機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件 模塊10 軸承零件分析與設(shè)計(jì)

模塊10軸承零件分析與設(shè)計(jì)單元10.1滑動(dòng)軸承分析與設(shè)計(jì)單元10.2滾動(dòng)軸承分析與設(shè)計(jì)模塊10軸承零件分析與設(shè)計(jì)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)軸承摩擦狀態(tài)的分類，學(xué)習(xí)滑動(dòng)軸承的分類以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)方法；學(xué)習(xí)滾動(dòng)軸承的組成、類型及特點(diǎn)，學(xué)習(xí)滾動(dòng)軸承的工作能力計(jì)算，學(xué)習(xí)滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)方法。完成滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完成滾動(dòng)軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算?！局R(shí)要點(diǎn)】（1）滑動(dòng)軸承的分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（2）滑動(dòng)軸承的材料、軸瓦的結(jié)構(gòu)；（3）不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）滾動(dòng)軸承的組成、類型及特點(diǎn)、常用滾動(dòng)軸承的類型、代號(hào)及特性；（5）影響軸承承載能力的參數(shù)（包括游隙、極限轉(zhuǎn)速、偏位角、接觸角）、滾動(dòng)軸承類型的選擇；（6）滾動(dòng)軸承的工作能力計(jì)算、滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則；（7）滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算、基本額定壽命、基本額定的載荷、當(dāng)量動(dòng)載荷；（8）角接觸軸承的軸向載荷、滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算；（9）滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.1.1滑動(dòng)軸承工作原理1.

軸承簡(jiǎn)介支承軸及軸上零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。

根據(jù)工作時(shí)摩擦性質(zhì)不同，軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。

當(dāng)軸承與軸頸工作表面完全被潤(rùn)滑油膜分隔而不直接接觸時(shí)，軸承的摩擦成為液體摩擦狀態(tài)，這種軸承稱為液體摩擦軸承。若軸頸與軸承表面間雖有潤(rùn)滑油，但未能將接觸表面完全分隔，仍有局部的波峰接觸時(shí)，稱非液體摩擦軸承。2.

滑動(dòng)摩擦的類型3.

滑動(dòng)摩擦的承載機(jī)理和設(shè)計(jì)中的基本問(wèn)題滑動(dòng)軸承的工作原理是在支承的運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件之間形成一層流體（氣或油）膜，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在流體膜的各層之間產(chǎn)生摩擦阻力，流體將運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件分開(kāi)。相對(duì)滑動(dòng)表面要保持應(yīng)有的潤(rùn)滑狀況，除了保證正確的設(shè)計(jì)外，還要保證正確的潤(rùn)滑。在滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)中，主要包括：選定軸承的摩擦類型，決定其結(jié)構(gòu)形式，選擇軸瓦結(jié)構(gòu)和材料，確定軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方式，軸承承載能力的校核與計(jì)算等基本問(wèn)題。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.1.2滑動(dòng)軸承的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.滑動(dòng)軸承的分類滑動(dòng)軸承的分類方法很多，按所承受載荷方向不同，可分為：向心滑動(dòng)軸承—承受徑向載荷；推力滑動(dòng)軸承—承受軸向載荷；向心推力滑動(dòng)軸承—承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。按滑動(dòng)軸承是否可以剖分又可分為整體式和剖分式。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）整體式滑動(dòng)軸承整體式徑向滑動(dòng)軸承。這種軸承分為有軸套和無(wú)軸套兩種。軸套壓裝在軸承座中，并加止動(dòng)螺釘以防相對(duì)運(yùn)動(dòng)。軸承座的頂部設(shè)有裝有油杯的螺絲孔。軸承用螺栓固定在機(jī)架上。這種軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低，但軸必須從軸承端部裝入，裝配不便，且軸承磨損后徑向間隙不能調(diào)整，故多用于低速、輕載及間歇工作的地方，如絞車、手搖起重機(jī)等。整體式滑動(dòng)軸承單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）剖分式滑動(dòng)軸承剖分式滑動(dòng)軸承。由軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦、潤(rùn)滑裝置和連接螺栓等組成。軸承座和軸承蓋用止口定位和防止軸向移動(dòng)；通過(guò)改變軸承座和軸承蓋的間隙中的墊片來(lái)調(diào)整軸承蓋的位置以?shī)A緊軸瓦。裝拆這種軸承時(shí)，軸不需軸向移動(dòng)，故裝拆方便，被廣泛地應(yīng)用。軸承剖分面最好與載荷方向垂直。一般剖分面是水平的或傾斜45o角，以適應(yīng)不同徑向載荷方向的要求。剖分式滑動(dòng)軸承單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）調(diào)心式滑動(dòng)軸承調(diào)心式徑向滑動(dòng)軸承。當(dāng)安裝有誤差或軸的彎曲變形較大時(shí)，軸承兩端會(huì)產(chǎn)生接觸磨損，因此對(duì)于較長(zhǎng)的軸，軸的撓度較大不能保證兩軸承孔的同軸度時(shí)，常采用調(diào)心軸承，調(diào)心軸承又稱自位軸承。這種軸承的軸瓦和軸承體之間采用球面配合。球面位于軸頸軸線上。軸瓦能隨軸的彎曲變形沿任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)軸頸的偏斜，可避免軸承端部的載荷集中和過(guò)度磨損。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（4）推力滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承用于承受軸向載荷。常見(jiàn)的推力軸頸形狀如圖10-5所示。實(shí)心端面止推軸頸由于工作時(shí)軸心與邊緣磨損不均勻，以致軸心部分壓強(qiáng)極高，所以很少采用?？招亩嗣嬷雇戚S頸和環(huán)狀軸頸的工作情況較好。載荷較大時(shí)，可采用多環(huán)軸頸。

（a）實(shí)心式

（b）空心式

（c）單環(huán)式

（d）

多環(huán)式圖10-5推力滑動(dòng)軸承單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.1.3

滑動(dòng)軸承的材料和軸瓦的結(jié)構(gòu)1.

滑動(dòng)軸承的材料軸承材料是指與軸頸直接接觸的軸瓦或軸承襯的材料。對(duì)滑動(dòng)軸承材料的要求有：具有足夠的抗壓、抗疲勞和抗沖擊能力；良好的耐磨性和磨合性；良好的順應(yīng)性和嵌藏性；良好的工藝性、導(dǎo)熱性及抗腐蝕性能等。滑動(dòng)軸承的常用材料主要有金屬材料、粉末冶金材料和非金屬材料。金屬材料又主要有軸承合金、青銅和鑄鐵。（1）軸承合金軸承合金（又稱巴氏合金）。主要是錫、鉛、銻、銅的合金。由于其耐磨性、塑性、跑合性、導(dǎo)熱與吸附油的性能都好，故用于高速、重載或中速、中載的情況。但強(qiáng)度低，價(jià)格高，故通常作為軸承襯材料澆注在青銅、鋼或鑄鐵的軸瓦表面上。（2）青銅青銅主要有錫青銅、鉛青銅和鋁青銅。青銅類材料強(qiáng)度高、耐磨和導(dǎo)熱性好，但跑合性略差。錫青銅和鉛青銅適于中速、重載軸承，鋁青銅適于低速、重載軸承。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）鑄鐵鑄鐵主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵，如HT150、HT200、HT250等。鑄鐵類材料的塑性和跑合性差，但價(jià)格低廉，適用于低速、輕載等不重要場(chǎng)合的使用。（4）粉末冶金材料粉末冶金材料由金屬粉末和石墨高溫?zé)Y(jié)成型，是一種多孔結(jié)構(gòu)金屬合金材料。主要用于輕載、低速且不易經(jīng)常添加潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合。（5）非金屬材料非金屬材料主要是塑料、橡膠、石墨、尼龍等材料以及一些合成材料，其特點(diǎn)是成本低，對(duì)潤(rùn)滑無(wú)要求，易成型，抗振動(dòng)。在家電、輕工、玩具、小型食品機(jī)械中使用較為廣泛。單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

軸瓦的結(jié)構(gòu)常用的軸瓦結(jié)構(gòu)有整體式和剖分式兩類。

整體式

整體式軸承采用整體式軸瓦，整體式軸瓦又稱軸套，分為光滑軸套和帶縱向油槽軸套兩種。

（a）光滑軸套（b）帶縱向油槽軸套整體式軸瓦單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)為了使?jié)櫥湍芫鶆蛄鞯秸麄€(gè)工作表面上，軸瓦上要開(kāi)出油溝，油溝和油孔應(yīng)開(kāi)在非承載區(qū)，以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性。油溝的軸向長(zhǎng)度應(yīng)比軸瓦長(zhǎng)度短，大約應(yīng)為軸瓦長(zhǎng)度的80%，不能沿軸向完全開(kāi)通，以免油從兩端大量泄露，影響承載能力。油孔和油溝應(yīng)開(kāi)在非承載區(qū)，以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性。圖10-7所示為幾種常見(jiàn)的油溝形式。

（a）

（b）

（c）圖10-7油溝形式單元10.1滑動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)軸瓦可由一種材料制成，也可在高強(qiáng)度材料的軸瓦基體上澆注一層或兩層軸承合金作為軸承襯，稱為雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。為了使軸承襯與軸瓦基體結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)表面或側(cè)面制出溝槽，如圖10-8所示。（a）（b）（c）圖10-8瓦背內(nèi)壁溝槽單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.2.1滾動(dòng)軸承的組成、類型及特點(diǎn)1.

滾動(dòng)軸承的組成滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2，滾動(dòng)體3和保持架4組成，如圖10-10所示。內(nèi)圈裝在軸頸，外圈裝在機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)。多數(shù)情況下，外圈不動(dòng)，內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體在內(nèi)、外圈的滾道上滾動(dòng)，保持架使?jié)L動(dòng)體均勻分布并減少滾動(dòng)體之間的碰撞和磨損。圖10-10滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)常見(jiàn)的滾動(dòng)體有6種形狀，如圖12-10所示。圖10-11滾動(dòng)體的種類滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體一般采用專用的滾動(dòng)軸承鋼制造，如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等，保持架則常用較軟的材料如低碳鋼板經(jīng)沖壓而成，或用銅合金、塑料等制成。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、旋轉(zhuǎn)精度高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便和裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)中。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

滾動(dòng)軸承的類型和特點(diǎn)（1）按承受載荷方向或公稱接觸角的不同，可分為向心軸承和推力軸承（見(jiàn)表10-1）。表中的α為滾動(dòng)體與套圈接觸處的公法線與軸承徑向平面（垂直于軸承軸心線的平面）之間的夾角，稱為公稱接觸角。表10-1各類軸承的公稱接觸角向心軸承：主要承受徑向載荷。其公稱接觸角α=0°的軸承稱為徑向接觸軸承；0°<α≤45°的軸承，稱為角接觸向心軸承。接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。推力軸承：主要承受軸向載荷。其公稱接觸角45°<α<90°的軸承，稱為角接觸推力軸承，其中α=90°的稱為軸向接觸軸承，也稱為推力軸承。接觸角越大，承受徑向載荷的能力越小，承受軸向載荷的能力也越大，軸向推力軸承只能承受軸向載荷。

單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）按滾動(dòng)體的形狀分為球軸承和滾子軸承球軸承的滾動(dòng)體與滾道表面的接觸為點(diǎn)接觸，承載能力和承受沖擊能力小，但高速性能好。滾子軸承的滾動(dòng)體與滾道表面的接觸為線接觸，承載能力和承受沖擊能力大。（3）按工作時(shí)能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承允許的偏位角大。（4）按公差等級(jí)可分為0、6、5、4、2級(jí)滾動(dòng)軸承，其中2級(jí)精度最高，0級(jí)為普通級(jí)。另外還有只用于圓錐滾子軸承的6x公差等級(jí)。（5）按滾動(dòng)體的列數(shù)可分為單列、雙列及多列滾動(dòng)軸承。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)表10-2常用滾動(dòng)軸承的類型、代號(hào)及特性簡(jiǎn)表單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（續(xù)表）單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（續(xù)表）單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.2.2滾動(dòng)軸承的代號(hào)表10-3滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成滾動(dòng)軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級(jí)和技術(shù)要求，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào)。我國(guó)滾動(dòng)軸承的代號(hào)由基本代號(hào)、前置代號(hào)和后置代號(hào)組成，其構(gòu)成見(jiàn)表10-3?；敬?hào)——表示軸承的類型與尺寸等主要特征；后置代號(hào)——表示軸承的精度與材料的特征；前置代號(hào)——表示軸承的分部件。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)1.

基本代號(hào)基本代號(hào)表示軸承的類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號(hào)的基礎(chǔ)?；敬?hào)由軸承類型代號(hào)、尺寸系列代號(hào)和內(nèi)徑代號(hào)三部分構(gòu)成。（1）類型代號(hào)用數(shù)字或字母表示，其表示方法見(jiàn)表10-4。表10-4一般滾動(dòng)軸承類型代號(hào)單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）尺寸系列代號(hào)尺寸系列代號(hào)由軸承的寬（推力軸承指高）度系列代號(hào)和直徑系列代號(hào)組成。各用一位數(shù)字表示。軸承的寬度系列代號(hào)指：內(nèi)徑相同的軸承，對(duì)向心軸承，配有不同的寬度尺寸系列。軸承寬度系列代號(hào)有8、0、1、2、3、4、5、6，寬度尺寸依次遞增。對(duì)推力軸承，配有不同的高度尺寸系列，代號(hào)有7、9、1、2，高度尺寸依次遞增。在GB/T272-93規(guī)定的有些型號(hào)中，寬度系列代號(hào)被省略。軸承的直徑系列代號(hào)指：內(nèi)徑相同的軸承配有不同的外徑尺寸系列。其代號(hào)有7、8、9、0、1、2、3、4、5，外徑尺寸依次遞增。直徑系列對(duì)比（3）內(nèi)徑代號(hào)單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

前置代號(hào)前置代號(hào)用字母表示成套軸承的分部件。前置代號(hào)及其含義可參閱GB/T272-2017。3.

后置代號(hào)軸承的后置代號(hào)用字母（或加數(shù)字）等表示。后置代號(hào)的內(nèi)容很多，下面介紹幾種常用的后置代號(hào)。（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)用字母表示，緊跟在基本代號(hào)后面。如接觸角α=15°、25°和40°的角接觸球軸承分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。密封、防塵與外部形狀變化代號(hào)。如“-Z”表示軸承一面帶防塵蓋；“N”表示軸承外圈上止動(dòng)槽。（2）軸承的公差等級(jí)分為2、4、5、6、6X和0級(jí)，共6個(gè)級(jí)別，精度依次降低。其代號(hào)分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X和/P0。公差等級(jí)中，6X級(jí)僅適用于圓錐滾子軸承；0級(jí)為普通級(jí)，在軸承代號(hào)中省略。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）軸承的游隙分為1、2、0、3、4和5組，共6個(gè)游隙組別，游隙依次由小到大。常用的游隙組別是0游隙組，在軸承代號(hào)省略，其余的游隙組別在軸承代號(hào)中分別用符號(hào)/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。（4）實(shí)際應(yīng)用的滾動(dòng)軸承類型是很多的，相應(yīng)的軸承代號(hào)也是比較復(fù)雜的。以上介紹的代號(hào)是軸承代號(hào)中最基本、最常用的部分，熟悉了這部分代號(hào)，就可以識(shí)別和查選常用的軸承。關(guān)于滾動(dòng)軸承詳細(xì)的代號(hào)方法可查閱GB/T272-1993。代號(hào)舉例：6308——表示內(nèi)徑為40mm，深溝球軸承，尺寸系列代號(hào)為03，正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙。7211C/P5——表示內(nèi)徑為55mm，角接觸球軸承，尺寸系列代號(hào)為02，接觸角α=15°，5級(jí)公差，0組游隙。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）極限轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承在一定載荷和潤(rùn)滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速。滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)使摩擦面間產(chǎn)生高溫，使?jié)櫥?，從而?dǎo)致滾動(dòng)體退火或膠合而產(chǎn)生破壞。各類軸承極限轉(zhuǎn)速數(shù)值可查軸承手冊(cè)。10.2.3滾動(dòng)軸承類型的選擇1.

影響軸承承載能力的參數(shù)（1）游隙滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道之間的最大間隙稱為軸承的游隙。如圖10-12所示，將一套圈固定，另一套圈沿徑向的最大移動(dòng)量稱為徑向游隙，沿軸向的最大移動(dòng)量稱為軸向游隙。游隙的大小對(duì)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、壽命、噪聲、溫升等有很大影響，應(yīng)按使用要求進(jìn)行游隙的選擇或調(diào)整。圖10-12滾動(dòng)軸承的游隙單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）偏位角安裝誤差或軸的變形等都會(huì)引起軸承內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對(duì)傾斜，其傾斜角θ稱為偏位角，如圖10-13所示。（4）接觸角接觸角α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。圖10-13滾動(dòng)軸承的偏位角單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

滾動(dòng)軸承類型的選擇選用滾動(dòng)軸承時(shí)，首先是選擇軸承類型。選擇軸承類型應(yīng)考慮的因素很多，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性及其他特殊要求等。（1）載荷條件軸承承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。如載荷小而又平穩(wěn)時(shí)，可選球軸承；載荷大又有沖擊時(shí)，宜選推力軸承。軸承同時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)，選用角接觸軸承，軸向載荷越大，應(yīng)選擇接觸角越大的軸承，必要時(shí)也可選用徑向軸承和推力軸承的組合結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意推力軸承不能承受徑向載荷，圓柱滾子軸承不能承受軸向載荷。（2）軸承的轉(zhuǎn)速若軸承的尺寸和精度相同，則球軸承的極限轉(zhuǎn)速比滾子軸承高，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí)，應(yīng)選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時(shí)，可采用角接觸球軸承或深溝球軸承。對(duì)高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小的軸承。若工作轉(zhuǎn)速超過(guò)軸承的極限轉(zhuǎn)速，可通過(guò)提高軸承的公差等級(jí)、適當(dāng)加大其徑向游隙等措施來(lái)滿足要求。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）調(diào)心性能軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi)，見(jiàn)表12-4。否則會(huì)增加軸承的附加載荷而降低其壽命。對(duì)于剛度差或安裝精度差的軸系，軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角較大，宜選用調(diào)心類軸承，如調(diào)心球軸承（1類）、調(diào)心滾子軸承（2類）等。（4）允許的空間當(dāng)軸向尺寸受到限制時(shí)，宜選用窄或特窄的軸承。當(dāng)徑向尺寸受到限制時(shí)，宜選用滾動(dòng)體較小的軸承。如要求徑向尺寸小而徑向載荷又很大，可選用滾針軸承。（5）裝調(diào)性能圓錐滾子軸承（3類）和圓柱滾子軸承（N類）的內(nèi)外圈可分離，裝拆比較方便。（6）經(jīng)濟(jì)性在滿足使用要求的情況下應(yīng)盡可能選用價(jià)格低兼的軸承。一般情況下球軸承的價(jià)格低于滾子軸承。軸承的精度等級(jí)越高，其價(jià)格也越高。在同尺寸和同精度的軸承中深溝球軸承的價(jià)格最低。同型號(hào)、尺寸，不同公差等級(jí)的深溝球軸承的價(jià)格比約為P0：P6：P5：P4：P2≈1：1.5：2：7：10。如無(wú)特殊要求，應(yīng)盡量選用普通級(jí)精度軸承，只有對(duì)旋轉(zhuǎn)精度有較高要求時(shí)，才選用精度較高的軸承。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.2.4滾動(dòng)軸承的工作能力計(jì)算1.

滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則（1）滾動(dòng)軸承的受載情況分析以深溝球軸承為例進(jìn)行分析。如圖10-14所示，當(dāng)軸承受徑向載荷Fr作用時(shí)，上半圈滾動(dòng)體不受載，而下半圈各滾動(dòng)體承受的載荷各不相同，處于作用線最低位置的滾動(dòng)體所受載荷最大，通過(guò)理論分析可知F0≈(5/z)Fr。式中z為滾動(dòng)體的數(shù)目。處于作用線兩邊位置的各滾動(dòng)體，其承載逐漸減小。隨著軸承內(nèi)圈相對(duì)于外圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體也隨著運(yùn)動(dòng)。軸承元件所受的載荷呈周期性變化，即各元件是在交變的接觸應(yīng)力下工作的。圖10-14滾動(dòng)軸承的載荷分析單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）失效形式滾動(dòng)軸承的失效形式主要有三種：疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形和磨損。疲勞點(diǎn)蝕

滾動(dòng)體和套圈滾道在交變接觸應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)生表面接觸疲勞點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，回轉(zhuǎn)精度降低且工作溫度升高，使軸承失去正常的工作能力。疲勞點(diǎn)蝕是軸承的主要失效形式。塑性變形

在靜載荷或沖擊載荷作用下，滾動(dòng)體和套圈滾道可能產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)凹坑，由此導(dǎo)致摩擦增大、運(yùn)動(dòng)精度降低，產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致軸承不能正常工作。磨

損

在潤(rùn)滑不良，密封不可靠及多塵的情況下，滾動(dòng)體或套圈滾道易產(chǎn)生磨粒磨損，高速時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱膠合磨損，軸承過(guò)熱還將導(dǎo)致滾動(dòng)體回火。另外，滾動(dòng)軸承由于配合、安裝、拆卸及使用維護(hù)不當(dāng)，還會(huì)引起軸承元件破裂等其他形式的失效，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以防止。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）計(jì)算準(zhǔn)則針對(duì)上述的主要失效形式，滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)則為：1）對(duì)于一般轉(zhuǎn)速（nlim＞n＞10r/min）的軸承，疲勞點(diǎn)蝕為其主要的失效形式，應(yīng)進(jìn)行壽命計(jì)算。2）對(duì)于低速（n≤10r/min）重載或大沖擊條件下工作的軸承，其主要失效形式為塑性變形，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。3）對(duì)于高轉(zhuǎn)速的軸承，除疲勞點(diǎn)蝕外膠合磨損也是重要的失效形式，因此除應(yīng)進(jìn)行壽命計(jì)算外還要校驗(yàn)其極限轉(zhuǎn)速。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算軸承壽命①在一定載荷作用下，滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)到任一滾動(dòng)體或套圈滾道上出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，兩套圈相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（圈數(shù)）或工作的小時(shí)數(shù)，稱為軸承壽命。基本額定壽命②一批相同的軸承，在同樣的受力、轉(zhuǎn)速等常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中有10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕破壞（90%的軸承未出現(xiàn)點(diǎn)蝕破壞）時(shí)，一個(gè)軸承所轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)（圈）數(shù)或工作的小時(shí)數(shù)稱為軸承的基本額定壽命。用符號(hào)L10（106r）或Lh（h）表示?；绢~定動(dòng)載荷③基本額定動(dòng)載荷是指基本額定壽命為L(zhǎng)10=106r時(shí)，軸承所能承受的最大載荷，用字母C表示。基本額定動(dòng)載荷越大，其承載能力也越大。（1）基本額定壽命和基本額定的載荷單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式滾動(dòng)軸承的壽命與承受的載荷有關(guān)，圖示為在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上得出的代號(hào)6207軸承的載荷—壽命曲線，該曲線表示這類軸承的載荷P與基本額定壽命L10之間的關(guān)系。對(duì)于其它型號(hào)的軸承，也有與上述曲線的函數(shù)規(guī)律完全一樣的載荷—壽命曲線。把此曲線用公式表示為滾動(dòng)軸承的L-P曲線式中L10的單位為106r。ε為指數(shù)。對(duì)于球軸承，ε=3；對(duì)于滾子軸承，ε=10/3。實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用小時(shí)數(shù)表示壽命。則上式改寫(xiě)為單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)當(dāng)軸承的工作溫度高于100oC時(shí)，其基本額定動(dòng)載荷C的值將降低，需引入溫度系數(shù)fT進(jìn)行修正，得出軸承基本額定壽命計(jì)算公式為根據(jù)上式可整理出確定軸承型號(hào)公式為式中：

Lh——軸承的基本額定壽命（h）；n——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）；ε——軸承壽命指數(shù)；C——基本額定動(dòng)載荷（N）；C′——所需軸承的基本額定動(dòng)載荷（N）；P——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；fT——溫度系數(shù)（表12-7）；[Lh]——軸承的預(yù)期使用壽命（h）。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)3.滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷是在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的，如載荷條件：向心軸承僅承受純徑向載荷Fr,推力軸承僅承受純軸向載荷Fa，實(shí)際上，軸承常常同時(shí)承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa。因此，在進(jìn)行壽命計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動(dòng)載荷的載荷條件相一致的載荷，即當(dāng)量動(dòng)載荷，以P表示，其計(jì)算公式為P=XFr+YFa式中，X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)?？紤]到實(shí)際工作中，還會(huì)出現(xiàn)附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力等等。計(jì)及這些影響，需引入載荷系數(shù)fp進(jìn)行修正，故軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為：P=fp（XFr+YFa）

單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)4.角接觸軸承的軸向載荷（1）角接觸軸承的內(nèi)部軸向力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在著接觸角α，所以載荷中心不在軸承的寬度中點(diǎn)，而與軸心線交于O點(diǎn)，O點(diǎn)即為軸承實(shí)際支點(diǎn)，如圖10-15所示。當(dāng)其受到徑向載荷Fr作用時(shí)，作用在承載區(qū)內(nèi)的滾動(dòng)體上的法向力F，可分解為徑向分力Fr和軸向分力Fso,各滾動(dòng)體上所受的軸向分力之和即為軸承的內(nèi)部軸向力Fs，方向沿軸線由軸承外圈的寬邊指向窄邊。圖10-15角接觸球軸承中徑向載荷所產(chǎn)生的軸向分力單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）角接觸軸承軸向力Fa的計(jì)算為了使角接觸軸承能正常工作，通常采用兩個(gè)軸承成對(duì)使用，對(duì)稱安裝的方式。常見(jiàn)有兩種安裝方式：正裝和反裝，如圖10-16所示。正裝時(shí)外圈窄邊相對(duì)；反裝時(shí)外圈寬邊相對(duì)。因此在計(jì)算軸承所受的軸向載荷時(shí)，不但要考慮Fs與Fa的作用，還要考慮到安裝方式的影響。

(a)正裝（面對(duì)面）

(b)反裝（背對(duì)背）圖10-16角接觸軸承軸向載荷的分析單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)以正裝為例分析軸承上所承受的軸向載荷。FA為軸向外載荷，軸承I、軸承II所受內(nèi)部軸向力Fs1、Fs2。比較FA、Fs1和Fs2三者關(guān)系，會(huì)有下面兩種情況：第一種情況：Fs1+FA＞Fs2如圖12-18（a）所示，軸將有向右移動(dòng)趨勢(shì)，軸承II被端蓋頂住而被壓緊，軸承II上將受一外力Fs2′，而軸承I則處于放松狀態(tài)。軸系若要正常工作，軸與軸承組件應(yīng)處于平衡狀態(tài)，則Fs1+FA=Fs2+s2′即Fs2′=Fs1+FA-Fs2。(a)Fs1+FA＞Fs2

圖10-17軸向力示意圖軸承II除受內(nèi)部軸向力Fs2的作用外，還受到軸向外力Fs2′的作用，而軸承I僅受自身的內(nèi)部軸向力Fs1的作用，則壓緊端軸承II所受的軸向載荷為Fa2=Fs2+Fs2′=Fs1+FA

放松端軸承I所受的軸向載荷為

Fa1=Fs1單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)第二種情況：Fs1+FA＜Fs2時(shí)，如圖10-17（b）所示，軸將有向左移動(dòng)趨勢(shì)，則軸承I被壓緊，軸承II被放松，同上分析可得出：壓緊端軸承I所受的軸向載荷為Fa1=Fs1+Fs1′=Fs2-FA放松端軸承II所受的軸向載荷為

Fa2=Fs2(b)Fs1+FA＜Fs2圖10-17軸向力示意圖由此可總結(jié)出計(jì)算角接觸軸承軸向載荷的步驟如下：①

通過(guò)查表和分析安裝方式，得出軸承內(nèi)部軸向力Fs1和Fs2大小和方向。②

根據(jù)方向和大小比較FA、Fs1和Fs2三者關(guān)系，并判斷出軸承的壓緊端和放松端。③

壓緊端的軸向載荷Fa等于除去其本身的內(nèi)部軸向力外，所有軸向力的代數(shù)和（指向壓緊端為正）。④

放松端的軸向載荷Fa等于其本身的內(nèi)部軸向力Fs。設(shè)計(jì)實(shí)例單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)5.滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于緩慢擺動(dòng)或低轉(zhuǎn)速（n<10r/min）的滾動(dòng)軸承，其主要失效形式為塑性變形，應(yīng)按靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算確定軸承尺寸。對(duì)在重載荷或沖擊載荷作用下轉(zhuǎn)速較高的軸承，除按壽命計(jì)算外，為安全起見(jiàn)，也要再進(jìn)行靜強(qiáng)度驗(yàn)算。（1）基本額定靜載荷C0軸承兩套圈間相對(duì)轉(zhuǎn)速為零，使受最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值（向心和推力球軸承為4200MPa，滾子軸承為4000MPa）時(shí)的靜載荷，稱為滾動(dòng)軸承的基本額定靜載荷C0（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）。各類軸承的C0值可由軸承標(biāo)準(zhǔn)中查得。實(shí)踐證明，在上述接觸應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的塑性變形量，除了對(duì)那些要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性高和振動(dòng)低的軸承外，一般不會(huì)影響其正常工作。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）當(dāng)量靜載荷P0當(dāng)量靜載荷P0是指承受最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處，引起與實(shí)際載荷條件下相當(dāng)?shù)慕佑|應(yīng)力時(shí)的假想靜載荷。其計(jì)算公式為

P0=X0Fr+Y0Fa（10-5）式中，X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向系數(shù)和軸向系數(shù)。若由式（10-5）計(jì)算出的P0<Fr，則應(yīng)取P0=Fr。（3）靜強(qiáng)度計(jì)算軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算式為

C0≥S0P0式中，S0稱為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，其值可查設(shè)計(jì)手冊(cè)。單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)10.2.5滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)1.滾動(dòng)軸承的固定（1）兩端單向固定

（a）

(b)圖10-18兩端單向固定的軸承單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）一端雙向固定、一端游動(dòng)(a)(b)圖10-19一端雙向固定、一端游動(dòng)的軸系單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）兩端游動(dòng)式圖10-20兩端游動(dòng)的軸系單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)軸承在軸上一般用軸肩或套筒定位，軸承內(nèi)圈的軸向固定應(yīng)根據(jù)軸向載荷的大小選用圖10-21（a）所示的軸端擋圈、圓螺母、軸用彈性擋圈等結(jié)構(gòu)。軸承外圈則采用圖10-21（b）所示的軸承座孔的端面（止口）、孔用彈性擋圈、壓板、端蓋等形式固定。（a）軸端擋圈、圓螺母、軸用彈性擋圈（b）端蓋

圖10-21單個(gè)軸承的軸向定位與固定單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)2.

軸承組合的調(diào)整（1）軸承間隙的調(diào)整常用的調(diào)整軸承間隙的方法有：1）如圖10-18所示，靠增減端蓋與箱體結(jié)合面間墊片的厚度進(jìn)行調(diào)整；2）如圖10-22所示，利用端蓋上的調(diào)節(jié)螺釘改變可調(diào)壓蓋及軸承外圈的軸向位置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，調(diào)整后用螺母鎖緊防松。圖0-22利用壓蓋調(diào)整軸承間隙單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（2）滾動(dòng)軸承的預(yù)緊在軸承安裝以后，使?jié)L動(dòng)體和套圈滾道間處于適當(dāng)?shù)念A(yù)壓緊狀態(tài)，稱為滾動(dòng)軸承的預(yù)緊。預(yù)緊的目的在于提高工作的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。成對(duì)并列使用的圓錐滾子軸承、角接觸球軸承及對(duì)旋轉(zhuǎn)精度和剛度有較高要求的軸系通常都采用預(yù)緊方法。如圖10-23所示，常用的預(yù)緊方法有在套圈間加墊片并加預(yù)緊力、磨窄套圈并加預(yù)緊力。圖10-23軸承的預(yù)緊單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)（3）軸承組合位置的調(diào)整軸承組合位置調(diào)整的目的，是使軸上的零件如齒輪等具有準(zhǔn)確的軸向工作位置。圖10-24為圓錐齒輪軸承的組合結(jié)構(gòu)，套杯與機(jī)座之間的墊片1用來(lái)調(diào)整軸系的軸向位置，而墊片2則用來(lái)調(diào)整軸承間隙。圖10-24軸承組合位置的調(diào)整單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)3.

支承部位的剛度和同軸度為保證支承部分的剛度，軸承座孔壁應(yīng)有足夠的厚度，并設(shè)置如圖10-25（a）所示的加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承剛度。為保證兩端軸承座孔的同軸度，箱體上同一軸線的兩個(gè)軸承座孔應(yīng)一次鏜出。如圖10-25（b）所示，若軸上裝有不同外徑尺寸的軸承時(shí)，可采用套杯式結(jié)構(gòu)，使兩端軸承座孔的直徑尺寸盡量相同，以便加工時(shí)一次鏜出兩軸承座孔。（a）

(b)圖10-25支承部位的剛度和同軸度單元10.2滾動(dòng)軸承的分析與設(shè)計(jì)4.滾動(dòng)軸承的配合滾動(dòng)軸承的配合是指軸承內(nèi)圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。因?yàn)闈L動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，軸承內(nèi)孔與軸徑的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。一般說(shuō)來(lái)，轉(zhuǎn)動(dòng)圈（通常是內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)）的轉(zhuǎn)速越高，載荷越大，工作溫度越高，則內(nèi)圈與軸頸應(yīng)采用越緊的配合。軸頸公差帶常取n6、m6、k6、js6等；座孔的公差帶常用J7、J6、H7和G7等，具體選擇可參考有關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。單元10.2滾動(dòng)軸承