性能比较

备注[p]/(MPa)[v]/(m/s)[pv]/(MPa﹒m/s)抗咬粘性顺应性、嵌入性耐蚀性疲劳强度锡基轴承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4平稳载荷1501501115用于高速、重载下工作的重要轴承，变载荷下易于疲劳，价格高258020冲击载荷206015铅基轴承合金ZPbSb16Sn16Cu21512101501501135用于中速、中等载荷的轴承，不宜受显著冲击。可作为锡锑轴承合金的代用品ZPbSb15Sn10201515锡青铜ZCuSn10P1151015280300～4003511用于中速、重载及受变载荷的轴承ZCuSn5Pb5Zn58315用于中速、中载的轴承铅青铜ZCuPb302512302803003442用于高速、重载轴承，能承受变载和冲击铝青铜ZCuAl10Fe3154122803005552最宜用于润滑充分的低速重载轴承耐磨铸铁HT3000.1～60.75～30.3～4.5150<1504511宜用于低速、轻载的不重要轴承，价廉灰铸铁HT150～HT2500.1～40.5～2———4511返回1返回2不完全液体润滑滑动轴承设计计算止推滑动轴承的[p]、[pv]值轴（轴环端面、凸缘）轴承[p]/MPa[pv]/(MPa﹒m/s)未淬火钢铸铁青铜轴承合金2.0~2.54.0~5.05.0~6.01~2.5淬火钢青铜轴承合金淬火钢7.5~8.08.0~9.012~151~2.5返回液体动力润滑径向滑动轴承设计计算润滑油流量系数线图返回第12章滚动轴承§12-1

概述§12-2

滚动轴承的主要类型、代号及选择§12-3

滚动轴承工作情况分析及失效形式§12-4

滚动轴承的寿命计算§12-5

滚动轴承的静强度计算§12-6

滚动轴承的组合设计概述滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，其主要功能是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。§12-1概述滚动轴承的优点：旋转精度高、启动力矩小、轴向尺寸小、是标准件，选用方便，可以同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，只需要少量的润滑剂便能正常运行。滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等滚动轴承的缺点：噪音大、轴承座的结构比较复杂、成本较高、即使轴承润滑良好，安装正确，防尘防潮严密，运转正常，它们最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。类型和代号1§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择一、滚动轴承的分类夹角α叫作轴承的接触角；夹角β叫作载荷角。◆按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承；◆按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承；

向心轴承又可分为：径向接触轴承和角接触向心轴承；径向接触轴承推力轴承角接触向心轴承◆按轴承的结构形式不同分类：类型和代号2在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列６类:深沟球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择常用滚动轴承的主要性能和特点类型和代号3二、滚动轴承的代号方法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

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材

料

代

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号其

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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

号滚动轴承代号构成：代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272-2017规定。前置代号——表示轴承的分部件。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。

§12-2滚动轴承的主要类型、代号级选择类型和代号4◆内径代号：◆尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。外径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。

§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择轴承公称内径范围/mm内径代号示

例10～171000深沟球轴承6202d=15mm12011502170320～480公称内径除以5的商数，商数为个位时须在商数左边加“0”，如07圆柱滚子轴承N307d=35mm角接触球轴承7312Cd=60mm类型和代号4◆类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。◆公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。依次由高级到低级，以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级（普通级）不标注。◆游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。径向游隙依次由小到大。0组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出，其余的游隙组别在轴承代号中分别用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择6L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型深沟球轴承类型和代号5三、轴承代号示例6407：6─深沟球轴承，4─系重列，07─内径d=35mm，公差等级为0级，游隙组为0组；N206/P5：N─圆柱滚子轴承，2─轻系列，06─内径d=30mm，公差等级为5级，游隙组为0组；7310AC/P5：7—角接触球轴承，3─中系重列，10─内径d=50mm，接触角25°,公差等级为5级，游隙组为0组。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；6203：6─深沟球轴承，2─轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；

§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择类型选择1选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径滚动轴承是标准零件，在机械设计过程中，应根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。四、滚动轴承选择的一般过程如下：对没有严格要求的轴承可不进行承载能力验算END进行承系能力验算合格不合格对有较严格要求的轴承

§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择类型选择2五、滚动轴承类型选择应考虑的问题1．承受载荷情况2．尺寸的限制3．转速的限制4．调心性要求方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。当对轴承的径向尺寸有较的严格限制时，可选用滚针轴承。球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。

§12-2滚动轴承的主要类型、代号及选择工作情况112.3滚动轴承工作情况分析及失效形式滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜（如右图所示）。接触载荷在处于Fr作用线上的接触点处最大，向两边逐渐减小。。工作时，轴承各个元件上载荷及产生的应力是时时变化的，而固定套圈受载最大处的工作状态最为恶劣。一、轴承内部载荷分布二、轴承元件上的载荷及应力分析滚动体和转动套圈上的载荷及应力固定套圈上的载荷及应力工作情况112.3滚动轴承工作情况分析及失效形式三、轴向载荷对载荷分布的影响

以圆锥滚子轴承为例，用FNi代表某一个滚动体反力的径向分力，则相应的轴向分力Fdi应等于FNitan

α（如图a所示）。所有径向分力FNi的向量和与轴承所受的径向载荷Fr相平衡（如图b所示）；所有的轴向分力Fdi之和组成轴承的派生轴向力Fd，它迫使轴颈(连同轴承内圈和滚动体)有向右移动的趋势，这应由轴承所受到的外部轴向力Fa来与之平衡。a)圆锥滚子轴承受力分解

b)圆锥滚子轴承径向力平衡分析工作情况112.3滚动轴承工作情况分析及失效形式当只有最下面一个滚动体受载时，当受载的滚动体数目增多时，在同样的径向载荷Fr作用下，每个受载的滚动体均产生各自的轴向分力Fdi，轴承的派生轴向力Fd必将增大，即多个滚动体同时受载时，平衡派生轴向力Fd所需施加的轴向力Fa为角接触球轴承及圆锥滚子轴承总是在径向力Fr和轴向力Fa的联合作用下工作。为了使较多的滚动体同时受载应使Fa比Frtanα大一些。

根据研究Fa≈1.25Frtanα时会有约半数的滚动体同时受载；半圈滚动体受载时，Fd计算如下：圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C(a=15º)70000AC(a=25º)70000B(a=40º)Fd=Fr／(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr滚动轴承尺寸的选择2四、滚动轴承的失效形式套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。点蚀胶合断裂滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：磨损

内圈滚道点蚀内圈滚道深度点蚀外圈滚道点蚀滚动体点蚀12.3滚动轴承工作情况分析及失效形式滚动轴承尺寸的选择2

五、滚动轴承的计算准则（1）对一般转速（n＞10r/min）的轴承，疲劳点蚀是其主要的失效形式，对该类轴承应进行轴承寿命校核计算；（2）对缓慢摆动或转速极低（n≤10r/min）的轴承，轴承的承载能力取决于所允许的塑性变形，对该类轴承应进行静强度计算；（3）对于工作转速过高的轴承，为防止因发热而引起胶合，除了应进行寿命计算外还应进行极限转速校核计算，以控制轴承转速。除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如：

转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。12.3滚动轴承工作情况分析及失效形式滚动轴承尺寸的选择112.4滚动轴承寿命计算

轴承的寿命是指在变化的接触应力作用下，单个轴承中一个套圈或滚动体首次出现疲劳扩展之前，一个套圈相对于另一套圈的转数（或一定转速下的工作小时数）。滚动轴承的寿命主要是指轴承的疲劳寿命，由于疲劳寿命与概率密切相关率，因此轴承的寿命必然与可靠性问题相关。

一、滚动轴承的寿命和基本额定寿命基本额定寿命是指一组相同的轴承，在相同条件下运转，可靠度为90%时的疲劳寿命。即按一组轴承中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106转为单位)或一定转速下的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Lh表示。与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。轴承的寿命/（106r）滚动轴承尺寸的选择3二、滚动轴承的寿命计算

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，用字母C表示。

基本额定寿命计算式

12.4滚动轴承寿命计算对于在较高温度下工作的轴承（例如工作温度高于120°），基本额定动载荷C需乘以温度系数ft，此时轴承寿命公式变为滚动轴承尺寸的选择4三、滚动轴承的当量动载荷在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。各类轴承的当量动载荷可按下式计算：式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数(查表）为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数fp。载荷性质载荷系数fp举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.2～1.8机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等强大冲击1.8～3.0碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等

12.4滚动轴承寿命计算滚动轴承尺寸的选择5四、向心推力轴承的轴向力计算当Fae＋Fd2＞Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fae＋Fd2

轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2当Fae＋Fd2＜Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”，轴承1的轴向力为Fa1＝Fd1

轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2－Fae

把派生轴向力的方向与外部轴向力Fae的方向一致的轴承编号为2，另一端轴承编号为1。取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，对其进行受力分析，如达到轴向力平衡时，应满足

Fae＋Fd2=Fd112.4滚动轴承寿命计算滚动轴承尺寸的选择6向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为：由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承；

确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力；

被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。

12.4滚动轴承寿命计算滚动轴承尺寸的选择9五、滚动轴承的可靠度在一般的工程问题中，均以轴承的基本额定动载荷和基本额定寿命来衡量轴承的承载能力，这时对应的可靠度均为90%。但是，对于航空航天产品、国防装备等，对于轴承的可靠度有更高的要求。这时滚动轴承寿命的计算须引入可靠性系数a1，即修正寿命为：可靠度／%909596979899LnL10L5L4L3L2L1a11.00.620.530.440.30.21可靠度不为90%时的额定寿命修正系数a1(GB/T6391-1995)a1也可按下式计算确定：式中R为要求达到的可靠度。

12.4滚动轴承寿命计算滚动轴承尺寸的选择8七、滚动轴承尺寸选择的过程由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa计算当量动载荷P=fP(XFr+YFa)明确轴承的工作转速n与预计寿命L10计算轴承应满足的基本额定动载荷由轴承样本（手册）查取合适的轴承

12.4滚动轴承寿命计算滚动轴承尺寸的选择7对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过的载荷界限—基本额定静载荷，用C0表示。轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0即：

P0=X0Fr+Y0Fa式中：X0、Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，可由轴承手册查取。按轴承静承载能力选择轴承的公式为：式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取。

12.5滚动轴承静强度计算轴承装置的设计1

轴承的装置设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。一、滚动轴承的配置

轴系通常情况下采用两支点支承的结构形式，在每个支点处安装一个（或多个）轴承。以角接触球轴承为例给出的角接触向心轴承的配置方式如图所示。

12.6滚动轴承的组合设计悬臂端受载载荷作用在两支点之间轴承装置的设计1二、轴系固定的基本型式

12.6滚动轴承的组合设计常用的轴系固定基本型式有以下三种：1.两端单向固定支承用两个反向安装的角接触球轴承或圆锥滚子轴承配置在轴系的两端，两个轴承各限制轴在一个方向的轴向移动。安装时，通过调整轴承内圈的轴向位置，可使轴承达到理想的游隙或所要求的预紧程度。锥齿轮轴两端单向固定轴承装置的设计1二、轴系固定的基本型式

12.6滚动轴承的组合设计1.两端单向固定支承深沟球轴承也可用于两端单向固定的支承，如图12-