機械設計基礎(chǔ) 第五版 課件 CH11 軸承

第十一章軸承——機械設計基礎(chǔ)第十一章軸承§11-1滑動軸承概述§11-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料§11-3滑動軸承的潤滑§11-4

非液體摩擦滑動軸承的設計計算§11-5滾動軸承的構(gòu)造、類型及特點§11-6滾動軸承的代號及類型選擇§11-7滾動軸承的壽命計算§11-8滾動軸承的組合設計§11-9滾動軸承的維護和使用§11-10滾動軸承與滑動軸承的比較功用：機器中主要用來支承軸，用以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，并減少軸與支承物間的摩擦和磨損。有時，軸承也被用來支承軸上的旋轉(zhuǎn)零件。根據(jù)工作時的摩擦性質(zhì)，軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。

重點學習內(nèi)容1.會選用滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料。2.重點掌握非液體摩擦滑動軸承的設計計算。3.會選擇滾動軸承的類型，熟練掌握軸承的壽命計算。4.重點掌握滾動軸承組合設計方法，并能正確進行設計。1.按承受的載荷方向分（1）徑向滑動軸承—主要承受徑向載荷FR（2）止推滑動軸承—主要承受軸向載荷Fa§11-1滑動軸承概述一、滑動軸承的分類2.按軸頸和軸瓦間的摩擦狀態(tài)分（1）液體摩擦滑動軸承工作時，軸頸和軸承工作表面被一層潤滑油膜隔開。由于兩零件工作表面沒有直接接觸，軸承的阻力只是潤滑油分子間的內(nèi)摩擦力，所以摩擦系數(shù)?。?.001～0.008），壽命長，效率高，但是制造精度要求也高，并需在一定條件下才能實現(xiàn)液體摩擦。（2）非液體摩擦滑動軸承工作時，軸頸和軸承工作表面間雖有潤滑油存在，但從微觀上看，工作表面局部凸起部分仍發(fā)生金屬的直接接觸，因此，工作條件要求不高，故在機械中應用仍然較廣泛。液體摩擦實例一：

1976年，廣洲漁輪廠拆修漁輪上的柴油機，發(fā)現(xiàn)主軸上的軸承(巴氏合金)在加工時刮刀留下的刀痕還仍然存在。該柴油機已使用了l0多年，未更換過主軸承，這說明軸承已形成液體摩擦，否則會磨損，就看不到刀痕了。

液體摩擦實例二：

原“東方紅”輪船上的齒輪減速器，在1975年檢查時，發(fā)現(xiàn)齒面上在滾齒時滾刀留下的刀痕還存在。該減速器已使用了幾十年，采用噴油潤滑，這說明齒輪間也形成了液體摩擦，大大降低了磨損。液體摩擦實例三：

電風扇上葉片輪軸與機架采用的是滑動軸承，質(zhì)量好時無噪聲。用滾動軸承時噪聲和發(fā)熱都較嚴重?！?1-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式和材料一、徑向滑動軸承1.整體式由軸承座和軸瓦組成。軸承座用螺栓與機座聯(lián)接，頂部設有裝油杯的螺紋孔。軸套上開有油孔，并在內(nèi)表面開油溝以輸送潤滑油。這種軸承結(jié)構(gòu)簡單，但當工作表面磨損后，間隙無法調(diào)整，軸頸只能從端部裝入。多用于低速、輕載和間歇工作場合，如絞車、手動起重機等。2.對開（剖分）式由軸承蓋、軸承座、對開軸瓦和雙頭螺柱組成。軸承蓋和軸承座對開面常做成階梯形，以便定位和防止工作時錯動。安裝時上下瓦分面間放有墊片，當軸瓦工作面磨損后，可抽去一些墊片，以此來調(diào)整軸承的間隙。這種結(jié)構(gòu)可調(diào)整間隙，且軸承蓋可打開安裝軸，便于裝拆維修，但結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴。3.自動調(diào)心式當軸的剛度小，軸頸較長（寬徑比B/d>1.5），或由于兩軸承不是安裝在同一剛性機架上，同心度較難保證時，都會造成軸瓦端部的局部接觸，使軸瓦局部磨損嚴重，此時可采用自動調(diào)心式滑動軸承。這種軸承將軸瓦外表面做成凸形，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配合。因此，軸瓦可隨軸的彎曲或傾斜而自動調(diào)心，從而保證軸頸與軸瓦的均勻接觸。二、止推滑動軸承由軸承座、套筒、徑向軸瓦、止推軸瓦組成。這種軸承主要承受軸向載荷，借助于徑向軸瓦也可承受部分徑向載荷。實心端面止推軸頸由于工作時軸心與邊緣磨損不均勻，以致軸心部分壓強極高，所以極少采用?？招亩嗣嬷雇戚S頸和環(huán)狀軸頸工作情況較好。載荷很大時，可采用多環(huán)軸頸。它還能承受雙向軸向載荷。三、軸承材料1.對材料的要求軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。由于軸瓦是軸承中與軸頸直接接觸的零件，對其材料的主要要求是：(1)具有足夠的抗壓強度、抗疲勞能力和抗沖擊能力。(2)具有良好的減摩性。材料要有較低的摩擦阻力。(3)具有良好的耐磨性?？拐持p和磨粒磨損性能較好。(4)具有良好的跑合性。軸頸與軸瓦表面經(jīng)短期輕載運轉(zhuǎn)后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。(5)良好的可塑性。具有適應因軸的彎曲和其他幾何誤差而使軸與軸承滑動表面初始配合不良的能力。(6)具有嵌藏性。軸承材料具有容納金屬碎屑和灰塵的能力。(7)良好的工藝性和導熱性，并應具有抗腐蝕性能。2.材料（1）青銅（2）軸承合金（3）其它材料灰鑄鐵、粉末冶金四、軸瓦結(jié)構(gòu)軸瓦可以由一種材料制成，也可以在高強度材料的軸瓦基體上澆注一層金屬襯，稱為軸承襯。常用軸瓦有整體式和對開式兩種結(jié)構(gòu)。整體式軸承采用整體式軸瓦。對開式軸承采用對開軸瓦。如在其內(nèi)表面澆注一層或兩層軸承合金為軸承襯，則稱為雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。為了使軸承襯與軸瓦結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)表面做一些溝槽。為了使?jié)櫥湍芰鞯捷S瓦的整個工作表面上，軸瓦上要開出油溝，一般油孔和油槽應開在非承載區(qū)，由非承載區(qū)引入以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性，不降低其承載能力。下圖所示為幾種常見的油溝形式。§11-3滑動軸承的潤滑潤滑對減少滑動軸承的摩擦和磨損以及保證軸承正常工作具有重要意義。因此，在設計和使用軸承時，必須合理地采取措施，對軸承進行潤滑。一、潤滑劑1．潤滑油2.潤滑脂二、潤滑方式在選定潤滑劑之后，還要選用恰當?shù)臐櫥绞?。滑動軸承的潤滑方式可按下式求得的k值選?。菏街校簆為軸頸的平均壓強，MPa；v為軸頸的平均圓周速度，m／s。當k≤2時，若采用潤滑脂潤滑，則用旋蓋式油杯手工加油，若采用潤滑油潤滑，則用壓注油杯或旋套式注油油杯進行定期加油；當k＞2～16時，用針閥式注油油杯或油芯式油杯進行滴油潤滑；當k＞16～32時，用油環(huán)帶油方式，或采用飛濺、壓力循環(huán)等連續(xù)供油方式進行潤滑；當k＞32時，采用壓力循環(huán)的供油方式進行潤滑?！?1-4非液體摩擦滑動軸承的設計計算一、主要失效形式1、磨損 2、膠合非液體摩擦滑動軸承的工作表面，在工作時有局部的金屬接觸，會產(chǎn)生不同程度的摩擦和磨損，使配合間隙增大，當間隙超過某一允許值時，機器正常運行受到破壞，噪聲增大，旋轉(zhuǎn)精度變低。當軸承在高速、重載且潤滑不良時工作，摩擦加劇，發(fā)熱過多，可能會發(fā)生膠合失效。嚴重時，甚至軸承與軸頸焊死。二、設計計算條件性計算。一般已知：軸頸直徑d(mm)、轉(zhuǎn)速n(r/min)和軸承承受的徑向載荷FR（N）設計步驟：（1）根據(jù)軸承的工作條件和使用要求，確定軸承及相應的軸瓦的結(jié)構(gòu)型式，并選定軸瓦材料。

（2）確定軸承的寬度B。一般由寬徑比B/d及d值確定。

B/d↑承載↑但油不易從兩端流出，散熱性差。一般取B/d=0.8～1.5。1.徑向滑動軸承1）磨損—校核平均壓強p限制壓強p是為了保證摩擦表面之間保留一定的潤滑劑，（p大，潤滑劑易被擠出），避免軸承過度磨損而縮短壽命。（3）驗算軸承的工作能力2)膠合—校核pv值

限制pv值是為了防止軸承過熱而發(fā)生膠合，因pv值大，軸承單位面積上的摩擦功也大。3)校核v值對于壓強小的軸承，即使p和pv值驗算合格，但由于軸產(chǎn)生彎曲或不同心，軸承的局部區(qū)域，可能產(chǎn)生相當高的壓力，當速度v過高時，局部的pv值可能超過其許用值，軸承會加速磨損而使軸承報廢。[p]、[pv]和[v]值見表11-12.止推滑動軸承止推滑動軸承的計算與徑向滑動軸承的相同1）磨損—校核壓強p2)膠合—校核pvm值三、實例分析（見P232）[p]和[pv]值見表11-4優(yōu)點：摩擦阻力小、起動容易、效率高、潤滑簡便、更換方便

§14-5滾動軸承的構(gòu)造、類型及特點一、滾動軸承的構(gòu)造組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。二、類型及特點公稱接觸角—滾動體與外圈接觸處的法線與徑向平面之間的夾角。越大，軸向承載能力越大按其所能承受的載荷方向可分為：向心軸承—主要承受徑向載荷推力軸承—主要承受軸向載荷按照滾動體的形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承。而滾子又有圓柱滾子、鼓形滾子、圓錐滾子和滾針等。按其工作時能否調(diào)心，滾動軸承還可分為剛性軸承和調(diào)心軸承。熟練記住下面5類軸承的性能和特點圓錐滾子軸承和角接觸球軸承，在成對使用時，一定要對稱安裝。軸承安裝實例：

某校原港機系設計的5噸輪胎吊，在港機廠制造試車時，由于青年工人將一對圓錐滾子軸承裝成同向，造成幾次試車都使軸承燒掉。廠方認為軸承破壞是設計的問題，后來才發(fā)現(xiàn)是軸承安裝不正確所致。§11-6滾動軸承的代號及類型選擇一、滾動軸承的代號滾動軸承已標準化，為了便于生產(chǎn)和使用，國家有關(guān)標準規(guī)定了滾動軸承的代號。其代號由三部分組成。前置代號基本代號后置代號1.基本代號1)類型代號前述（右起4或5位）2)內(nèi)徑代號右起1-2位內(nèi)孔直徑d=代號數(shù)字×5,適用范圍20～480mm,

但00，01，02，03例外，其他為：/內(nèi)徑3）尺寸系列代號右起3或3-4位內(nèi)徑d相同，D和B不同的組合2.前、后置代號軸承在結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、公差、技術(shù)要求有改變時，在基本代號左右添加的補充代號。如公差/P0（省略），/P6等，分別表示0級和6級公差例：試說明軸承代號6206、33215E、7312C及52412/P6的含義6206：深溝球軸承，尺寸系列02，為(窄)輕系列，軸承內(nèi)徑d=30mm，公差等級為0級33215E：圓錐滾子軸承，尺寸系列32，為特寬輕系列，軸承內(nèi)徑d=75mm，加強型，公差等級為0級7312C：角接觸球軸承，尺寸系列03，為(窄)中系列，軸承內(nèi)徑d=60mm，公稱接觸角，公差等級為0級。52412/P6：雙向推力球軸承，尺寸系列24，為正常高、重系列，軸承內(nèi)徑d=60mm，公差等級為6級。

二、滾動軸承的類型選擇（閱讀）

主要根據(jù)載荷性質(zhì)、大小、轉(zhuǎn)速高低、調(diào)心性能、空間位置的要求選擇。軸承選擇實例一：

1975年某校教師在哈爾濱船廠進行柴油機的組合機床加工生產(chǎn)線設計。在箱體與缸頭多頭鉆設計時，最頭痛的是挑選軸承，由于鉆桿之間位置緊張，不能采用一般軸承(3類、6類、7類)，而只能用NA類(滾針軸承)，位置問題解決了，但有時又不能承受大的軸向力，這就要對整個箱體與傳動部分進行全面規(guī)劃。軸承選擇實例二：

湖北省先進小港蘭溪港，工人自己制造土吊車，由于軸承兩端同心度不高，選用的又不是調(diào)心軸承，造成軸承經(jīng)常破壞，后來在軸的中間又加了一個軸承，結(jié)果還是破壞，工人們不知道是什么原因，后經(jīng)武漢理工大學教師指點，將其換成調(diào)心軸承，問題得到了解決。

軸承選擇實例三：火車的車箱很寬而且受載很大，在二車軸上需要兩個軸承，由于載荷大，跨距大，因此就采用調(diào)心滾子軸承(2類)?，F(xiàn)在新設計的齒輪箱(中硬齒面或硬齒面)也采用2類軸承，這樣就可以使齒輪在相互嚙合過程中，自動調(diào)整接觸線的位置。§11-7滾動軸承的壽命計算一、失效形式與計算準則1.失效形式1）疲勞點蝕（一般轉(zhuǎn)速）（軸承受變載荷）2）塑性變形（低速、不回轉(zhuǎn)、擺動）3）磨損、內(nèi)外圈和保持架破損、膠合疲勞點蝕→壽命計算塑性變形→靜強度計算2.計算準則二、基本額定壽命和基本額定動載荷軸承壽命：出現(xiàn)疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下所經(jīng)歷的工作小時數(shù)。滾動軸承的壽命有很大的離散性，以可靠度衡量軸承壽命。可靠度：一組相同軸承能達到或超過規(guī)定壽命的百分率，稱為軸承的可靠度?；绢~定壽命：是指一批相同的軸承，在相同的使用條件下工作，其可靠度為90%時能達到或超過的壽命?？梢杂每傓D(zhuǎn)數(shù)L10表示，也可以用一定轉(zhuǎn)速下工作的總小時數(shù)Lh表示?；绢~定動載荷C：基本額定壽命L10=106轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷。C值可查手冊。三、當量動載荷基本額定動載荷C是在受純徑向載荷或純軸向載荷下得到的，實際情況下可能同時受徑向載荷和軸向載荷，要與基本額定動載荷作比較，通過實驗將實際工作載荷轉(zhuǎn)化為當量動載荷P，在當量動載荷作用下，軸承的壽命與實際復合載荷下軸承的壽命相同。X—徑向系數(shù)Y—軸向系數(shù)fP—載荷系數(shù)FR—徑向載荷FA—軸向載荷當量動載荷四、壽命計算公式軸承壽命與載荷有關(guān)，有載荷—壽命曲線（P-L曲線）試驗表明：ε—壽命指數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3當L10=1（106轉(zhuǎn)）

基本額定動載荷C例6305，D=62，B=17，C=19.5KN

6205，D=52，B=15，C=14.0KN當預期壽命已給定，則所需軸承應具有的基本額定動載荷C’為：軸承壽命計算實例：

軸承壽命計算公式：。如自行車載人(載荷增加一倍)，則其上球軸承壽命僅為單人用的1／8(即一人用可用8年，而載人僅能用一年)。五、角接觸球軸承（7類）和圓錐滾子軸承（3類）軸向載荷FAi的計算。特點：在只承受徑向載荷FR時，由于法向力方向與徑向平面成一接觸角，會產(chǎn)生內(nèi)部軸向力FS，計算軸向載荷FAi時須將FS考慮進去。1.內(nèi)部軸向力FS的大小及方向FS的大?。河蓮椥粤W推導的公式計算，見表11-12。FS的方向：總是沿著內(nèi)圈和滾動體對外圈脫離的方向2.軸向載荷FAi的計算這類軸承通常成對安裝，有兩種安裝方式，外圈窄邊相對，正安裝（重點）外圈寬邊相對，反安裝FAS1S2正安裝思路：軸的力平衡條件（軸、內(nèi)圈、滾動體一起為分離體）如果軸還受到外部軸向力Fa

，則每個軸承所受的軸向力FAⅠ、FAⅡ應考慮Fa及FS的影響，最后確定。FAS1S2反安裝（1）若Fa+FS1>FS2，軸有向右移動趨勢，軸承Ⅱ“壓緊”，

Ⅰ“放松”。由力平衡方程，有：Fa+FS1=FS2+FS’2=FAⅡ壓緊端；FS1=FAⅠ放松端（2）若Fa+FS1<FS2，軸有向左移動趨勢，軸承Ⅰ“壓緊”，Ⅱ“放松”Fa+FS1+FS’1=FS2；FAⅡ

=FS2

放松端；

FAⅠ=FS2–Fa

壓緊端小結(jié)：（1）判斷全部軸向力（包括FA、FS1、FS2）合力的指向，確定“壓緊端”和“放松端”（2）“放松”端軸承軸向力FAi等于其本身內(nèi)部軸向力。（3）“壓緊”端軸承軸向力FAi等于除本身內(nèi)部軸向力外其它所有軸向力的代數(shù)和。解：下面求P，P=fP(XFR+YFA)軸承I：FR1=2000N FA1=Fa=600N查表：X=0.56Y=1.9 fP=1.2 得：P1=2712N軸承Ⅱ：FR2=1500N FA2=0查表：X=1Y=0fP=1.2P2=1800N∵P1>P2

故僅計算軸承I例題1求6307軸承的壽命。已知：FR1=2000N，F(xiàn)R2=1500N，F(xiàn)a=600N，Cr=33.2kN，n=500r/minFaⅠⅡ例11-37208AC軸承。n=1450r/min

,Fa=1000N

,FR1=1500N，

FR2=750N，有中等沖擊，要求預期壽命為6000h。解：例題2FR1=1000N，F(xiàn)R2=2000N，F(xiàn)A=800N，n=1440r/min，初選30207軸承，受中等沖擊，預期壽命Lh’=50000～60000h，所選軸承合適否？查手冊C=54.2KN，下面求當量動載荷P，P=fP(XFR+YFA)

，fP=1.51.由于是3類軸承,先求FAiFS1=FR1/2Y=1000/2×1.6=313NFS2=FR2/2Y=2000/2×1.6=625NFS1+FA=313+800=1113NFS1+FA

＞

FS2軸承I放松、軸承Ⅱ壓緊由力的平衡方程FS1+FA=FS2+FS,2FA1=FS1=313NFA2=FS1+FA=1113N2.求當量動載荷P

軸承IP1=fP(XFR1+YFA1)=1500N

軸承ⅡP2=fP(XFR2+YFA2)=3871NP2>P1

以軸承Ⅱ作為壽命計算依據(jù)3.求Lh實際壽命比預期壽命大，軸承合格。六、滾動軸承的靜強度計算對于在低轉(zhuǎn)速(n＜10r/min)或在緩慢擺動條件下工作的滾動軸承，由于主要失效形式為塑性變形，這時滾動軸承應按靜強度進行計算。對在重載荷或沖擊載荷下轉(zhuǎn)速較高的軸承，除按疲勞壽命計算外，為安全起見，也要按靜強度對軸承進行驗算。

軸承套圈間相對轉(zhuǎn)速為零，使最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力達到一定值(向心和推力球軸承為4200MPa，滾子軸承為4000MPa)時的靜載荷，稱為滾動軸承的基本額定靜載荷C。(向心軸承稱為徑向基本額定靜載荷C0r，推力軸承稱為軸向基本額定靜載荷C0a對于同時承受徑向和軸向載荷的軸承，應按當量靜載荷P0進行計算，向心軸承的當量靜載荷P0為下列兩式中的較大值式中：X0，Y0分別為當量靜載荷的徑向和軸向系數(shù)對于的推力軸承當量靜載荷為對于的推力軸承當量靜載荷為按靜強度選擇軸承的計算式為

式中S0稱為靜強度安全系數(shù)，其值可查有關(guān)手冊?！?1-8滾動軸承的組合設計一、軸系的軸向定位1.兩端單向固定（L≤350mm,t≤700）C=0.25～0.4mm2.一端雙向固定，一端游動（L＞350mm）固定端軸承可承受雙向軸向載荷，游動端可選用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。選用深溝球軸承時，應在軸承外圈與端蓋之間留有間隙，允許軸與機座作相對移動；選用圓柱滾子軸承時，則軸承外圈應作雙向固定，以免外圈同時移動，造成過大錯位。３.兩端游動（L＞350mm）人字齒輪主動軸，由于輪齒兩側(cè)螺旋角不易做到完全對稱，為了防止輪齒卡死或兩側(cè)受力不均勻，應采用軸系能有左右微量軸向游動的結(jié)構(gòu)，圖中兩端都選用圓柱滾子軸承，滾動體與外圈間可軸向移動。與其相嚙合的另一軸系則必須兩端固定，以使該軸系在箱體中有固定位置。二、軸向位置的調(diào)整有時軸上零件在安裝時要有準確的工作位置，如錐齒輪傳動要求兩齒輪的錐頂重合于一點，蝸桿傳動要求蝸輪中間平面通過蝸桿的軸線，這些都要求軸的軸向位置應能調(diào)整。三、提高軸承系統(tǒng)的剛度和同軸度

軸承不僅要求軸具有一定的剛性，而且也要求軸承座孔具有足夠的剛性，這是因為軸或軸承座孔的變形都會使?jié)L動體滾動受阻，降低軸承使用壽命。1.軸承座孔壁應有足夠的厚度，或采用加強肋2.軸承采用正安裝或反安裝反安裝正安裝正安裝剛度不好3.軸承的預緊四、配合和裝拆配合內(nèi)圈與軸—基孔制外圈與軸—基軸制2.裝拆壓力機熱油4.同一軸上的軸承座孔保證同心用手錘安裝軸承軸承的定位軸肩過高，軸承將無法拆出，定位軸肩的尺寸要查手冊—軸承的安裝尺寸§11-9滾動軸承的維護和使用一、滾動軸承的潤滑1.目的：減少摩擦、磨損，冷卻、吸振、防銹和減小噪聲2.潤滑方式：潤滑脂、潤滑油、固體潤滑劑，可參看表11-15按dn值選擇要延長軸承的使用壽命和保證旋轉(zhuǎn)精度，應加強對軸承的維護，采用合理的潤滑和密封，并應經(jīng)常檢查潤滑和密封狀況。二、滾動軸承的密封1.目的：阻止灰塵、水分等雜物進入，防止?jié)櫥瑒┑牧魇?.密封方法：接觸式、非接觸式、組合式接觸式非接觸式組合式：油環(huán)與油溝組合三、滾動軸承的檢驗機器設備在中修或大修時應將軸承徹底清洗干凈，并逐個予以檢驗。檢驗內(nèi)容主要有外觀檢視、空轉(zhuǎn)檢驗、游隙測量三個方面?！?1-10滾動軸承與滑動軸