机械设计第13章-轴承.ppt

1、第13章 轴 承教学要求、重点与难点教学要求、重点与难点13.1 轴承的分类轴承的分类13.2 滑动轴承的主要类型、结构和材料滑动轴承的主要类型、结构和材料13.3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算13.4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑13.5 滚动轴承的构造、类型及代号滚动轴承的构造、类型及代号13.6 滚动轴承的失效形式及选择计算滚动轴承的失效形式及选择计算13.7 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计小小 结结作作 业业教学要求、重点与难点 一、教学要求 了解轴承的主要类型、结构和材料和润滑方式；掌了解轴承的主要类型、结构和材料和润滑方式；掌握非液体摩擦滑动轴承设

2、计原理及设计方法；了解液体握非液体摩擦滑动轴承设计原理及设计方法；了解液体摩擦动压润滑形成的机理和条件摩擦动压润滑形成的机理和条件。掌握滚动轴承的失。掌握滚动轴承的失效形式、计算准则和寿命计算；了解滚动轴承的组合结效形式、计算准则和寿命计算；了解滚动轴承的组合结构设计构设计。二、教学重点与难点 重点：重点：非液体摩擦滑动轴承的设计计算，滚动轴承的寿非液体摩擦滑动轴承的设计计算，滚动轴承的寿命计算命计算。难点：难点：向心球轴承的寿命和承载能力的计算；滚动轴承向心球轴承的寿命和承载能力的计算；滚动轴承的组合设计。的组合设计。返回章目录返回章目录1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；）支承轴及轴

3、上零件，并保持轴的旋转精度；2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损分类：分类：滚动轴承滚动轴承轴承的功用：轴承的功用：滑动轴承滑动轴承应用实例应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。滑动轴承。优点多，应用广优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。构上要求剖分等场合。13.1 轴承的分类轴承的分类13.2 13.2 滑动轴承的主要类型、结构和材料滑动轴承的主要类型、结构和材料 一

4、、滑动轴承类型一、滑动轴承类型 1)径向轴承（径向轴承（向心轴承向心轴承）：受径向载荷。：受径向载荷。2)止推轴承（推力轴承）：受轴向载荷。止推轴承（推力轴承）：受轴向载荷。1.按承载的方向分按承载的方向分2.按摩擦状态分按摩擦状态分 1)液体摩擦滑动轴承。液体摩擦滑动轴承。2)非液体摩擦滑动轴承。非液体摩擦滑动轴承。二、滑动轴承的结构形式二、滑动轴承的结构形式1.整体式径向滑动轴承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

5、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。在轴瓦内壁不承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。3.调心式滑动轴承调心式滑动轴承 特点：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。三、轴瓦结构和轴承材料三、轴瓦结构和轴承材料 1、轴瓦结构、轴瓦结构 2)剖分式轴瓦剖分式轴瓦1)整体式轴瓦整体式轴瓦 3)单金属轴瓦单金属轴瓦4)双金属轴瓦：轴承衬双金属轴瓦：轴承衬2.轴瓦的油孔、油沟和油室轴瓦的油孔、油沟和油室油孔用来供应润滑油

6、，油沟则用来输送和分配润滑油。油室可使润滑油沿轴向均匀分布，并起着贮油和稳定供油的作用。油孔、油槽开设原则油孔、油槽开设原则：1）润滑油应从油膜压力最小处输入轴承；）润滑油应从油膜压力最小处输入轴承；2）油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油）油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力；膜的承载能力；3）油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失大量流失,一般一般取轴瓦长度的取轴瓦长度的0.80.8倍。倍。3.滑动轴承材料滑动轴承材料 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)对轴承材料的要求对轴承材料的要求(1)强度、塑性、顺应性

7、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的分类(1)轴承合金（又称巴氏合金）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

8、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与多孔青铜两种。(4)轴承塑料塑料轴承有自润滑性能，也可用油或水润滑。优点：摩擦系数较小；有足够的抗压强度和疲劳强度，可承受冲击载荷；塑性好，可以嵌藏

9、外来杂质，防止损伤轴颈。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310倍）；吸水吸油后体积会膨胀，受载后有冷流性。缺点:返回章目录返回章目录13.3 13.3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算 非液体摩擦滑动轴承的非液体摩擦滑动轴承的设计准则设计准则：维持边界油：维持边界油膜不受破坏膜不受破坏,即：即：非液体摩擦滑动轴承的非液体摩擦滑动轴承的失效形式失效形式：磨损和胶合。磨损和胶合。pp pvpv vv一、径向滑动轴承一、径向滑动轴承1.限制轴承平均压强 pMPapdBFp式中，F轴承径向载荷，N；d和B轴颈直径和有效宽度，mm；p许用压强，MPa。上

10、式也可以用来求轴承尺寸。低速轴或间歇转动轴的轴承只需进行压强校核。2.限制轴承pv值smMPapvBFnpv/200003.限制滑动速度vsmvdnv/100060二、二、推力轴承推力轴承 常见的推力轴承止推面的形状有如下图所示的四种。实心端面推力轴颈由于跑合时中心与边缘的磨损不均匀，愈近边缘部分磨损愈快，以致中心部分压强极高。空心轴颈和环状轴颈可以克服这一缺点。载荷很大时可以采用多环轴颈，它能承受双向的轴向载荷。应验算压强p和pv值：MPapzddFp)(4202smMPapvzddFnpv/)(300000式中，F轴向载荷，N；v推力轴颈平均直径处的圆周速度，m/s；n轴转速，r/min；

11、d0,d轴颈内、外径，mm；z轴环数。返回章目录返回章目录 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。常用的润滑剂是润滑油和润滑脂。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.润滑油润滑油 润滑油的主要物理及化学性能指标是：粘度、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。13.4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑一、润滑剂一、润滑剂选用润滑油一般原则：选用润滑油一般原则：在压力大或冲击、变载等工作条件下，应选用粘度较 高的油。滑动速度高时，容易

12、形成油膜，为了减小摩擦功耗，应采用粘度较低的油。加工粗糙或未经跑合的表面，应选用粘度较高的油。循环润滑、芯捻润滑或油垫润滑时，应选用粘度较低的油；飞溅润滑应选用高品质、能防止与空气接触而氧化变质或因激烈搅拌而乳化的油。低温工作的轴承应选用凝点低的油。2.润滑脂润滑脂 轴颈速度小于1m/s2m/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

13、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。3、固体润滑剂、固体润滑剂 主要用：石墨、二硫化钼等。主要用：石墨、二硫化钼等。用于不能用油和脂润滑的场合。用于不能用油和脂润滑的场合。二、润滑装置二、润滑装置 1、油润滑、油润滑 连续供油连续供油:间歇供油间歇供油:油壶或油枪1)滴油润滑 2)绳芯润滑3)油环润滑 4)浸油润滑 5)飞溅润滑 6)压力循环润滑 2、脂润滑、脂润滑 旋盖式油脂杯、黄油枪 返回章目录返回章目录一、构造 4321保持架滚动体外圈内圈构造13.5 滚动轴承的构

14、造、类型及代号1234 内圈装在轴颈上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。内外圈上设置有滚道，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，减少滚动体之间的碰撞和磨损。常见的滚动体有五种形状：一种是球形，其余几种都是滚子。二、滚动轴承的特点12345优点：、摩擦系数小，效率高，润滑方便。、轴向结构紧凑。、可同时承受径向和轴向载荷。、不需要贵重金属。、易于互换。1234缺点：、抗冲击能力差。、高速时噪声大。、径向尺寸较大。、工作寿命较低。三、滚动轴承的基本类型1向心轴承、按轴承承受载荷的方向分推力轴承 滚子轴承球轴承、按滚动体的形状分2 滚针滚子球面

15、滚子圆锥滚子圆柱滚子 调心轴承刚性轴承、按工作时能否调心分3四、滚动轴承的代号前置代号 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1.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。2.基本代号基本代号结构特点宽度系列精度等级517151210990403020100 数字数字内径尺寸直径系列类型

16、代号 数字数字字字母母内径尺寸（1）类型代号 13567N深沟球轴承圆锥滚子轴承角接触球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承推力球轴承基本代号右起五位。（2）尺寸系列代号 基本代号右起三、四位。宽度系列右起第四位 0系列（正常宽度）可省略 数字 0 9直径系列：右起第三位。数字 0 9。（3）内径代号 右起一、二位数字。a)d=10,12,15,17mm 时 代号 00 01 02 03 b)d=20 480mm 时d=代号5(mm)L、K、R、NU、WS、GS 4、后置代号轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等。（1）内部结构代号 C、AC、B角接触球轴承的接触角。25（2）密封、防尘与外部形状变化

17、代号。40153、前置代号 表示轴承的分部件，用字母表示是：（3）轴承的公差等级 精度高 低 代号 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0 公差等级 2、4 、5 、6 、6X、0（4）轴承的径向游隙（5）保持架代号 五、滚动轴承类型的选择 滚动轴承类型的选择主要根据：工作载荷、转速、支承刚性、安装精度。1.如果要求滚动轴承转速高，载荷小，旋转精度高，则选择球轴承；2.如果要求滚动轴承转速低，载荷大，或冲击载荷，则选择滚子轴承;3.如果轴承主要受径向力Fr，则选择向心轴承；4.如果轴承主要受轴向力Fa，且转速不高时，则选择推力轴承。例12-1:试说明代号是6308的滚动轴承的含义。解

18、：6：表示深沟球轴承；3：表示中系列；08：表示内径尺寸，8x5=40mm；还表示该轴承是0级公差，正常结构。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。一、滚动轴承的载荷分布一、滚动轴承的载荷分布13.6 滚动轴承的失效形式及选择计算滚动轴承的失效形式及选择计算载荷分布动画效果二、滚动轴承的失效形式二、滚动轴承的失效形式1.疲劳点蚀 安装、润滑和维护良好的条件下易发生。2.塑性

19、变形 转速很低或作间歇摆动情况下易发生。3.磨损润滑不良、密封不严、多尘条件下易发生。4.胶合、保持架破坏1.计算准则：1)一般轴承进行疲劳寿命计算（针对点蚀），静强度计算。2)低速或摆动轴承只进行静强度计算。三、滚动轴承的选择计算 3)高速轴承进行疲劳寿命计算、校验极限转速。3、基本额定寿命Lh2、轴承寿命 同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数L（以106转为单位）或一定转速下的工作时数 Lh。轴承的基本额定寿命L=1106r时，轴承所能承受的载荷。由试验得到。4、基本额定动载荷C 轴承一个套圈或滚动体的材料首次出现疲劳点蚀前，一个套圈相对另一个套

20、圈的总转数，或在某一转速下的工作小时数，称为轴承的寿命。5、滚动轴承的寿命计算公式=3=10/3是寿命指数；PfCfnLPT6h6010球轴承滚子轴承其中：fP载荷因数，查表13-10；fT是温度因数，查表13-9。X和Y 可以查表13-12，根据 和求得。6、滚动轴承的当量动载荷P 1）对只承受径向载荷R的轴承（N和NA型轴承）P=R3）同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承2）对只承受轴向载荷A的轴承（5和8型轴承）P=AP=X R+Y A 式中：X表示径向载荷系数 Y表示轴向载荷系数深沟球轴承的e由查得。/A Re/A Re0/rA C7、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷A的计算 1）派

21、生轴向力大小和方向（a）正装（面对面）S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2适合于传动零件位于两支承之间（b）反装（背靠背）适合于传动零件处于外伸端2）实际轴向载荷A的确定 S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2（1）当 轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”

22、轴承1上的派生轴向力由S1增大到Fa+S2,阻止轴左移 轴承2上的轴向力，由力平衡，本身的派生轴向力：轴承1的实际轴向载荷为：21aFSS12aAFS22ASS112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2（2）当 轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”轴承2上的派生轴向力由S2增大到 S1-Fa,阻止轴右移 轴承2实际所受的轴向力为：轴承1实际所受的轴向力，由力的平衡条件本身派生轴向力：21aFSS21aASF11AS结论：实际轴向力A的计算方法1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本

23、身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力。例12-2返回章目录13.7 滚动轴承的组合设计 一、滚动轴承支承的结构型式（固定型式）1、两端固定支承 调整垫片调整垫片(a)(b)正装2、一端双向固定，一端游动 3、两端游动人字齿轮高速主动轴 低速齿轮轴必须两端固定。4、滚动轴承的轴向固定 内圈与轴固定：5）开口圆锥 紧定套圆螺 母和止动垫圈；1）轴肩；2）轴用弹性挡圈；3）轴端档圈 +紧固螺钉；4）圆螺母 +止动垫圈；二、滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整通过带螺纹的零件或端盖下的垫片来调节。轴承的调整：1）轴承游隙的调整2）轴系轴向位置的调整注意：

24、圆锥齿轮和蜗杆必须调整轴系的轴向位置。L2b方法：调整套杯端面与轴承座端面间垫片厚度。三、滚动轴承的配合 1.轴承内圈与轴的配合采用基孔制：松 紧js6，j6，k6，m6，n6 松 紧G7，H7，JS7，J7 2.轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制：DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带5）与空心轴配合的轴承应取较紧的密合。3.滚动轴承配合的选择原则：1）转动圈比不动圈配合紧一些；2）高速、重载、有冲击、振动时，配

25、合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些；3）旋转精度要求高时，配合应紧一些；4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合；四、滚动轴承的装拆1.要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装拆力。3.拆卸：2.安装：轴肩高度应低于轴承内圈高度。压头压力轴钩爪手柄螺杆螺母五、滚动轴承的润滑 润滑方式：1、脂润滑，应用较广。2、油润滑油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑。3、固体润滑六、滚动轴承的密封1.密封的目的 密封的目的是防尘和阻止润滑剂的流失。2.密封的类型：1）接触式密封毡圈密封(a)(b)密封圈密封2）非接触式密封油沟密封（间隙密封）甩油密

26、封(a)(b)迷宫式密封(a)(b)图13-38返回章目录本章小结 1.滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和完全液体润滑受轴承。完全液体润滑轴承又分为动压完全液体润滑受轴承。完全液体润滑轴承又分为动压润滑轴承与静压润滑轴承。工程上大多用非液体润滑润滑轴承与静压润滑轴承。工程上大多用非液体润滑轴承。轴承。2.滑动轴承有多种结构型式：整体式、剖分式、自动调滑动轴承有多种结构型式：整体式、剖分式、自动调心式等。由于滑动轴承本身有一些独特的优势，适用心式等。由于滑动轴承本身有一些独特的优势，适用于一些特殊的场合，如高速、重载、高精。于一些特殊的场

27、合，如高速、重载、高精。3.轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大，应轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大，应综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。4.非液体摩擦滑动轴承计算和校核时，限制压强非液体摩擦滑动轴承计算和校核时，限制压强p，以保，以保证润滑油膜不被破坏；限制证润滑油膜不被破坏；限制pv值，以保证轴承温升不值，以保证轴承温升不至于太高。至于太高。5.根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动轴承，主要用于连续高速运转的场合。轴承，主要用于连续高速运转的场合。6.滚动轴承的选择原则

28、:（1）按所能承受的外载荷不同；（2）根据载荷的大小及性质；（3）根据转速；（4）根据使用和装配要求。7.轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，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。8.滚动轴承的主要失效形式:疲劳点蚀、塑性变形和磨损。9.滚动轴承的计算准则:（1）对于一般运转的轴承，为防止疲劳点蚀发生，进行轴承的寿命计算；（2）对于不回转、转速很低的轴承，按静强度计算。10.寿命计算公式11.滚动轴承的组合设计包括轴承的布置和固定、安装和拆卸、轴向间隙的调整及轴承的润滑和密封等。PfCfnLPT6h6010作 业 13-613-713-1613-1713-20手柄调节螺母弹簧针阀杯体盖杯体接头油芯20手柄调节螺母弹簧针阀杯体盖杯体接头油芯20手柄调节螺母弹簧针阀杯体盖杯体接头油芯20