轴承设计手册PPT课件

.,轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,并承受载荷。根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承。,第15章轴承,.,.,151滚动轴承的构造，类型及特点,一、滚动轴承的构造,内圈、外圈、滚动体、保持架,滚动轴承依靠滚动体与轴承座圈间的滚动接触来工作，用于支撑旋转零件或摆动零件。,内圈：内圈装在轴颈上，与轴一起转动。外圈：外圈装在机座或零件的轴承孔内。多数情况下，外圈不转动。滚动体：当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架：保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。,.,.,.,(各类滚动体),.,.,.,滚动轴承的特点,滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，常用材料有GCrl5、GCrl5SiMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60-65HRC。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。,滚动轴承的材料,.,二、滚动轴承的类型与特点,球轴承,滚子轴承,点接触，承载能力低，极限转速高。,线接触，承载能力高，极限转速低。,.,.,.,.,.,.,QJ,.,.,.,.,.,调心球轴承1000,.,调心滚子轴承2000,.,圆锥滚子轴承3000,.,双列深沟球轴承4000,.,推力球轴承5000,.,深沟球轴承6000,.,角接触球轴承7000,.,推力圆柱滚子轴承8000,.,圆柱滚子轴承N,.,一、滚动轴承的代号,152滚动轴承的代号及类型选择,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。,后置代号表示轴承的精度与材料的特征。,类型代号为字母时与后数字空半格,.,1、基本代号,（1）轴承类型,基本代号右起五位,.,宽度系列右起第四位,数字09,（2）尺寸系列,基本代号右起三、四位,宽度系列在前，直径系列在后,801234567912,特窄窄正常宽特宽特低低正常,向心轴承宽度增加,推力轴承高度增加,但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。,宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。,.,直径系列右起第三位,数字09,789012345,超轻特轻轻中重特重,直径增加,.,（3）轴承的内径右起一二位数字,a)d=10,12,15,17mm时,代号00010203,b)d=20480mm时,d=代号5(mm),c)d500mm，d=22，28，32mm时,代号=内径尺寸,直径代号/内径代号,2、前置代号,表示轴承的分部件，用字母表示,L可分离轴承的可分离内圈或外圈如LN207K轴承的滚动体与保持架组件K81107R不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207,.,3、后置代号,轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等,（1）内部结构代号,C、AC、B角接触球轴承的接触角,（2）密封、防尘与外部形状变化代号,（3）轴承的公差等级,精度高低,代号/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6、/P0,公差等级2456X60,普通级可省略,NU表示内圈无档边的圆柱滚子轴承WS、GS分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈，如WS81107、GS81107。,.,（4）轴承的径向游隙,（5）保持架代号,游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别。,以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。,将滚动轴承的一个套圈固定,另一个套圈沿径向的最大活动量,称为径向游隙;沿轴向最大活动量,称为轴向游隙。,游隙:,径向游隙,轴向游隙,轴承中的滚动体与内、外滚道之间的间隙；分为径向游隙和轴向游隙：,.,6308：,6深沟球轴承，3中系列，08内径d=40mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,N105/P5：,7214AC/P4：,7角接触球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角=15；,30213：,3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组；,6103：,6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组；,N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为0组；,.,工作载荷、转速、支承刚性、安装精度,1）n高，载荷小，旋转精度高球轴承,n低，载荷大，或冲击载荷滚子轴承,2）主要受Fr向心轴承（径向接触轴承）,主要受Fa，n不高时推力轴承（轴向接触轴承）n高时角接触球轴承或深沟球轴承,二.滚动轴承的类型选择,同时受Fr和Fa均较大时,圆锥滚子轴承3类（n较低时）,Fr较大，Fa较小时,Fa较大，Fr较小时,深沟球轴承,深沟球轴承+推力球轴承推力角接触轴承,角接触球轴承7类（n较高时）,.,3）要求n100时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降，,引入温度系数ft,当P、n已知，预期寿命为Lh，则要求选取的轴承的额定动载荷为,选轴承型号和尺寸,校核轴承寿命LhLh,.,三、滚动轴承的当量动载荷P,1、对只能承受径向载荷Fr的轴承（6，N、NA轴承）,P=fPFR,3同时受径向载荷Fr和轴向载荷Fa的轴承,2、对只能承受轴向载荷Fa的轴承（5和8）,P=fPFA,P=fP（XFR+YFA）,fP载荷系数X径向载荷系数Y轴向载荷系数,.,.,四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算,1、内部轴向力大小方向,方向：由外圈宽端面指向窄端面支反力作用点偏向窄端面一侧,.,a)正装（面对面）,适合于传动零件位于两支承之间,b)反装（背靠背）,适合于传动零件处于外伸端,二内部轴向力相对,二内部轴向力相背,.,2、实际轴向载荷FA的确定,（1）当,轴有向左移动的趋势,轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”,轴承1上的内部轴向力由S1增大到Fa+S2,阻止轴左移,轴承2上的轴向力为,轴承1的实际轴向载荷为,.,（2）当,轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”,轴承2上的内部轴向力由S2增大到S1-Fa,阻止轴右移,轴承2实际所受的轴向力为,轴承1实际所受的轴向力为,.,结论：实际轴向力Fa的计算方法,1）分析轴上内部轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。,2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身内部轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。,3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的内部轴向力,向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法也可以归纳为：就一个支点的轴承而言，对比其本身内部轴向力与外加轴向力（另一支点的内部轴向力与外加轴向力之合力），其较大者为该轴承的轴向力。,.,五、滚动轴承的静强度计算,对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。,在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限基本额定静载荷，用C0表示。,式中：P0当量静载荷，S0静强度安全系数其值查表1114当量静载荷P0计算：对于=0的向心滚子轴承：P0=Fr,对于角接触轴承：P0r=X0Fr+Y0FaP0r=Fr取上式中的P0较大值。X0、Y0静径向和轴向载荷系数教材表1113,.,选择轴承的类型和直径系列,滚动轴承选择的一般过程如下：,.,滚动轴承寿命计算的过程,由力分析确定轴承所承受的FR与FA,与C比较,.,一、轴系的轴向定位,1、两端单向固定,154滚动轴承的组合设计,正常的滚动轴承支承应使轴能正常传递载荷而不发生轴向窜动及轴受热膨胀后卡死等现象。常用的滚动轴承支承结构型式有三种：,正确选用轴承类型和型号之后，为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。,轴的两个轴承分别限制一个方向的轴向移动，这种固定方式称为两端单向固定。考虑到轴受热伸长，对于深沟球轴承可在轴承盖与外圈端面之间，留出热补偿间隙c0203mm。间隙量的大小可用一组垫片来调整。这种支承结构简单，安装调整方便，它适用于工作温度变化不大的短轴。,.,.,.,正装,.,2、一端双向固定，一端游动,一端支承的轴承，内、外圈双向固定，另一端支承的轴承可以轴向游动。双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷，游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙。以适应轴的伸缩量，这种支承结构适用于轴的温度变化大和跨距较大的场合。,.,.,.,.,3、两端游动,两端游动支承结构的轴承，分别不对轴作精确的轴向定位。两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能作双向游动。两端采用圆柱滚子轴承支承，适用于人字齿轮主动轴。但与其啮合的另一轴系必须两端固定,.,.,轴承内圈常用的四种轴向固定方法：利用轴肩作单向固定，它能承受大的单向的轴向力；利用轴肩和轴用弹性挡圈作双向固定，挡圈能承受的轴向力不大；例用轴肩和轴端挡板作双向固定，挡板能承受中等的轴向力；利用轴肩和圆螺母、止动垫，作双向固定，能受大的轴向力。,.,滚动轴承的轴向固定,内圈与轴：,5）开口圆锥紧定套+圆螺母和止动垫圈,1）轴肩,2）轴用弹性挡圈,3）轴端档圈+紧固螺钉,4）圆螺母+止动垫圈,.,外圈与座孔：,1）孔用弹性挡圈,2）轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定,3）轴承端盖,4）轴承座孔凸肩,5）螺纹环,.,二、滚动轴承的预紧与轴向位置的调整,通过带螺纹的零件或端盖下的垫片来调节,轴承预紧:安装时用某种方法在轴承中产生轴向力，以消除游隙。,1、轴承游隙的调整,.,用垫片和长短隔套预紧,.,2、轴系轴向位置的调整,为了保证机器正常工作，轴上某些零件通过调整位置以达到工作所要求的准确位置。例如蜗杆传动中要求能调整蜗轮轴的轴向位置，来保证正确啮合。在圆锥齿轮传动中要求两齿轮的节锥顶重合于一点，要求两齿轮都能进行轴向调整。其调整是利用轴承盖与套杯之间的垫片组，调整轴承的轴向游隙。利用套杯与箱孔端面之间的垫片组，调整轴的轴向位置。,.,三、提高轴承系统的刚度和同轴度,应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏。,1、为保证轴承支座孔的刚度，可采用加强筋和增加轴承座孔的厚度,2、对于角接触轴承采用正装，提高支承刚性,3、对于角接触轴承要进行预紧，可增加刚度,.,支承的刚度和座孔的同心度,提高支承刚度的措施：,1）增加轴承座孔的壁厚,2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂,3）采用加强筋加强支承部位的刚性,.,4、同一根轴上的轴承座孔应保证同心，应使两轴承座孔直径相同，以便加工时能一次定位镗孔。如两轴承外径不同时，外径小的轴承可在座孔处安装衬套，使轴承座孔直径相同，以便一次镗出。如果不保证支承系统的刚度和同轴度，会使轴线有较大的偏移，影响轴承的旋转精度，从而降低轴承使用寿命。,.,保证轴上两个支承的座孔的同心度的方法,1）整体机座，两轴承座孔一次镗出,2）如轴上两轴承外径不同采用套杯结构,.,1、滚动轴承与轴和座孔的配合的配合,轴承内圈与轴,松紧js6，j6，k6，m6，n6,松紧G7，H7，JS7，J7,轴承外圈与轴承座孔,基孔制：,基轴制：,滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。,滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。,四、配合和装拆,.,5）与空心轴配合的轴承应取较紧的配合。,滚动轴承配合的选择原则：,1）转动圈比不动圈配合松一些,2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些,3）旋转精度要求高时，配合应紧一些,4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合,.,2、滚动轴承的安装与拆卸轴承的内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴承，一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在温度为80100的热油中加热，使内孔胀大，然后用压力机装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便于拆卸，设计时轴肩高度不能大于内圈高度。,.,拆卸：,安装：,轴肩高度应低于轴承内圈高度,.,滚动轴承的装拆,要求：,1）压力应直接加于配合较紧的套圈上,2）不允许通过滚动体传递装拆力,3）要均匀施加装拆力,.,一、滚动轴承的润滑,润滑目的：减少摩擦和磨损，减振，散热，防腐,润滑剂：润滑油、润滑脂（轴颈圆周速度v45m/s用脂）润滑油：优点：摩擦阻力小，散热冷却好缺点：易于流失应用：速度及温度较高的场合常用：L-AN选用：温度，P，dn方式：油浴（油面不能高于最下方滚动体中心，搅油损耗）飞溅润滑喷油润滑、油雾润滑（高速）,润滑脂：优点：不易流失，便于密封与维护。缺点：摩擦阻力大，不利于散热方式：人工定期更换（润滑脂不能超过轴承内空隙的1/31/2,过多引起轴承发热）,156滚动轴承的维护和使用,要延长轴承的使用寿命和保持旋转精度，在使用中应及时对轴承进行维护，采用合理的润滑和密封，并经常检查润滑和密封状况。,.,二、滚动轴承的密封,1、密封的作用:防止灰尘杂质水进入轴承，防止润滑剂流失,2、密封的类型:A、接触式密封：密封件与轴直接接触,毡圈密封,特点：结构简单，价格低廉但易磨损应用：v1.5时，常用调心式滑动轴承。,.,(二)止推滑动轴承,实心止推滑动轴承，轴颈端面的中部压强比边缘的大，润滑油不易进人，润滑条件差。空心止推滑动轴承，轴颈端面的中空部分能存油，压强也比较均匀，承载能力不大。多环止推滑动轴承，压强较均匀，能承受较大载荷。但各环承载不等，环数不能太多。,.,二、轴瓦结构,1、轴瓦的形式与结构,轴瓦应具有一定的强度和刚度，要固定可靠，润滑良好，散热容易，便于装拆和调整。,轴瓦固定在轴承座上，轴瓦表面常浇铸一层减摩性更好的材料，称为轴承衬，厚度从零点几个毫米到6毫米。为使轴承衬固定可靠，可在轴瓦上作出沟槽。,.,油孔、油槽开设原则：,(1)、油槽（沟）开在非承载区，否则会破坏油膜的连续性降低油膜的承载能力,(2)、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失轴向油沟的长度应稍短于轴瓦宽（80%）,2、油孔、油槽和油室,剖分式整体式,.,.,三、滑动轴承的失效形式及材料,1、主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏,对材料性能要求,2、轴承材料,(1)具有足够的抗压强度、抗疲劳能力和抗冲击能力。(2)具有良好的减摩性。材料要有较低的摩擦阻力。(3)具有良好的耐磨性。抗粘着磨损和磨粒磨损性能较好。(4)具有良好的跑合性。能较容易消除接触表面不平度而使轴颈与轴瓦表面间相互尽快吻合。(5)良好的可塑性。具有适应因轴的弯曲和其他几何误差而使轴与轴承滑动表面初始配合不良的能力。(6)具有嵌藏性。轴承材料具有容纳金属碎屑和灰尘的能力。(7)良好的工艺性和导热性，并应具有抗腐蚀性能。,.,金属材料多孔质金属材料非金属材料,常用轴承材料,.,轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求：,减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。,摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。,.,轴承合金,.,铜合金,.,铸铁,.,润滑目的：减少摩擦，降低磨损，散热冷却，缓冲吸振，密封防锈,一、润滑剂,1、润滑油,润滑油：,粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。,粘度是润滑油的主要质量指标（抵抗变形的能力），粘度值越高，油越稠，反之越稀；温度升高，粘度降低。,润滑油的牌号于运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40时的运动粘度大约为10cSt。,（具体说明）,工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量纲为(m2/s)；,动植物油、矿物油、合成油。,润滑油牌号表,153滑动轴承的润滑,.,2、润滑脂,润滑脂,润滑脂的主要质量指标是：锥入度，反映其稠度大小。,滴点，决定工作温度。,：润滑油+稠化剂（钙钠铝锂）稳定剂,（1）压力大、温度高、载荷冲击变动大粘度大的润滑油,（2）滑动速度大粘度较低的润滑油,（4）粗糙或未经跑合的表面粘度较高的润滑油,特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。,选择原则：,（3）散热差，工做温度高粘度较高的润滑油,.,选择原则：()当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。,()所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,()在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。,润滑脂牌号表,特点：可在滑动表面形成固体膜。,适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。,常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。,使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。,3、固体润滑剂,.,二、润滑方式,1.润滑方式的选择,滑动轴承的润滑方式，可按下式计算求得k值后选择：,式中：p为轴颈的平均压强，Mpa;v为轴颈的圆周速度m/s.当k2时：选择润滑脂润滑，用旋盖式油杯注入润滑脂。当k216时：油壶或油枪定期向润滑孔和杯内注油；压注式油杯；旋套式油杯；针阀式油杯，利用绳芯的毛吸管作用吸油滴到轴颈上。当k1632时：油环润滑，油环下端浸到油里；飞溅润滑，利用下端浸在油池中的转动件将润滑油溅成油来润滑。当k32时：压力循环润滑用油泵进行连续压力供油，润滑、冷却，效果较好，适于重载、高速或交变载荷作用。,.,2、油润滑,连续供油:,间歇供油:,油壶或油枪,1)滴油润滑,2)绳芯润滑,3)飞溅润滑,4)浸油润滑,5)压力循环润滑,3、脂润滑,旋盖式油脂杯、黄油枪,.,.,.,.,.,.,.,154不完全液体润滑轴承的设计计算大多数轴承实际处在混合润滑状态（边界润滑与液体润滑同时存在的状态），其可靠工作的条件是：维持边界油膜不受破坏，以减少发热和磨损（计算准则），并根据边界膜的机械强度和破裂温度来决定轴承的工作能力。但影响边界膜的因素很复杂，采用简化的条件性计算。一、径向滑动轴承通常已知条件是轴颈直径d。转速n和径向载荷FR。根据这些条件，选择轴承的结构型式、确定轴承的宽度B，并进行校核计算；对于不完全液体润滑轴承，常取宽度B=（0.81.5）d。由于滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合，故设计时进行相应的计算。1、限制平均压强P目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出，而导致轴承过度磨损,p许用压强Mpa,表11-1，d、B轴颈直径和宽度（mm）FR为径向载荷（N）。,Mpa,.,2、限制轴承的pv值为了反映单位面积上的摩擦功耗与发热，pv越高，轴承温升越高，容易引起边界膜的破裂目的，限制pv是控制轴承温升，避免边界膜的破裂。,n轴颈转速，r/min；v轴颈圆周线速度m/sp.v轴承材料许用pv值，表11-1。3、限制滑动速度v目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损。,v轴承材料的许用v值，见表11-1，表11-2,Mpam/s,m/s,.,二、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算与径向滑动轴承类似如图教材11-16所示，实心端面由于跑合时中心与边缘磨损不均匀，愈近边缘部分磨损愈快，空心轴颈和环状轴颈可以克服此缺点。载荷很大时可以采用多环轴颈。1校核压强p,Fa轴向载荷（N）；d1，d2止推环内、外直径mm；P许用比压Mpa。表11-4。2、限制轴承的pvm值,dm=(d1+d2)/2止推环平均直径，mmvm止推环平均直径处的圆周速度，m/spvp、vm的许用值，多环轴承，考虑受力不均，表11-4。,Mpa,Mpam/s,.,159滑动轴承与滚动轴承的比较,一.滑动轴承与滚动轴承的比较1.滚动轴承:摩擦阻力小,易于启动和频繁启动,