机械设计基础课件：轴承.ppt

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1、1.滾動軸承的結構、類型和代號；2.滾動軸承的類型選擇；3.滾動軸承的失效形式和計算準則；4.滾動軸承的壽命計算；5.滾動軸承的組合設計；6.滑動軸承的類型、結構、材料、潤滑劑和潤滑裝置；7.非液體摩擦滑動軸承的設計計算。,1.熟悉滾動軸承的結構、類型和代號；2.能正確選擇滾動軸承的類型，並掌握滾動軸承壽命計算方法；3.根據外載荷、結構等要求，能進行滾動軸承組合設計；4.瞭解滑動軸承的主要類型與結構、潤滑與潤滑裝置、軸承的材料和選擇；5.掌握非液體摩擦徑向滑動軸承的設計計算。,軸承,教學提綱,教學目標,14.1 滾動軸承的結構、類型和代號,軸承功用：支承軸或軸上回轉零件，並保持軸的旋轉精度，減

2、少摩擦和磨損。,14.1.1滾動軸承的結構,滾動軸承的基本結構：內圈1、外圈2、滾動體3和保持架4。,根據軸承工作時表面摩擦的性質不同分類：滑動軸承和滾動軸承。,滾動體：球和滾子兩大類。滾子的形狀：圓柱滾子、圓錐滾子、針形滾子、球面滾子等。,軸承的內、外圈和滾動體，一般是用強度高、耐磨性好的軸承鋼製造，常用牌號有滾動軸承鋼GCr9、GCr15、GCr15SiMn等。保持架有衝壓式和實體式兩種形式。,滾動軸承特點：標準件。由專門的軸承工廠成批生產，成本低，選用和更換都很方便。摩擦阻力小，啟動靈活，效率高，潤滑與維護方便。能在較廣泛的載荷、轉速和工作溫度範圍內工作。但滾動軸承承受衝擊載荷的能力較差

3、，高速重載時雜訊大，壽命較低，小批生產特殊滾動軸承時成本較高，徑向外廓尺寸較大。,14.1.2滾動軸承的主要類型,1.按滾動體形狀分類,滾動軸承：球軸承和滾子軸承兩種。,2.按公稱接觸角或承受載荷的方向分類,公稱接觸角：滾動體與外圈接觸處的法線和軸承徑向平面(垂直於軸承軸心線的平面)之間的夾角，用表示。,公稱接觸角反映了軸承承受軸向載荷的能力，公稱接觸角越大，承受軸向載荷的能力越強。,3.按調心性能分類,滾動軸承：剛性軸承（軸承的內外圈軸線之間的允許偏斜角很小或為零）和調心軸承（軸承的內外圈軸線之間的允許偏斜角較大）兩種。,14.1.3 滾動軸承代號,滾動軸承的代號用字母和數字表示，並由前置代

4、號、基本代號和後置代號三部分構成。,1.前置代號用字母來表示軸承分部件。,2.基本代號軸承代號的核心，表示軸承的類型結構和尺寸。由類型代號、尺寸系列代號和內徑代號組成。,（1）類型代號用數字或字母表示軸承的類型。,（2）尺寸系列代號由兩位數字組成。前一位數字表示寬度系列（向心軸承）或高度系列（推力軸承），後一位數字表示直徑系列。,寬度系列或高度系列結構、內徑和外徑都相同的軸承，在寬度或高度方面的變化系列。當寬度系列代號為“0”時可省略不標，但調心滾子軸承和圓錐滾子軸承不能省略。,直徑系列對比,直徑系列結構相同、內徑相同的軸承在外徑方面的變化系列。,（3）內徑代號 軸承內徑的大小，用數字表示。,

5、內部結構代號同一類型軸承的不同內部結構（如C、AC、B分別表示公稱接觸角=15、25、40的角接觸球軸承）。,公差等級代號按精度依次由低到高，軸承公差等級分為0、6x、6、5、4、2共6級，用代號/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2表示（/P0 可省略）。,遊隙代號常用軸承的徑向遊隙有1、2、0、3、4、5共6組，遊隙依次由小到大，代號分別為/C1、/C2、/C3、/C4、/C5（0組遊隙可不標注）。,配置代號/DF表示面對面安裝；/DB表示背對背安裝；/DT表示串聯安裝。,3.後置代號用字母或字母加數字表示，說明軸承的內部結構、密封和防塵圈形狀、材料、公差等級等。,選擇原則:,1

6、4.2 滾動軸承的類型選擇,1.載荷的大小、方向和性質 載荷大、有振動和衝擊時優先選擇滾子軸承；反之，應選擇球軸承。受純徑向載荷時，應選用向心軸承，如深溝球軸承、圓錐滾子軸承等；受純軸向載荷時，應選用推力軸承，如推力球軸承等；同時受徑向載荷和軸向載荷作用時，當與徑向載荷相比，軸向載荷較小時，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承；當與徑向載荷相比，軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承；當軸向載荷比徑向載荷大很多時，可選用向心軸承和推力軸承組合安裝的結構。,2.軸承的轉速球軸承的極限轉速高於滾子軸承，當軸承轉速較高時，宜選用球軸承。,3.調心性能要求,4

7、.拆裝要求,5.安裝尺寸要求,6.經濟性要求,調心球軸承調心特性,14.3 滾動軸承的尺寸選擇,14.3.1 滾動軸承的失效形式和設計準則,1.向心軸承載荷的分佈,滾動軸承受純徑向載荷Fr作用，滾動體及內、外圈滾道上各點載荷為交變載荷，引起的應力為脈動迴圈的接觸應力。,向心軸承中徑向載荷的分佈,2.滾動軸承的失效形式,（1）疲勞點蝕,由於各承載元件承受脈動迴圈變應力的反復作用，在各接觸表面產生疲勞裂紋。隨著應力迴圈次數的增加，裂紋進一步擴展，使表面金屬材料發生局部剝落，產生疲勞點蝕。,滾動軸承的疲勞點蝕,（2）塑性變形,當軸承的轉速很低(n10r/min)或間歇擺動時，一般不會發生疲勞點蝕，軸

8、承往往因受過大的靜載荷或衝擊載荷作用，使內、外圈滾道與滾動體接觸處的局部應力超過材料的屈服極限而產生永久變形，形成不均勻的凹坑。,滾動軸承的塑性變形,（3）磨損,由於使用、維護不當或密封、潤滑不良等原因，還可能引起軸承的磨粒磨損。,滾動軸承的磨損,3.滾動軸承的設計準則,（1）對於一般工作條件的滾動軸承，主要失效形式是疲勞點蝕，主要進行壽命計算，並校核靜強度；（2）對於不轉動、間歇擺動或轉速很低的軸承，其失效形式是塑性變形，主要進行靜強度計算；（3）對於高速軸承，除壽命計算外，還應校核極限轉速，防止發生膠合。,14.3.2 滾動軸承的壽命計算,軸承的基本額定壽命：一批相同型號的軸承，在同樣條件

9、下工作，其中90%的軸承未發生疲勞點蝕前轉過的總轉數，或在一定轉速下總的工作小時數，分別用L10（單位為106r）和Lh（單位為h）表示。,滾動軸承的基本額定動載荷：使軸承的基本額定壽命為106r時，軸承所能承受的最大載荷值，用C表示。,1.滾動軸承的基本額定壽命,軸承的疲勞壽命：單個軸承中的任一元件出現疲勞點蝕前的實際運轉總轉數(r)，或在一定轉速下的實際運轉小時數（h）。,2.滾動軸承的基本額定動載荷,基本額定動載荷,向心軸承指純徑向載荷，稱為徑向基本額定動載荷，用Cr表示。,推力軸承指純軸向載荷，稱為軸向基本額定動載荷，用Ca表示。,3.滾動軸承的壽命計算公式,軸承的載荷-壽命曲線,曲線

10、方程,軸承壽命計算式,（106r）,（h）,軸承在溫度高於120的環境下工作時，引用溫度係數ft予以修正,壽命計算公式,軸承承受的額定動載荷,4.滾動軸承的當量動載荷,當量動載荷（P）：把實際作用的複合外載荷折算成與基本額定動載荷條件相同的一假想載荷，即純徑向或純軸向載荷，並使在該假想載荷作用下軸承的壽命與在實際的複合載荷作用下軸承的壽命相同。,計算公式,X、Y分別為徑向動載荷係數和軸向動載荷係數，其值見表14-9。,對於只能承受純徑向載荷Fr的軸承,對於只能承受純軸向載荷Fa的軸承,考慮機器振動、衝擊和其他載荷的影響，對當量動載荷乘上載荷係數fp修正，實際當量動載荷,5.角接觸球軸承和圓錐滾

11、子軸承軸向載荷的計算,角接觸球軸承內部軸向力和載荷作用中心,角接觸球軸承和圓錐滾子軸承在承受徑向載荷Fr時，要產生內部軸向力FS。,內部軸向力大小：見表14-11中公式；方向：由軸承外圈的寬邊一端指向窄邊一端。,角接觸球軸承和圓錐滾子軸承安裝方式：兩端軸承外圈窄邊相對，稱為正裝或“面對面”安裝；兩端軸承外圈寬邊相對，稱為反裝或“背靠背”安裝。,角接觸球軸承安裝方式,計算角接觸球軸承、圓錐滾子軸承軸向載荷的步驟和方法：（1）根據軸承的安裝方式，確定內部軸向力的大小及方向；（2）判斷全部軸向載荷合力的方向，確定被“壓緊”的軸承及被“放鬆”的軸承；（3）被“壓緊”軸承所受的軸向載荷，應為除了自身內部

12、軸向力之外，其他所有軸向力的代數和；被“放鬆”軸承所受的軸向載荷，等於自身內部軸向力。,角接觸球軸承軸向載荷分析,14.3.3 滾動軸承的靜強度計算,計算目的：防止軸承元件產生過大的塑性變形，以保證軸承正常工作。,軸承的基本額定靜載荷：在該靜載荷作用下，受載最大的滾動體與套圈滾道接觸處的接觸應力達到某一特定值（調心球軸承為4600Mpa，其他所有的向心球軸承為2400Mpa，用C0（C0r或C0a）表示。,靜強度條件,或,當軸承上同時作用有徑向載荷Fr和軸向載荷Fa時，折合成一個當量靜載荷P0，計算公式,（取兩式中計算值大者）,14.4 滾動軸承的組合設計,14.4.1 滾動軸承的支承結構方式

13、,1.兩端固定式支承結構,適用：兩支點距離L350mm的短軸，或在工作中溫升較小（t70C）的軸。,特點：兩端支點中的每個支點分別承受一個方向的軸向力，限制軸一個方向的移動，兩個支點合起來限制軸的雙向移動。,為補償軸的受熱伸長，對於內部間隙不可調的軸承(如深溝球軸承)，在一端軸承外圈與端蓋間應留有0.25mm0.4mm的軸向間隙。,2.一端固定、一端遊動式支承結構,適用：支點跨距較大（L350mm）或工作溫度較高（t70C）的軸。,特點：一端軸承的內、外圈兩側均軸向固定，限制軸的左右兩個方向的移動，是固定端。另一端軸承為遊動端，補償軸的熱伸長變形。,一端固定、一端遊動式支承,3.兩端遊動式支承

14、結構,兩端遊動式支承,14.4.2 滾動軸承內外圈的軸向固定,14.4.3 滾動軸承的調整,可調壓蓋,1.軸承間隙的調整,調整墊片,2.軸系軸向位置的調整,調整的目的：使軸上零件有準確的工作位置。,軸系軸向位置的調整是通過調整墊片來實現的。,小錐齒輪軸的軸承組合結構,14.4.4 滾動軸承的配合,滾動軸承是標準件，以軸承的內、外圈為基準，軸承內圈與軸頸配合時採用基孔制，軸承外圈與軸承座孔配合時採用基軸制。,滾動軸承的配合:滾動軸承內圈與軸頸及外圈與軸承座孔的配合。,滾動軸承的公差標準規定其內徑和外徑的公差帶統一採用上偏差為零，下偏差為負值的分佈。,滾動軸承的公差帶,內圈與軸頸常取具有過盈量的過

15、渡配合，如軸頸的公差採用n6、m6、k6、js6等；外圈與座孔常取較松的過渡配合，如座孔的公差採用K7、J7、H7、G7等。,在裝配圖中進行尺寸標注時，不需要標注滾動軸承的內圈或外圈的公差符號，只標注與之配合的軸頸和軸承座孔的公差符號。,滾動軸承配合的標注,14.4.5 滾動軸承的安裝與拆卸,軸承安裝方法：熱套法和冷壓法。,冷壓法安裝滾動軸承,拆卸軸承採用專用工具。,14.4.6 滾動軸承的潤滑,根據軸承的速度選擇潤滑方式和潤滑劑，見表14-15。,潤滑作用：減小摩擦與磨損，還可以散熱、減小接觸應力、防銹、吸振等。,常用潤滑劑：潤滑油及潤滑脂兩類。也有使用固體潤滑劑的。,14.4.7 滾動軸承

16、的密封,密封目的：防止外部塵埃、水分及其他雜物進入軸承，並防止軸承內潤滑劑流失。,密封裝置分為接觸式和非接觸式。,14.5 滑動軸承的類型、結構和材料,滑動軸承的優點：,滑動軸承包含零件少，元件間一般有潤滑油膜存在，而且為面接觸，所以其承載能力大，抗衝擊強，噪音低，工作平穩可靠，回轉精度高。在高速、重載、衝擊、高精度、徑向結構小、水或腐蝕介質等工作場合下，滑動軸承比滾動軸承具有更為優越的性能。此外，由於滑動軸承結構簡單，製造容易，成本低，在水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等低速而帶有衝擊載荷的機械中，也常採用滑動軸承。,14.5.1 滑動軸承的類型,1.向心滑動軸承,結構形式：整體式和剖分式。,

17、（1）整體式向心滑動軸承,組成：由軸承座及軸瓦組成。軸承座用螺栓與機座聯接，頂部設有安裝油杯的螺紋孔。,特點及應用：結構簡單，成本低，但磨損後軸承的徑向間隙無法調整，且裝拆不如剖分式軸承方便。多用於輕載、低速、間歇工作的場合。,（2）剖分式向心滑動軸承,組成：由軸承座、軸承蓋、剖分軸瓦、雙頭螺柱等組成。,特點及應用：軸承蓋與軸承座間的剖分面最好與載荷方向垂直，多數軸承的剖分面是水準的，也有剖分面為傾斜的。在剖分面上設有階梯形的定位止口，以便安裝時對中。剖分面間放有墊片，以便磨損後調整軸承的徑向間隙。應用較廣，並已標準化。,（3）自動調心軸承,組成：軸瓦外表面作成球面，與軸承座的球狀內表面相配合

18、,特點及應用：軸瓦可自動調位以適應軸頸在軸彎曲時產生的偏斜。軸承的寬度L大於軸頸直徑d的15倍時，或軸的剛度較小，或兩軸難於保證同心時，皆宜採用自動調心軸承。,2.推力滑動軸承,特點及應用：結構簡單，潤滑方便，多用於低速、輕載的場合。,14.5.2 軸瓦的結構,2.軸瓦,1.軸承襯,軸承襯：重要軸承為了改善軸瓦表面的摩擦性質，常在軸瓦基體內表面上澆鑄的一層或兩層減摩性能好的材料。,軸瓦與軸承襯結合形式,軸瓦結構：整體式和剖分式。,整體式軸瓦,剖分式軸瓦,軸瓦的周向固定,3.油孔與油溝,作用：油孔用來供應潤滑油，油溝用來輸送潤滑油。,注意：油孔的位置應設置在油膜壓力最小的非承載區；軸向油溝長度應

19、為軸承寬度的80，以免潤滑劑流失過多。,常見油溝形式,14.5.3 滑動軸承的材料,滑動軸承材料：與軸頸直接接觸的軸瓦或軸承襯的材料。,1.軸承蓋和軸承座的材料,常用材料：灰鑄鐵。載荷較大及有衝擊載荷時，用鑄鋼。,2.軸瓦材料,滑動軸承失效形式：軸瓦磨損、膠合(燒瓦)和疲勞破壞。,軸瓦材料應具有的性能：足夠的強度；良好的減摩性、耐磨性和跑合性；較好的抗膠合性；較好的順應性和嵌藏性；良好的導熱性及加工工藝性等。,滑動軸承的失效形式,軸瓦常用材料：,（1）軸承合金(巴氏合金)軸承合金有錫銻軸承合金和鉛銻軸承合金兩類。這兩類材料減摩性、跑合性好，抗膠合能力強，適用於高速和重載軸承。但合金的機械強度較

20、低，價格較貴，故只用於作軸承襯材料。,（2）銅合金銅合金是常用的軸瓦材料。主要有錫青銅、鋁青銅和鉛青銅三種，青銅的強度高，減摩性、耐磨性和導熱性都較好，但材料的硬度較高，不易跑合。適用於中速重載、低速重載的場合。,（3）鑄鐵分為灰鑄鐵和球墨鑄鐵。材料中的片狀或球狀石墨成分在材料表面上覆蓋後，可以形成一層起潤滑作用的石墨層。鑄鐵的性能不如軸承合金和銅合金，但價格低廉，適用於低速、輕載不重要的軸承。,（4）粉末冶金粉末冶金是一種多孔金屬材料，由銅、鐵、石墨等粉末經壓制、燒結而成，具有自潤滑性能。但該材料韌性小，只適用於平穩的無衝擊載荷及中、小速度情況下。,常用軸瓦材料的性能和應用見表14-18。,

21、潤滑油選擇：考慮潤滑油的粘度和潤滑性。,14.6 滑動軸承的潤滑,潤滑目的：降低摩擦面的摩擦，減少磨損，提高效率，延長壽命，同時還有冷卻、吸振、絕緣、防腐、密封和排汙等作用。,潤滑劑：氣體、液體、半固體和固體物質，其中液體的潤滑油和半固體的潤滑脂被廣泛採用。,14.6.1潤滑油及其選擇,選擇原則：（1）在高速輕載的工作條件下，為了減小摩擦損耗可選擇粘度小的潤滑油，如選用N5或N7號機械油。（2）在重載或衝擊載荷工作條件下，應採用潤滑性大、粘度大的潤滑油，以形成穩定的潤滑膜，如選用N100和N150號機械油。（3）表面粗糙或未經跑合的表面應選擇粘度高的潤滑油。（4）一般要求的滑動軸承可選用N15

22、、N22、N32號機械油。,滑動軸承潤滑油選擇見表14-19。,應用：軸頸速度小於12m/s的滑動軸承可以採用潤滑脂，主要用在速度低、載荷大、不經常加油、使用要求不高的場合。,14.6.2 潤滑脂及其選擇,潤滑脂的選擇：主要是考慮針入度和滴點。,滑動軸承潤滑脂選擇見表14-20。,14.6.3 潤滑裝置,14.7.1 非液體摩擦滑動軸承的設計準則,14.7 非液體摩擦滑動軸承的設計計算,主要失效形式：工作表面的磨損和工作表面的膠合。,2.驗算軸承的pv值避免產生膠合,設計準則：維持軸頸和軸瓦間邊界油膜不受破壞。,14.7.2 非液體摩擦向心滑動軸承的設計計算,已知：軸頸所受的徑向載荷Fr、軸的轉速n、軸頸的直徑d和軸承的工作條件。,設計計算內容：確定軸承的長徑比L/d，選擇軸承材料，校核p、pv、v值。,1.驗算平均壓強p值防止磨損發生,3.驗算軸承的v值防止高速時軸承磨損,校核pv值,14.7.3 非液體摩擦推力滑動軸承的設計計算,校核壓強p,