第13章滑动轴承设计

1、,第十三章 滑动轴承设计,第十三章 滑动轴承,13-1 滑动轴承的类型,1、按工作表面摩擦状态分,（1）液体摩擦滑动轴承 工作时，轴颈和轴承工作表面被一层润滑油膜隔开。由于 两零件工作表面没有直接接触，轴承的阻力只是润滑油分 子间的内摩擦力，所以摩擦系数小（0.0010.008）， 寿命长，效率高，但是制造精度要求也高，并需在一定条 件下才能实现液体摩擦。,（2）非液体摩擦滑动轴承 工作时，轴颈和轴承工作表面间虽有润滑油存在，但从微 观上看，工作表面局部凸起部分仍发生金属的直接接触， 因此，工作条件要求不高，故在机械中应用仍然较广泛。,滑动轴承实例,液体摩擦实例一： 1976年，广洲渔轮厂拆修

2、渔轮上的柴油机，发现主 轴上的轴承(巴氏合金) 在加工时刮刀留下的刀痕还仍然存在。该柴油机已使用了l0多年，未更换过主轴承，这说明轴承已形成液体摩擦，否则会磨损，就看不到刀痕了。,液体摩擦实例二： 原“东方红”轮现为“江峡轮”的齿轮减速器，在1975 年检查时，发现齿面上在滚齿时滚刀留下的刀痕还存在。该减速器已使用了几十年，采用喷油润滑，这说明齿轮间也形成了液体摩擦，大大降低了磨损。,液体摩擦实例三： 电风扇上叶片轮轴与机架采用的是滑动轴承，质量好时无噪声。用滚动轴承时噪声和发热都较严重。,2、按承受的载荷方向分 （1）径向滑动轴承主要承受径向载荷FR （2）止推滑动轴承主要承受轴向载荷FA,

3、滑动轴承的类型,13-2 滑动轴承的结构型式,一、径向滑动轴承,1、整体式 该结构由轴承座和轴套（套筒式轴瓦）组成。轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有装油杯的螺纹孔。轴套上开有油孔，并在内表面开油沟以输送润滑油。这种轴承结构简单，但当工作表面磨损后，间隙无法调整，轴颈只能从端部装入。多用于低速、轻载和间歇工作场合，如绞车、手动起重机等。,滑动轴承的结构型式,2、剖分式 该结构由轴承盖、轴承座、剖分瓦和双头螺柱组成。轴承盖和轴承座剖分面常做成阶梯形，以便定位和防止工作时错动。安装时上下瓦分面间放有垫片，当轴瓦工作面磨损后，可抽去一些垫片，以此来调整轴承的间隙。这种结构可调整间隙，且轴承盖可打开安装

4、轴，便于装拆维修，但结构复杂，价格较贵。,3、自位式（自动调心式） 当轴颈较长（宽径比B/d1.51.75），轴的刚度小，或由于两轴承不是安装在同一刚性机架上，同心度较难保证时，都会造成轴瓦端部的局部接触，使轴瓦局部磨损严重，此时可采用自位式滑动轴承。这种轴承将轴瓦外表面做成凸形，与轴承盖2及轴承座3上的凹形球面相配合。因此，轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心，从而保证轴颈与轴瓦的均匀接触。,二、止推滑动轴承 由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦组成。为了便于对中， 止推轴瓦底部制成球面形状，并用销钉来防止它随轴颈转动。 润滑油从底部进入，上部流出。这种轴承主要承受轴向载荷， 借助于径向轴瓦也可承

5、受部分径向载荷。,滑动轴承的结构型式,13-2 滑动轴承的材料,主要是轴瓦的材料 一、材料要求 低摩擦系数、耐腐蚀性、抗胶合性、抗压抗疲劳强度、导热性、工艺性,二、材料 1）青铜 2）轴承合金 3）其它材料 灰铸铁、粉末冶金,13-4 非液体摩擦滑动轴承,一、主要失效形式 1、磨损2、胶合 非液体磨擦滑动轴承的工作表面，在工作时有局部的金属接触，会产生不同程度的摩擦和磨损，使配合间隙增大，当间隙超过某一允许值时，机器正常运行受到破坏，噪声增大，旋转精度变低。 当轴承在高速、重载且润滑不良时工作，摩擦加剧，发热过多，可能会发生胶合失效。严重时，甚至轴承与轴颈焊死。,非液体摩擦滑动轴承,二、设计计

6、算,条件性计算。一般已知：轴颈直径d(mm)、转速 n(r/min)、和轴承承受的径向载荷FR（N）,设计步骤： （1）根据轴承的工作条件和使用要求，确定轴承及相应的轴瓦的结构型式，并选定轴瓦材料。,（2）确定轴承的宽度B。一般由宽径比B/d及d值确定。 B/d 承载 但油不易从两端流出，散热性差。 一般取 B/d=0.51.5。,（3）验算轴承的工作能力,1）磨损校核压强p 限制压强p是为了保证摩擦表面之间保留一定的润滑剂，（p大，润滑剂易被挤出），避免轴承过度磨损而缩短寿命。,1.径向滑动轴承,4）选择轴承的配合 参考手册 转速高，越大。载荷大， 越小。,非液体摩擦滑动轴承,2)胶合校核p

7、v值限制pv值是为了防止轴承过热而发生胶合，因pv值大，轴承单位面积上的摩擦功也大。,3)校核v值 对于比压小的轴承，即使p和pv值验算合格，如果滑动速度过高，也会发生加速磨损而使轴承报废。,p、pv和v值见表13-1,非液体摩擦滑动轴承,2.止推滑动轴承,止推滑动轴承的计算与径向滑动轴承的相同,1）磨损校核压强p,2) 胶合校核pvm值,三、实例分析（见P235）,p和pv 值见表13-3,13-5 滑动轴承的润滑,润滑的目的主要是降低摩擦和减少磨损，提高轴承的效率，同时还可起到冷却、吸振、防锈的作用。,一、润滑剂 润滑油 润滑剂 油滑脂 固体润滑剂 对难于经常加油，或者低速重载或摆动的轴承

8、宜用润滑脂。 选择润滑油时，对转速高、压力小、工作温度较低时，选粘度小的油，反之，选粘度大的油。,二、润滑装置（阅读）,固体润滑剂有石墨和二硫化钼，以粉剂加入润滑油或润滑脂中， 用于提高其润滑性能，减少摩擦损失，提高轴承使用寿命。,滴油润滑,油芯式润滑,油环润滑,润滑杯（润滑脂）,飞溅润滑,压力循环润滑,本章英语单词,滑动轴承 sliding bearing 整体式轴承 solid bearing 剖分式轴承 split bearing 轴瓦 bush 轴承衬 bearing liner 青铜 bronze 轴承合金（巴氏合金） bearing alloy (Babbitt metals) 润

9、滑装置 lubricating device 润滑方式 lubricating type 润滑油 lubricating oil 润滑脂 grease (grease lubricant),本章小结,内容归纳,本章小结,重点学习内容 1.会选用滑动轴承的结构和材料。 2.重点掌握非液体摩擦滑动轴承的设计计算。,第十四章 滚动轴承及装置设计,第十四章 滚动轴承,1、常用轴承类型选择 2、寿命计算方法 3、轴承组合设计方法 特点：摩擦阻力小、起动容易、效率高等优点,14-1 滚动轴承的结构、类型和代号,一、基本结构 组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,(各类滚动体),二、主要类型 国家标准有十二类

10、，以滚动体形状、受载性质为主命名,大轴向载荷承受能力大,滚动轴承的结构、类型和代号,滚动轴承的结构、类型和代号,1.双列角接触球轴承 0型 外圈厚度不一，接触角045承受径向力和较大轴向力 2.调心球轴承 1型 主要承受径向力，不大的轴向力，外圈内表面为球面，可调心,3.调心滚子轴承 2型 主要承受径向力，一定的双向轴向力，承载能力大，可调心 4.推力调心滚子轴承 2型 主要承受轴向力，不大的径向力，可调心,滚动轴承的结构、类型和代号,5.圆锥滚子轴承 3型 承受较大的联合载荷，安装、调整间隙方便，成对使用,7.推力球轴承 5型 只受轴向力，紧圈与轴紧配合，松圈与机架固定,6. 双列深沟球轴承

11、 4型 主要承受径向力,滚动轴承的结构、类型和代号,8.深沟球轴承 6型 最常见的一种，极限转速高，主要承受径向力，不大的轴向力,9.角接触球轴承 7型 = 15、25 40成对使用,10.推力圆柱滚子轴承 8型 只受轴向力，极限转速低，用于低速重载 11.圆柱滚子轴承 N型 只受径向力，承载能力大，允许角偏移很小 12.滚针轴承 NA型 径向尺寸小，无保持架，只受径向力,滚动轴承实例,轴承安装实例： 我校原港机系设计的5吨轮胎吊，在港机厂制造试车，由于青年工人将一对圆锥滚子轴承装成同向，造成几次试车都使轴承烧掉。他们认为轴承破坏是设计的问题，后来才发现是轴承安装不正确所致。,滚动轴承的结构、

12、类型和代号,1.基本代号,1) 类型代号 前述（右起4或5位）,2）内径代号 右起1-2位 d=代号数字5 ,适用范围20495mm , 但00，01，02，03例外，其他为 ：/内径,3）尺寸系列代号 右起3或3-4位 内径d相同，D和B不同的组合,2. 前、后置代号 轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求有改变时在基 本代号左右添加的补充代号。如公差 /P0（省略）， /P6等，分别表示0级和6级公差,前置代号,基本代号,后置代号,3 32 15 E ：圆锥滚子轴承 ，尺寸系列32 ， 为特宽轻系列 ， 轴承内径d = 75mm ，加强型 ，公差等级为0级,7 3 12 C ：角接触球轴承

13、，尺寸系列03 ， 为(窄)中系列 ， 轴承内径d = 60mm ，公称接触角=15o ，公差等级为0级 。,5 24 12 /P6 ：双向推力球轴承 ，尺寸系列24 ， 为正常高、 重系列， 轴承内径d = 60mm，公差等级为6级 。,例：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义,6 2 06 ：深沟球轴承，尺寸系列02 ， 为(窄)轻系列， 轴承内径d = 30mm，公差等级为0级,滚动轴承的结构、类型和代号,14-2 滚动轴承类型的选择（阅读）主要根据载荷性质、大小、转速高低、调心性能、空间位置的要求选择。,轴承选择实例一： 1975年我校教师在哈尔滨船

14、厂进行柴油机的组合机 床加工生产线设计中，箱体与缸头多头钻设计最头痛的是挑选轴承，由于钻杆之间位置紧张，不能采用一般轴承(3类、6类、7类)，而只能用NA类(滚针轴承)，位置问题解 决了，但有时又不能承受大的轴向力，这就要对整个箱体与传动进行全面规划。,轴承选择实例二： 湖北省先进小港兰溪港，工人自己制造土吊车，由于轴承两端同心度不高，选用的又不是调心轴承，造成轴承经常破坏，后在轴的中间又加了一轴承，结果还是破坏，不知什么原因，后经我校教师指点，将轴上轴承换成调心轴承，自然解决了问题。,滚动轴承实例,轴承选择实例三： 火车的车箱很宽而且受载很大，在二车轴上要两个轴承，由于载荷大，跨距大，因此就

15、采用调心滚子轴承(2类)。现在新设计的齿轮箱(中硬齿面或硬齿面)也采用2类 轴承，这样就可以使齿轮在相互啮合过程中，自动调整接触线的位置。,14-3 滚动轴承的主要失效形式和设计准则,一、主要失效形式,1、疲劳点蚀（一般转速）（轴承受变载荷） 2、塑性变形（低速、不回转、摆动） 3、磨损、胶合 各类失效形式,疲劳点蚀寿命计算 塑性变形静强度计算,二、设计准则,几个名词：,轴承寿命：出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下 所经历的工作小时数。 滚动轴承的寿命有很大的离散性，以可靠度衡量轴承寿命。,可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率，称 为轴承的可靠度。,14-4 滚动轴承的寿命

16、计算,额定寿命：是指一批相同的轴承，在相同的使用条件下运转，其中90%的轴承不发生疲劳点蚀前所转过的总转数，或在一定转速下运转的总小时数。,基本额定动负荷：轴承受某一载荷，基本额定寿命L=106转，可靠度为90%，此载荷称为基本额定动负荷，用C表示，C值可查手册。,一、滚动轴承寿命计算基本公式 轴承寿命与载荷有关，由负荷一寿命曲线（P-L曲线） 试验表明：,寿命指数，球轴承=3， 滚子轴承=10/3,例 6305，D=62，B=17，C=17.2KN； 6205，D=52，B=15，C=10.8KN,滚动轴承的寿命计算,当L=1（106转）基本额定动负荷C,滚动轴承实例,轴承寿命计算实例： 轴

17、承寿命计算公式： 。如自行车载人(载荷增加一倍)，则其上球轴承寿命仅为单人用的18(即一人用可用8年，而载人仅能用一年)。,滚动轴承的寿命计算,二、滚动轴承的当量动负荷,基本额定动负荷C是在受纯径向载荷或纯轴向载荷下得到的，实际情况下可能同时受径向载荷和轴向载荷，要与基本额定动负荷作比较，通过实验将实际工作载荷转化为当量动负荷P，在当量动负荷作用下，轴承的寿命与实际复合负荷下轴承的寿命相同。,引入系数 X径向动载荷系数 Y轴向动载荷系数 取法 fP动载荷系数,当量动负荷 P= fP(XFR+YFA) FR径向载荷 FA轴向载荷,X、Y的取值见表14-11,滚动轴承的寿命计算,三、角接触球轴承（

18、7类）圆锥滚子轴承（3类）轴向负荷FAi计算。,特点：在只承受径向负荷FR时，由于法向力方向与径向平面成一接触角，会产生内部轴向力FS，计算轴向负荷FAi时须将FS考虑进去。,1、内部轴向力FS的大小及方向,FS的大小：由弹性力学推导的公式计算，见表14-13。 FS的方向：总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向,2. 轴向负荷FAi的计算,这类轴承通常成对安装，有两种安装方式， 外圈窄边相对，正安装（重点） 外圈宽边相对，反安装,如果轴还受到外部轴向力FA ，则每个轴承所受的轴向力FA、FA应考虑FA及FS的影响，最后确定。,思路：轴的力平衡条件（轴、内圈、滚动体一起为分离体）,滚动轴承的寿命

19、计算,（1）FA+FS1 F S2时，轴有向右移动趋势，轴承“压紧”， “放松”。,由力平衡方程，有：,FA+FS1,= FS2+FS,= FA 压紧端；,FS1 = FA 放松端,（2）FA+FS1 FS2时，轴有向左移动趋势，,轴承 “压紧” ，“放松” FA+FS1 +FS ，= FS2 ；FA =FS2 放松端； FA =FS2 FA 压紧端,小结： （1）判断全部轴向力（包括FA、FS1、FS2）合力的指向， 确定“压紧端”和“放松端” （2）“放松”端轴承轴向力FAi等于其本身内部轴向力。 （3）“压紧”端轴承轴向力FAi等于除本身内部轴向力外其它所有 轴向力的代数和。,滚动轴承的

20、寿命计算,14-4 滚动轴承部件的组合设计,一、轴承的轴向固定,1. 两端单向固定 L350mm , t700,2. 一端双向固定，一端游动 L350mm,二、轴承组合的调整 1. 间隙的调整 用调整垫片或调整螺钉 2. 轴承的预紧 3.轴承组合位置的调整,三、轴承的配合与装拆 安装过程 1. 配合 内圈与轴基孔制 外圈与轴基轴制 2. 装拆 压力机 热油,四、滚动轴承的润滑与密封 1. 润滑 润滑脂 润滑油 2. 密封 接触式 非接触式 组合式,解：,其中=3 C查手册25800N n由题给500r/min,下面求P，P=fP(XFR+YFA) 轴承I： FR1=2000N FA1=FA=6

21、00N,查表： X=0.56Y=1.9fP =1.2 P1=2712N,轴承：FR2=1500NFA2=0 查表： X=1 Y=0fP =1.2 P2=1800N, P1P2 故仅计算轴承I,例14-2 求深沟球轴承的寿命。 FR1=2000N， FR2=1500N ，FA=600N,FA,解：,例14-3 FR1=1000N， FR2=2000N ， FA=800N 圆锥滚子轴承30207,其中=10/3 C查手册51500N，n由题意1440r/min,下面求当量动负荷P，P=fP(XFR+YFA) ，fP=1.5,1、由于是3类轴承先求FAi,FS1=FR1/2Y=1000/21.6=3

22、13N FS2=FR2/2Y=2000/21.6=625N,FS1+FA=313+800=1113 N FS1+ FA FS2,轴承I放松、轴承压紧 由力的平衡方程 FS1 + FA = FS2 + FS,FA1= FS1=313 N FA2= FS1+ FA =1113 N,2、求当量动载荷P 轴承I P1= fP(XFR1+YFA1) =1500N 轴承 P2= fP(XFR2+YFA2) =3871N P2P1 以轴承作为寿命计算依据,3、求Lh,实际寿命比预期寿命大，轴承合格。,例14-3,本章英语单词,滚动轴承 antifriction bearing 调心球轴承 self-alig

23、ning ball bearing 调心滚子轴承 self-aligning roller bearing 推力滚子轴承 trust roller bearing 圆锥滚子轴承 tapered roller bearing 推力球轴承 trust ball bearing 深沟球轴承 deep groove ball bearing 角接触球轴承 angular-contact ball bearing 圆柱滚子轴承 roller bearing 滚针轴承 needle bearing,本章小结,内容归纳,本章小结,重点学习内容 1.会选择轴承类型，能进行轴承的寿命计算和静载荷 计算。 2.重

24、点掌握滚动轴承组合设计方法，并能正确进行设 计。,习题1： 在斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴中安装有一对 70000AC角接触球轴承。已知FR1=3500N，FR2=1800N。 斜齿圆柱齿轮的轴向力Fa=1000N，试分别按图中两种装 配方案，计算两轴承的轴向载荷。,答：FA1=FS1=2450N（放松端） FA2=FS1-Fa=1450N（压紧端）,答：FA1=FS1=2450N（放松端） FA2=FS1+Fa=3450N（压紧端）,习题2： 蜗轮轴上安装有一对30207轴承。轴承上的载荷 分别为FR1=5000N，FR2=2800N，轴向载荷Fa=1000N， 载荷平稳。试计算两轴承的当量动

25、载荷。 （对于30207轴承，e=0.37, Y=1.6, FS=FR/2Y）,答案：FA1=FS2+Fa=1875N FA2=FS2=875N P1=5000N P2=2800N,习题3：分析下图轴系结构上的错误并改正之，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。,正确图,（1）轴承盖无螺钉固定。 （2）无垫片，无法调整轴承游隙。 （3）箱体端面加工面过大。 （4）卡圈无用。 （5）轴肩过高，无法拆卸轴承。 （6）轴承脂润滑无挡油环。 （7）键过长，且套筒无法装入。 （8）齿轮轴向定位不可靠。 （9）精加工面过长，且轴承安装不便。 （10）轴承安装方向不对。 （11）轴与端盖无间隙，且没有密封件。 （12

26、）联轴器孔未打通，且无轴向、周向定位。,习题4：如图所示，分析该斜齿轮轴系中的结构错误并 改正之。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。,习题5：指出蜗轮轴系中的结构错误，说明其错误原因并 画出正确的结构。蜗轮用油润滑，轴承用脂润滑。,习题6：指出图中所示轴系结构设计中的错误，在错误处编出序号并一一说明理由(蜗轮用油润滑，轴承用油脂润滑)。,解答：,轴端过长； 无调整垫片，轴承间隙无法调；,无砂轮越程槽，轴颈处不便磨削加工； 轴肩过高，左轴承不便拆卸；,轴承处无挡油环，易使蜗轮上的润滑油进入轴承，导致油脂稀释流出或变质；,轴头长度等于蜗轮轮毂宽度，套筒可能顶在轴肩上而顶不住蜗轮，蜗轮固定 不可靠； 轴段

27、长度等于套筒宽度，右轴承定位、固定不可靠；,套筒过高，右轴承不便拆卸； 毡圈油封及槽的画法不正确；,转动件(联轴器)与静止件(轴承盖)接触，无法正常运转； (11)不同轴段的键槽没有布置在轴的同一母线上，不便加工轴上的键槽；,(13)轴端过长，超出联轴器的端面，无法与另外半联轴器相联接；,(14)无沉孔的联轴器不能用压板螺钉作轴向固定。,(12)联轴器孔中键槽底部与键上表面间无间隙 ；,解答： 1联轴器没有轴向定位，此处应设计一定位轴肩； 2轴承盖与外伸轴之间应有间隙，并应设有密封件； 3此处应加调整垫片，箱体加工面与非加工面应分开； 4轴承端面距箱体内壁应有一定距离，30000类轴承“反装”(“背对背” 安装)，轴承内外圈两边均未固定，此处应改成“正装”(“面对面”安装) 为好； 5齿轮没有固定，此处与齿轮配合的轴段的长度应比齿轮轮毂的宽度短2- 3mm，并要加轴套对齿轮进行轴向固定；