軸承分類及使用講義

1、第17章 軸承,17-1 滑動(dòng)軸承的類型、結(jié)構(gòu)及潤滑,17-2 滾動(dòng)軸承的類型、結(jié)構(gòu)及代號(hào),17-3 滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算,17-5 滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì),17-4 滾動(dòng)軸承的潤滑和密封,1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；,2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損,分類：,滾動(dòng)軸承,軸承的功用：,滑動(dòng)軸承,應(yīng)用實(shí)例：汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械常采用滑動(dòng)軸承。,一、 向心滑動(dòng)軸承,組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。,17-1 滑動(dòng)軸承的類型、結(jié)構(gòu)及潤滑,整體式向心滑動(dòng)軸承,剖分式向心滑動(dòng)軸承,螺紋孔,軸承座,軸承,軸承座,軸承蓋,聯(lián)接螺栓,剖分

2、軸瓦,薄壁軸瓦,軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進(jìn)油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布在整個(gè)軸徑上。,進(jìn)油孔,油溝,厚壁軸瓦,整體軸套,卷制軸套,軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時(shí)結(jié)構(gòu)如圖,大型液體滑動(dòng)軸承常設(shè)計(jì)成兩邊供油的形式，既有利于形成動(dòng)壓油膜，又起冷卻作用。,油溝形式,寬徑比B/d-軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù),液體潤滑摩擦的滑動(dòng)軸承: B/d=0.51,非液體潤滑摩擦的滑動(dòng)軸承: B/d=0.81.5,作用：用來承受軸向載荷,二、 推力滑動(dòng)軸承,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為612。,-傾角固定，頂部預(yù)留

3、平臺(tái)，,類型,固定式,可傾式,用來承受停車后的載荷。,-傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行 調(diào)整，性能好。,巴氏合金,潤滑劑和潤滑裝置,一、 潤滑劑,作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。,分類,液體潤滑劑-潤滑油,半固體潤滑劑-潤滑脂,固體潤滑劑,1. 潤滑油,在用的大部分潤滑油為礦物油（石油）,粘度-重要參數(shù),在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。,A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。,液體層與層之間摩擦切應(yīng)

4、力：,- 牛頓液體流動(dòng)定律,-液體的動(dòng)力粘度，簡稱粘度,量綱：力時(shí)間/長度2,單位：N s /m2 (Pa s),或泊：1P=1 dyn s /cm2,運(yùn)動(dòng)粘度：,單位： m2 / s,或斯St：cm2 /s,或厘斯cSt：1St=100 cSt,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,分析位置y處薄層的受力,我國石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)定的,2. 潤滑脂,潤滑油的特性：,1）溫度 t ,2）壓力p ,選用原則：,1) 載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；,2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；,-潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。,優(yōu)點(diǎn)：密封簡單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對速度和溫度

5、不敏感，適用范圍廣。, ,但p 10 Mpa時(shí)可忽略。變化很小, ,粘-溫圖,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,3. 固體潤滑劑,缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場合。,目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60 以下的各種機(jī)械設(shè)備的軸承。,聚氟乙烯樹脂,用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬（MoS2）,-性能穩(wěn)定、t 350 才開始氧化， 可在水中工作。,-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300 )，但遇水性能下降。,-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.調(diào)和在潤滑油中；,2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；,

6、3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,其應(yīng)用日漸廣泛,二、潤滑裝置,1. 油杯,針閥式油杯,旋蓋式油杯 脂用,壓注式油杯,彈簧蓋油杯,2. 油環(huán),滾動(dòng)軸承的,17-2 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號(hào),各零件的作用：,外圈：支撐零件或軸系；,保持架: 將滾動(dòng)體分開。,內(nèi)圈：支撐軸；,滾動(dòng)體：滑動(dòng)滾動(dòng)；,硬度和接觸疲勞強(qiáng)度 、耐磨性和沖擊韌性 用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度達(dá)：6165HRC。工作表面需經(jīng)磨削或拋光。,保持架：低碳鋼，沖壓制成高速軸承：有色金屬或塑料。,滾動(dòng)軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架。,內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿著滾道滾動(dòng)。,裝在機(jī)座或零件軸孔內(nèi)；,滾動(dòng)

7、副的材料要求：,優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、潤滑簡便、 和易于互換等。,缺點(diǎn)：抗沖擊能力差、高速時(shí)出現(xiàn)噪音。,滾動(dòng)軸承按其承受載荷的方向（接觸角）和滾動(dòng)體的形狀分類。,接觸角：滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸 心線的平面之間的夾角稱為公稱接觸角。,接觸角 , 軸向承載能力 ,= 0,它是滾動(dòng)軸承的一個(gè)重要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。,軸承類型,按載荷方向分,按滾動(dòng)體形狀分,向心軸承,推力軸承,圓柱滾子,圓錐滾子,球面滾子,滾針,球軸承,滾子軸承,分類：,調(diào)心滾 子軸承 20000C,低,0.5 2 比10000小,能承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷。承載能力大

8、，具有調(diào)性能。,圓錐滾 子軸承 30000,中,2,能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。,推力球軸承 50000,低,不允許,只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。,a)單向,推力球軸承 50000,低,不允許,只能承受軸向載荷，且作用線必需與軸線重合。分為單、雙向兩種。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低，可用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處。,深溝球軸承 60000,高,816,能同時(shí)承受較大的徑向、軸向

9、聯(lián)合載荷。因線性接觸，承載能力大，內(nèi)外圈可分離，裝拆方便，稱對使用。,角接觸 球軸承 70000C(=15 ) 70000AC(=25 ) 70000B(=40 ),較高,210,能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。 大，承載能力越大，有三種規(guī)格。稱對使用。,1. 承載能力,承受徑向載荷為主；,幾點(diǎn)說明：由于結(jié)構(gòu)不同，各類軸承的使用性能也不相同，現(xiàn)說明如下。,滾子軸承(1.53)球軸承 在同樣的外形尺寸下。,2. 極限轉(zhuǎn)速,當(dāng)d 20 mm時(shí)，兩者承載能力接近，宜采用球軸承。,因滾子軸承貴角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。,0 45 ,45 90 ,承受軸向載荷為主；,= 0 ,=

10、90 ,滾動(dòng)體為滾子，則只能承受徑向載荷； 若滾動(dòng)體為球，可承受一定的軸向載荷。,只能承受軸向載荷。,轉(zhuǎn)速過高 ,溫度 ,潤滑失效 ,滾動(dòng)體回火或膠合破壞。,極限轉(zhuǎn)速-滾動(dòng)軸承在一定載荷與潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。,3. 角偏差,影響軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。,角偏差 ,可采用調(diào)心軸承。,滾針軸承對軸線傾斜最敏感，應(yīng)緊可能避免在軸線有傾斜的情況下使用。,軸承由于安裝誤差或軸的變形等都會(huì)引起內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜。其傾斜角稱為角偏差。,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)、技術(shù)要求等，為便于組織生產(chǎn)和選用，規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào)，,滾動(dòng)軸承的代號(hào),寬(高)度 系列代號(hào),直徑系列 代

11、號(hào),類型代號(hào),尺寸系列代號(hào),2. 基本代號(hào)：表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。,類型代號(hào) -左起第一位，為0（雙列角接觸球軸承） 則省略。,是軸承代號(hào)的基礎(chǔ)，有三項(xiàng),成套軸承分部件代號(hào),1. 前置代號(hào)-成套軸承分部件代號(hào)。,推力球軸承 50000,滾針軸承 a) NA0000 b) RNA0000,內(nèi)徑相同，而直徑系列代號(hào)不同的四種軸承的比較。,尺寸系列代號(hào)-左起第二、三位。,內(nèi)徑代號(hào) - 基本代號(hào)左起第四、五位。,3. 后置代號(hào) - 用字母（或加數(shù)字）表示。,注：公差等級(jí)中0級(jí)最低，向右依次增高，2級(jí)最高。,實(shí)例：說明滾動(dòng)軸承 62203 和 7312AC/P6 的含義,6 2 2 03,7

12、(0) 3 12 AC / P6,17-3 滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算,一、滾動(dòng)體的受力分析,二、失效形式,受純徑向載荷Fr時(shí)，上半圈滾動(dòng)體不受力；,下半圈各滾動(dòng)體受力大小方向均不同。,可以導(dǎo)出： z為滾動(dòng)體的總數(shù)。,疲勞破壞,永久變形,工作過程中，滾動(dòng)體相對內(nèi)外圈不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，因此滾動(dòng)體和滾道接觸表面受脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕。,當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞。但很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會(huì)使?jié)L道和滾動(dòng)體產(chǎn)生永久變形，從而使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和噪音而失效。,早期磨損,膠合,內(nèi)外圈和保持架破裂,維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)而造成。,所有水平分力相互抵銷，鉛垂分力與外載荷平衡。,受純軸向載荷

13、時(shí)，各滾動(dòng)體受力相同；,對一組同一型號(hào)的軸承，由于材料、熱處理和工藝等很多隨機(jī)因素的影響，即使在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命也不一樣，有的甚至相差幾十倍。因此，對一個(gè)具體的軸承，很難預(yù)知其確切的壽命。實(shí)驗(yàn)表明：壽命與可靠性有關(guān)。如圖,三、軸承壽命,定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴(kuò)展跡象之前的工作小時(shí)數(shù)稱為：,可靠度：一組相同軸承能達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分比.,基本額定壽命：一組同一型號(hào)軸承，在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時(shí)，能達(dá)到或超過的壽命L(Lh),在到達(dá)額定壽命時(shí)，有90%的軸承沒壞，只損壞了10%。,對于單個(gè)軸承而言，其損壞的可能性只有90%,單位為百萬轉(zhuǎn)106 r，或小時(shí)

14、. 換句話說,基本額定動(dòng)載荷：當(dāng)一套軸承運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一百萬轉(zhuǎn)時(shí)，軸 承所能承受的載荷C。.,向心軸承記為：Cr，可查表,推力軸承記為：Ca,壽命為1百萬轉(zhuǎn)時(shí). 可靠度為90%， 壽命為5百萬轉(zhuǎn)時(shí). 可靠度只有50%，,軸承壽命,大量試驗(yàn)得如下關(guān)系：,壽命指數(shù)：,-球軸承,-滾子軸承,用小時(shí)表示：,P-當(dāng)量動(dòng)載荷,當(dāng) t100 時(shí)， C ,引進(jìn)溫度系數(shù) ft 進(jìn)行修正。,一恒定徑向(或軸向)載荷，在該載荷作用下，滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用下的壽命。,修正結(jié)果：,工作中沖擊振動(dòng) C ,引進(jìn)載荷系數(shù) fP 進(jìn)行修正。,短時(shí)間或間斷使用，中斷時(shí)不致引起嚴(yán)重后果 40008000,間斷使用，中斷時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重

15、后果 800012000,每天8h工作的機(jī)械 1200020000,每天24h連續(xù)工作的機(jī)械 4000060000,四、當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算,滾動(dòng)軸承的基本動(dòng)載荷是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下確定的。對于向心軸承是指軸承承受純徑向載荷；對于推力軸承是指承受中心軸向載荷。實(shí)際情況可能既受徑向載荷又有軸向載荷，則必須將實(shí)際載荷換算成與實(shí)驗(yàn)條件相同的載荷后，才能和基本額定動(dòng)載荷進(jìn)行比較。換算后的載荷是一種假定載荷，稱為當(dāng)量載荷。,含義：當(dāng)量動(dòng)載荷是一種考慮徑向載荷與軸向載荷雙重影響，經(jīng)換算后的假想載荷。其效果與某一個(gè)基本額定動(dòng)載荷相當(dāng)。,計(jì)算公式：,P=X Fr+Y Fa,X-徑向動(dòng)載荷系數(shù)；,Y-軸向動(dòng)載荷系數(shù)

16、。,向心軸承：,P=Fr,推力軸承：,P=Fa,查表1612 P260,五、角接觸向心軸承軸向載荷的計(jì)算,受力分析：,由于的存在，即使在徑向載荷的作用下，其接觸力可分解為徑向和軸向兩個(gè)分量。,Fi = Fi +F”i,總軸向力F= Fi,為使內(nèi)部軸向力平衡，以免軸串動(dòng)，這種軸承應(yīng): 成對使用，對稱安裝。下面分兩個(gè)軸承面對面或背對背安裝兩種情況進(jìn)行詳細(xì)分析,-內(nèi)部軸向力,F的近似值可按如下近似公式計(jì)算,第i個(gè)滾動(dòng)體,1.若 FA+ F2 F1,壓緊端：Fa1 = FA+ F2,放松端：Fa2 = F2,2.若 FA+F2 F1,放松端： Fa1 = F1,壓緊端： Fa2 = F1 - FA,外

17、圈窄邊相對安裝 (正裝),結(jié)論： 放松端軸承的軸向載荷 = 內(nèi)部軸向力,壓緊端軸承的軸向載荷 = 其余軸向力的代數(shù)和本身除外,軸承2(放松端)承受的軸向載荷：,由于軸承1的右端已固定，軸不能向右移動(dòng)，軸承1被壓緊。由平衡條件得軸承1(壓緊端)承受的軸向載荷：,則軸承2被壓緊。由平衡條件得：,反裝時(shí)選左邊的軸承為1，右邊的軸承為2。,1. 若 FA+ F2 F1 則有：,結(jié)論與正裝相同！,壓緊端：Fa1 = FA+ F2,放松端：Fa2 = F2,2.若 FA+F2 F1 ,則有：,放松端： Fa1 = F1,壓緊端： Fa2 = F1 - FA,一、滾動(dòng)軸承的潤滑,潤滑劑,潤滑目的-減小摩擦、

18、減輕磨損，吸振、降溫、降噪。,17-4 滾動(dòng)軸承的潤滑和密封,密封目的-防止灰塵、水分進(jìn)入軸承，阻止?jié)櫥瑒┝魇А?潤滑脂,潤滑油,固體潤滑劑 用于特殊場合,用速度因素dn 值作為選擇潤滑劑的條件:,- 常用,- 高速、高溫,當(dāng)dn (1.52) 105 mmr/min時(shí)，采用脂潤滑，否則用油潤滑。,脂潤滑優(yōu)點(diǎn)：不容易流失、便于密封和維護(hù)，充填一 次，可運(yùn)轉(zhuǎn)較長時(shí)間。,油潤滑優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小、能散熱，可在高速、高溫環(huán) 境下使用。,dn間接反映了軸頸的圓周速度。,二、滾動(dòng)承的密封,潤滑油的選擇：,潤滑油的粘度根據(jù)速度因素dn和工作溫度t來確定。,滾動(dòng)承的密封方式的選擇與潤滑的種類、工作環(huán)境、溫度、

19、密封表面的圓周速度有關(guān)。,分類,接觸式,非接觸式,組合式密封,毛氈圈密封,密封圈密封,間隙密封,迷宮式密封,-毛氈迷宮式密封,例如： dn=100000，t=90 ,可用 110 號(hào)潤滑油,適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境清潔，軸頸圓周軸速度v45 m/s，工作溫度不超過90,矩形斷面的毛氈圈被安裝在梯形槽內(nèi)，它對軸產(chǎn)生一定的壓力而起到密封作用。,適用場合： 脂或油潤滑，軸頸圓周軸速度v45 m/s，工作溫度: -40100,防漏油,防灰塵,密封唇朝外，主要目的是防灰塵、雜質(zhì),接觸式密封：,適用場合： 脂潤滑，要求環(huán)境干燥清潔。,靠軸與端蓋之間的細(xì)小環(huán)形間隙密封，間隙愈小愈長，效果愈好，間隙取0.

20、10.3 mm。,間隙封圈,=0.10.3 mm,非接觸式密封：,適用場合：脂潤滑或油潤滑，工作溫度不高于密封用 脂的滴點(diǎn)。密封效果可靠。,圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會(huì)變長，間隙取 =1.52 mm。,迷宮式封圈,=0.10.2 mm,=1.52 mm,將旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的間隙做成迷宮形式，并在間隙中充填潤滑油或潤滑脂以加強(qiáng)密封效果。分為徑向和軸向兩種結(jié)構(gòu)。,適用場合：適用于脂潤滑或油潤滑，密封效果可靠。,也可以把多種密封形式組合在一起。這是組合密封的一種型式-毛氈加迷宮，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提高密封效果。組合密封的方式很多，不一一列舉。,組合式密封：,17-5 滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì),

21、一、軸承類型的選擇,1.無軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,17-5 滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì),一、軸承類型的選擇,1.無軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，宜用角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承；如斜齒輪軸,17-5 滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì),一、軸承類型的選擇,1.無軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，宜用角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承；如斜齒輪軸,17-5 滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì),一、軸承類型的選擇,1.無軸向載荷時(shí)，宜用深溝球軸承；如直齒輪軸,2.徑向與軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，宜用角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承；如斜齒輪軸,3.純軸向載荷作用時(shí)，必須采用推力軸承。,二、軸承的固定,固定方式,為了保證軸承在機(jī)器中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)，處理軸承與其周圍零件的之間的關(guān)系，也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其它零件的配合、間隙調(diào)整