第十章_轴承（课件）-《机械设计基础》同步教学（机工教育）

第十章 轴承 §10.1 轴承的分类 §10.2 滑动轴承的典型结构 §10.3 滑动轴承材料及轴瓦结构 §10.4 非液体摩擦滑动轴承的校核计算 §10.5 滚动轴承的类型、代号及其选择 §10.6 滚动轴承的寿命及尺寸选择 §10.7 滚动轴承的组合设计 §10.8 轴承的润滑、润滑装置和密封装置 10.1轴承的分类 轴承的功用：支承轴及轴上的零件，并保持轴的旋转精度和减少轴与支承间的摩擦和磨损。 分类： 摩擦性质：滑动轴承、滚动轴承 承受载荷的方向：向心轴承（径向载荷） 推力轴承（轴向载荷） 向心推力轴承（径向、轴向载荷） 工作表面的摩擦状态： 液体摩擦滑动轴承： 非液体摩擦滑动轴承 动压、静压 一般机器 高速重载 10.2滑动轴承的典型结构 一、径向滑动轴承 一般由壳体、轴瓦和润滑装置组成。 可以直接利用机器的箱壁凸缘或机器的一部分组成。 10.2滑动轴承的典型结构 1.整体式滑动轴承 2.对开式滑动轴承 10.2滑动轴承的典型结构 3.自位式滑动轴承 10.2滑动轴承的典型结构 二、推力滑动轴承 由轴承座和轴颈组成。 工作表面可以是轴的端面或轴上的环形平面。 10.2滑动轴承的典型结构 其他形式的滑动支承： 10.3滑动轴承材料和轴瓦结构 一、轴承材料 1.对轴承材料的基本要求 滑动轴承的主要失效形式：轴瓦的磨损和胶合。 轴承材料应具备以下性能： ⑴摩擦系数小 ⑵导热性好，热膨胀系数小 ⑶耐磨、耐蚀、抗胶合能力强 ⑷足够的机械强度和可塑性 ⑸工艺性好，价格便宜，易于获得 2.常用的轴承材料 轴承合金、铜合金、铝合金、铸铁和其他材料 10.3滑动轴承材料和轴瓦结构 二、轴瓦结构 常用的轴瓦分为整体式和剖分式两种结构。 整体轴瓦 剖分式轴瓦 为了使润滑油能很好的分布到轴瓦的整个工作表面，在轴瓦的非承载区要开设油沟和油孔。常见的油沟形式有轴向、周向和斜向三种。 10.4非液体摩擦滑动轴承的校核计算 主要失效形式：磨损和胶合。 设计步骤： 1.选择轴承的类型和轴瓦材料 2.确定轴承的工作长度l 3.验算轴承表面的平均压强p，滑动速度v和pv值 4.确定轴颈与轴瓦之间的间隙 10.4非液体摩擦滑动轴承的校核计算 一、径向滑动轴承的校核计算 1.校核轴承摩擦表面的平均压强p（磨损） 2.校核pv值（胶合） 3.校核v（磨损） 当验算结果不能满足要求时，可改用较好的轴瓦材料或加大轴承的几何尺寸d和l。 10.4非液体摩擦滑动轴承的校核计算 二、推力滑动轴承的校核计算 10.4非液体摩擦滑动轴承的校核计算 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 一、滚动轴承的类型 滚动轴承已经标准化 内圈 外圈 滚动体 保持架 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 滚动体形式：球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等几种。 球 圆柱滚子 圆锥滚子 鼓形滚子 滚针 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 优点：滚动轴承具有摩擦阻力小，起动灵活，效率高，润滑简便和互换性好等。 缺点：抗冲击载荷的能力差，高速时会出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。 按滚子形状可分为： 球轴承 滚子轴承 按承载方向： 向心轴承 推力轴承 向心推力轴承 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 一、滚动轴承的几个基本特性 1、 接触角α： 滚动体与外圈的接触法线和半径方向之间所夹锐角。 α α α 接触角反映了轴承承受载荷方向的特性。接触角是滚动轴承的一个主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 2、 游隙 ∆ 滚动体内圈、外圈滚道之间的最大间隙。 ∆ ∆ 径向间隙 轴向间隙 游隙是影响轴承运转精度、使用寿命、噪声级别以 及温升的重要数据，控制游隙是项重要的工作。 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 3、 偏斜角(量)θ 一般指调心轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹的锐角。 θ 此类轴承通常具有偏 位角的自适应性能， 当轴承座孔与轴发生轴 线偏离时，它可以自动 适应轴心的偏斜。 故这种轴承也称作 调心轴承。 3、按结构形式不同，标准滚动轴承分为13类，最常用的有六类: 构造和类型4 深沟球轴承（6） 圆柱滚子轴承（N、NU） 推力球轴承 （5） 角接触球轴承（7） 圆锥滚子轴承（3） 调心球轴承（1） 调心滚子轴承（2） 滚针轴承 （NA) 向心角接触轴承 径向接触轴承 推力滚子轴承（8） 轴向接触轴承 类型代号 成对使用， 反向安装 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 深沟球轴承 6 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 角接触球轴承 7 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 圆锥滚子轴承 3 面对面 背靠背 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 圆柱滚子轴承 N 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 滚针轴承 NA 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 推力球轴承 5 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 调心球轴承 1 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 调心滚子轴承 2 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 双列深沟球轴承 4 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 二、滚动轴承的代号 基本代号（字母或数字） 后置代号（字母或加数字） 前置代号 （字母） 1 2 3 4 5 类型代号 内径代号 内部结构改变 密封与防尘及外形改变 保持架及其材料改变 公差等级代号 游隙组别代号 其它代号 可拆分部件轴承 或分部件代号 滚动轴承代号是表示结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品代号 尺寸系 列代号 宽度系列代号 直径系列代号 （1）类型代号---左起第1位 轴承类型 代 号 调心球轴承 1 调心滚子轴承 2 圆锥滚子轴承 3 双列深沟球轴承 4 推力球轴承 5 深沟球轴承 6 角接触球轴承 7 推力圆柱滚子轴承 8 圆柱滚子轴承 N 滚针轴承 NA 1、基本代号 ——表示类型、结构和尺寸的代号 数字或字母表示不同类型的轴承 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 （2）尺寸系列代号 宽度（高度）系列----左起第2位 ——内、外径相同而宽度（推力轴承称为高度）不同的特征表示。 向心轴承 常用代号： 0正常；1宽；2特宽 * 在代号中0可以 省略（除圆锥滚子 轴承(3类)和调心滚 子轴承(2类)外） 推力轴承 常用代号： 1，2 向心轴承宽度增加 推力轴承高度增加 直径系列---左起第3位 ——内径相同而外径不同的特征表示 常用代号： 1（特轻）；2（轻）；3（中）； 4（重） 直径增加 （3）内径代号-左起第4，5位 代号 00 01 02 03 04~96 内径（mm） 10 12 15 17 代号×5 滚动轴承的内径d=10~480mm的范围内，其代号有以下的规律： 2、前置代号 —表示可拆分轴承或其分部件的代号（不常见） 3、后置代号 ——表示结构特点、公差等级、游隙组别、 材料及密封、技术要求等发生改变时 的补充代号。 （1）内部结构改变代号及含义 接触角α加大 32215E E 圆锥滚子轴承 （30000） 接触角α=40o 7210B B 接触角α=25o 7210AC AC 接触角α=15o 7210C C 角接触球轴承 （70000） 含 义 示例 代号 轴承类型 （2）密封、防尘与外部形状改变代号及含义 代号 含 义 示例 N 轴承外圈上有止动槽 6120N NR 轴承外圈上有止动槽，并带有止动环 6120NR —Z 轴承一面带防尘盖 6120 —Z —FS 轴承一面带毡圈密封 6120—FS （3）公差等级代号及含义 低 高 公差等级符合标准规定的2级 /P2 公差等级符合标准规定的4级 /P4 公差等级符合标准规定的5级 /P5 公差等级符合标准规定的6x级 /P6x 公差等级符合标准规定的6级 /P6 公差等级符合标准规定的0级（普通级一般可省略不标） (/P0) 含 义 代号 （4）游隙组别代号及含义 小 大 游隙符合标准规定的5组 /C5 游隙符合标准规定的4组 /C4 游隙符合标准规定的3组 /C3 游隙符合标准规定的0组（基本组一般可省略不标） (/C0) 游隙符合标准规定的2组 /C2 游隙符合标准规定的1组 /C1 含 义 代号 当公差等级和游隙组别同时标注时，“/”号可省略。 （5） 配置代号 有时轴承需成对安装。 面对面（/DF） 背对背(/DB) 串联(/DT) 例： 试说明以下轴承代号的意义。 7 2 0 8 AC / P5 公差等级为5级 内径为d=40mm 直径系列为“轻” 宽度系列为“正常”（0 代号省略） 轴承类型为：角接触球轴承 游隙组别为：基本组（/C0代号省略） 接触角为α =25o 7306AC/P4—— 角接触球轴承，α=20°，d=30mm，精度为4级 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 3 0 3 0 8 轴承类型为：圆锥滚子轴承 直径系列为“中” 内径为d=40mm 公差等级为：普通级（省略） 游隙组别为：基本组（省略） 宽度系列为“正常”（3字头不可省略） 6 3 1 0 轴承类型为：深沟球轴承 宽度系列为“正常”（0 代号省略） 直径系列为“中” 内径为d=50mm 公差等级为：普通级（省略） 游隙组别为：基本组（省略） 6 2 1 2 N 2 2 0 8 尺寸系列代号为2 表示轴承内径 8 5=40mm 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 表示轴承内径 12 5=60mm 尺寸系列代号为22 3 3 3 1 5 E 表示轴承内径 15 5=75mm 圆锥滚子轴承 尺寸系列代号为33 加强型 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 三、滚动轴承的类型选择 一、滚动轴承的主要类型 主要掌握： 5、50000型:推力球轴承 单向：单向A 双向：双向A 1、60000型:深沟球轴承 2、70000型:角接触球轴承 70000AC：α=25° 70000C：α=15° 70000B：α=40° 4、N0000型:圆柱滚子轴承:内外圈间可自由移动 3、30000型:圆锥滚子轴承 6、调心功能 10000型：调心球 20000型：调心滚子 外圈滚道为 内球面 二、类型的选择 1、轴承的转速 球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。 承载能力：球轴承＜滚子轴承 耐冲击： 球轴承＜滚子轴承 nlim： 球轴承＞滚子轴承 ∴载荷大、有冲击时选滚子轴承，转速高时选球轴承。 2、载荷性质 同时A、R：角接触球轴承或圆锥滚子轴承； R大、A小：深沟球轴承； A大、 R 小：推力角接触轴承； 3、轴刚度差、弯曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴：调心轴承。 座孔不平形 不同轴 弯曲变形 4、根据装拆要求选择类型 考虑装拆方便时，宜选用内外圈可分离的轴承如： N0000型、30000型。 外圈无挡边 内圈无挡边 5、根据经济性选择类型 在满足使用要求下： 应尽量选用价廉的球轴承， 不选用价高的滚子轴承； 无特殊使用要求时： 应尽量选用普通级精度轴承； 举例： 1）直齿圆柱齿轮轴： 2）斜齿轮、锥齿轮、蜗轮轴： 3）悬臂圆锥齿轮轴： 4）蜗杆轴： 分别承受A、R 5）滑轮轴： 4类：双列深沟球轴承 （∵轴较长） 10.5滚动轴承的类型、代号及其选择 讨论一：了解轴承的类型、组成、应用场合，结构特点； 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 一、滚动轴承的失效形式 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 二、滚动轴承的寿命计算 1.基本额定寿命和基本额定动载荷 基本额定寿命 、 （作为轴承寿命的依据） 轴承的基本额定寿命是指90％可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿命，以符号 和 表示。 基本额定动载荷C 基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的额定载荷。 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 2.滚动轴承寿命计算公式 轴承寿命指数 如果已知当量动载荷P和转速n，需按轴承的预期使用寿命L10h′选择轴承，上式可改写为： 设计式：设计选型 校核式：校核寿命 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 3.滚动载荷的当量动载荷 只能承受纯径向载荷Fr的轴承 只能承受纯轴向载荷Fa的轴承 轴承在实际工作中，往往同时受到径向载荷与轴向载荷的复合作用，寿命计算中须将这个复合载荷换算成某一假想载荷，在此假想载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，并与额定动载荷具有相同的受载条件，该假想载荷称为当量动载荷，用P(N)表示。 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 4.向心推力轴承轴向载荷的计算 角接触球轴承和圆锥滚子轴承承受径向载荷时，一般成对使用 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 5.滚动轴承的静强度计算 计算公式 当量静载荷 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 例：一深沟球轴承，型号为6308，其额定动载荷Cr＝40.8 KN, 额定静载荷 Cor＝24 kN ，轴的转速n＝1450 r / min ；工作温度正常，ft=1.0，载荷系数 fp＝1.1,ε=3。此轴承受到径向载荷Fr＝2480N，轴向载荷Fa＝1344N，试计算轴承寿命。 查表10-5 ,e=0.26 查表10-5,得 X=0.56,Y=1.71 因为fp=1.1,ft=1.0 10.6滚动轴承的寿命及尺寸选择 例：已知深沟球轴承工作中只承受径向载荷Fr=3000N，转速n=400r/min，载荷平稳，轴承工作温度低于100ºC，希望轴承的使用寿命大于5000h，初定轴颈直径为30mm，球轴承寿命指数ε＝3 。试选择合理的深沟球轴承型号。 查表，选择Cr=19.5KN 轴承型号为：6206 例：已知深沟球轴承工作中只承受径向载荷Fr=3000N，转速n=400r/min，载荷平稳，轴承工作温度低于100ºC，希望轴承的使用寿命大于5000h，初定轴颈直径为30mm，球轴承寿命指数ε＝3 。试选择合理的深沟球轴承型号。 初选6206 若6206不能满足要求，则重新选择中、重系列。 10.7滚动轴承的组合设计 一、保证支承的刚度和同心度 轴承孔壁及外壳均应有足够的厚度，壁板上的轴承座的悬臂应尽可能缩短，并用加强筋来增强支承部位的刚性。 10.7滚动轴承的组合设计 保持同轴度。 尽可能采用整体铸造机壳，并采用直径相同的轴承孔； 如在一根轴上装有不同直径的轴承时，可在直径小的轴承处加套杯，使轴承孔具有相同的直径。 10.7滚动轴承的组合设计 1.轴承的固定 ⑴双支承单向固定 每个轴承承受一个方向的轴向力。组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力A。安装时，轴承外圈与端盖间隙：0.25~0.4mm 10.7滚动轴承的组合设计 ⑵单支承双向固定 一端轴承的固定即限制轴的双向串动承受双向轴向力（6；一对3、7类；向心推力组合）；另一端轴承不固定，为游动支承防止卡死。 特点：轴的位置准确，但结构较复杂， 10.7滚动轴承的组合设计 10.7滚动轴承的组合设计 内圈在轴上的轴向固定方法： a)利用轴肩单向固定，只能承受单向轴向力 b)利用轴肩和弹性挡圈嵌入轴的环槽内作双向固定，用于轴向力不大和转速不高的情况 c)利用轴肩和轴端挡圈固定，可以承受高转速下大的轴向力 d)利用轴肩、圆螺母和止动垫圈固定，可以承受较大的轴向力 10.7滚动轴承的组合设计 外圈在轴承座孔内的轴向固定方法： a)利用轴承端盖单向固定，可以承受很大的轴向力 b)利用轴承端盖和凸肩作双向固定，可以承受较大的双向轴向力 c)利用弹性挡圈和凸肩作双向固定，只能承受较小的轴向力。 10.7滚动轴承的组合设计 2.轴向位置的调整 10.7滚动轴承的组合设计 三、滚动轴承的配合和装拆 1.滚动轴承的配合 轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准。 轴承外圈与座孔的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。 与内圈相配合的轴的公差带以及与外圈相配合的孔的公差带，均按圆柱公差与配合的国家标准选取。 10.7滚动轴承的组合设计 2.轴承的装拆 （1）冷压法（适用于小型轴承） 用专用压套在压力机上压入，或用手锤均匀击打装入。 （2）热压法（适用于大型轴承） 将轴承放入油池或加热炉中加热至80-90oC左右然后套装在轴颈上。 安装原则： 禁止通过滚 动体施力！ 1)、轴承的安装 2)、轴承的拆卸 （1）用轴承拆卸器拆卸（适用于小型轴承） 用专用轴承爪子扣在轴承内圈拆卸。 轴承拆卸器 轴肩应低于内圈厚度 h d0 衬套口直径应小于外圈直径 便于拆卸轴承的相关结构 （2）用液压装置拆卸（适用于大型轴承） 在液压装置上用专用器械拆卸。 10.7滚动轴承的组合设计 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 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。 一、润滑剂的种类及其性能 润滑剂分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂。 二、润滑剂的选择 三、润滑方式和润滑装置 低速和间歇工作的轴承可用油壶向轴承的油孔内注油。 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 润滑的主要目的是减磨、提效、吸振、冷却、防腐等。 1、润滑方式的确定 油杯压油 压盖内填油 脂 润 滑 装填量＜轴承空间的1/3~1/2,否则,摩擦发热↑ 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 油 润 滑 油 沟 油 浴 飞 溅 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 油 润 滑 滴 油 喷 油 油 雾 - 15 12 6 4 推力球轴承 - 25 - 12 8 调心滚子轴承 - 30 23 16 10 圆锥滚子轴承 >60 60 40 25 12 圆柱滚子轴承 >60 60 40 25 16 角接触球轴承 >60 60 40 25 16 调心球轴承 >60 60 40 25 16 深沟球轴承 油雾 喷油 滴油 油浴及飞溅 油润滑 脂润滑 轴承类型 确定滚动轴承润滑方式的dn判断值(×104mm.r/min) 注：d——轴颈直径(mm)；n——轴承转速(r/min) 2、润滑介质的确定 取决于速度、载荷、温度等。 载荷大、工作温度高时——高粘度油，易形成油膜dn大或喷雾润滑——低粘度油，搅油损失小、冷却 好。 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 四、密封装置 密封的主要目的是防止外界灰尘和水分等进入轴承，并阻止轴承内润滑介质流失。 1、接触式密封 线速度较低时用 毡圈式密封 适用于速度V<4~5m/S，工作温度t<90o的脂润滑。 密封圈密封 适用于速度V<7m/S，工作温度t= 40o~100o的脂或油润滑。 静止件与运动件不能直接接触，轴与端盖间应有间隙。 10.8轴承的润滑、润滑装置和密封装置 2、非接触式密封 油沟式密封 适用于速度V≤5~6m/S，工作温度t<90o、环境洁净、干燥的脂润滑。 迷宫式密封 适用于速度V<30m/S，工作温度t<90o、要求密封可靠、的脂润滑或油润滑。 $$